автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Оптимизация наплавки втулок способом центробежной биметаллизации с нагревом независимой электрической дугой

Магнитогорский ордена Трудового Красного Знамени горно-металлургический институт им.Г.И.Носова

1'9' '1 п

На правах рукописи

ГЛУШО Сергей Петрович

Ш 669.419.621.791.01

,ОПТИМИЗАЦИЯ НАПЛАВКИ ВТУЛОК СПОСОБОМ ЦБНТРОШШОЙ БИМВТАШЗАЦШ С НАПЕВОМ НЕЗАВИСИМОЙ ЭЛБКТШ ЧЕСКОЙ ДУГОЙ

05.16.02 - Металлургия черных металлов'

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск, 1992

Работа выполнена на кафедре технологии металлов и материаловедения Краснодарского ордена Трудового фасного Знамени политехнического института.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор САГШШиВ С.З.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,профессор

ТУЛИОСШ ю.н.

кандидат технических наук,дошнт ШЯВДВ А.Ф.

• Ведущее предприятие - Магнитогорский метизно-металлургический завод.

Защита состоится " 22" октября 1992 г. в 1500 часов на заседании спепиализированнохчэ Совета К 063.04.01 {¿агнитогорско-го горно-металлургического института имени Г.И.Носова (455000, Магнитогорск, проспект Ленина, 38) в малом актовом зале.

С диссертацией ыошо ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " 22" оектября 1992 г.

Ученый секретарь

специализированного Совета В.Н.Селиванов

■ ■I вЫ ]

' ' " : ' ОКДАЯ ХАШТЕРЙСГИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Служебные свойства деталей н рабочих органов машин определяется физико-механическими характеристиками их материалов, требования к которым, по мере совершенствования ' техники, постоянно повышается.

К числу ответственных деталей машин относятся подашники скольяення, в конструкции которых используится дорогостояще цветные металлы и сплавы. Кроме подаипников скольгения, машиностроение: нуждается в качественно и экономично изготовленных деталях пар трения.

Производство этих изделий из биметалла .сталь-бронза позволяет сэкономить до 75-90 % дорогостоящей дефицитной бронзы, а также обеспечить изделиям комплекс свойств, недостижимый в монометаллическом исполнении: сочетание высокой прочности с хороией ударной вязкостью, антифрикционности с износостойкостья.

За рубежом производством биметаллических деталей занииаат-ся специализированные фирмы, которые не заинтересованы з рекламе технологий.

Производство пирокого ассортимента подшипников скольжения, . характерное для отечественной станкостроительной промышленности, ремонтных служб и т.д., не позволяет использовать технологии прокатки. Поэтому большинство предприятий самостоятельно изго- ^ тавливавт биметалл с применением способов печного или индукционного нагрева. Для этих технологий характерны до 60 % потерь тепловой энергии и до 25 % брака.

Одним из перспективных способов получения биметаллических втулок является способ центробежной биметаллизации с нагревом независимой электрической дугой (ДБНД). Способ ЦБНД отличавт эффективное использование тепловой энергии и высокое качество биметаллических заготовок. В то же время четкие рекомендации по выбору рациональных технологических режимов отсутствувт. Имев-щиеся результаты исследований отечественных и зарубежных ene -циалистов в области производства биметаллов касавтся, в основной, вопросов металловедения, прочности и эффективности применения биметаллических композиций. Отсутствуй? также сведения по управление качеством получаемых биметаллических заготовок, оптимизации энергетических и технологических режимов производства и разработки высокопроизводительного оборудования.

ЦЕЛЫ) РАБОТЫ явилось изучение центробежной технологии производства заготовок для подшипников скольжения из биметалла сталь 30 - бронза Бр010С2НЗ с нагревом независимой электрической дугой, исследоьание и оптимизация энергетических парапет -ров и технологических режимов, методов температурного контро -ля процесса биметаллизации, внедрение в промышленности рацио -нальной технологии производства и автоматизированного оборудования, оснащенного тепловой защитой.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы состоит в следувщем:

1. Разработаны методики оценки показателей качества и комплексный критерий качества биметалла сталь-бронза, получаемого способом ЦБНД.

2. Предложена математическая модель, связывающая параметры качества с энергетическими и технологическими параметрами, характеризующими процесс ЦБНД, выполнена оптимизация этих параметров .

3. Выполнено математическое моделирование процесса ЦБНД на стадии нагрева и охлаждения по схеме ограниченного двухслойного цилиндра с учетом неяинейности теплофизических характеристик материалов.

4. Исследована динамика теплового процесса ЦБНД, оценено влияние режима охлаждения на структуру и качество биметалла сталь - бронза.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы состоит в следующем:

- разработана оптимальная технология центробежной биыеталли -зации втулок со стальной основой и внутренним антифрикционным слоем из бронзы Бр010С2НЗ;

- определена оптимальная температура награза на границе раздела слоев биыеталлиэируемой втулки;

- построены номограммы для расчета оптимальных значений частота вращения биметаллизируеиой втулки, времени'задержек электрической дуги у торцов втулки, плотности теплового потока от электрической дуги, а также номограммы для определения перепадов температуры на стыке слоев биыеталлизируемой втулки с технологическими фланцами;

- отработаны промышленные методы температурного контроля процесса ЦБНД;

- разрн^таны автоматизированные установки ЦБНД с комплексом вспомогательной оснастки, реализующие опгиыальнуп технологии.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Созданы и в 1989 г. внед -рены на Витебском заводз заточных станков и Минском станкост -

э *

роигельном объединении установки и технологии для биметаляиза-ции поднипнихов схопьхения. •

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы доложены га У1 и УН научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов Краснодарского политехнического института (Красно -дар, 1985, 1987 гг.), на I и II Всесовзных научно-технических семинарах "Новые технологии производства слоистых металлов, перспективы расширения их сортамента и применения (Магнитогорск, 1987, 1989 гг.), на краевой научно-технической конференции "Проблемы поЕЮвшя надежности новой" техники в автоматизированных технологических системах" (Краснодар, 1988 г.), на краёвой научно-технической конференции "Проблемы создания и освоения новой техники и технологии в промышленности края" (Краснодар, 1989 г.), на межреспубликанской научно-технической конференции "Конструкционная прочность, долговечность, упрочнение материалов и деталей масин" (Волгоград, 1990 г.), на Украинской рес -публиканской научно-технической конференции "Современные методы наплавки, упрочнквцие защитные покрытия и используемые'материалы" (Харьков, 1990 г.).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликованы 19 печатных работ, з том числе - 4 авторских свидетельств.

ОВЬЙ! РАБОТЫ. Диссертация состоит-из вгедения, четырех глав, еыеодсв и пятнадцати приложений. Содержит 92 страницы машинописного текста, 38 рисунков, 25 таблиц. Библиография вкля -чает 180 наименований. Приложения содержат отдельные результаты исследований, описания оборудования, программы для численного реаения прикладных задач и акты внедрения результатов исследования.

СОДОМНИЕ РАБОТЫ

Анализ отечественных и зарубежных технологий биыеталлиза -ции показал, что лучшие эксплуатационные характеристики имевт подшипники скольжения с основой из стали 30 и наплавленной бронзой Бр010С2НЗ, изготовленные по технологии ЦБНД.

По этой технологии стальная втулка заиихтогывается смесьв бронзоЕых грануп'а флпеа Иа^В^О^. Затем втулка в комплекте с двумя фленцаки приводится во вращение на устанозке ЦБНД. В полость втулки с двух сторон вводятся графитовые электрода и между ними зажигается дуга. Дуга перемещается здоль втулки с

задержками у торцов, что компенсирует потери тепла на них. После расплавления шихты дуга отклвчается, а втулка Брадается до поеного затвердевания бронзы.

Недостаток технологии заключается в том, что отсутствупт сведения о влиянии на качество биметалла технологических параметров. Более того, отсутствувт четкие рекомендации по оценке качества биметалла. Предлагается оценивать качество по разрозненным показателям: прочности связи слоев, пористости и содержании железа в наплавляемой бронзе, величине зерна стальной основы. Это создает трудности для разработки высокопроизводительного оборудования и получения качественных заготовок биметаллических подшипников скольжения.

В связи с этим сформулированы основные задачи исследований:

1. Разработать комплексный критерий качества получаемой биметаллической композиции сталь-брокза, устанавливающий зависимость с прочностью связи на границе сталь-бронза, пористость» и содержанием аелеза в направленно;,! слое и величиной зерна основы.

2. Получить математическую модель, описывавщув зависимость комплексного критерия качества от технологических параметров процесса биметаллизацик.

3. Определить оптимальные значения технологических параметров, обеспечивающих максимум комплексного критерия качества.

4. Разработать математическую модель, описывающую термический цикл заажхтованной втулки ограниченной длины. Установить связь между температурами на границе бронза-сталь и на наружной поверхности втулки.

5. Доказать адекватность полученных математических моделей реальному объекту исследования.

6. Разработать комплекс технологического оборудования, реади -зувщий принятые технические решения.

ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ Ц5НД

Определение связи показателей качества биметалла сталь-бро-за с технологическими параметрами ЦБНД в аналитическом виде за-труднитек^но. Поэтому задача решалась путей построения регресио-нных моделей с использованием метода планирования эксперимента. Качество биметаллических образцов полученных в ходе эксперимента оценивалось по следующим методикам:

Прочность связи слоев в МПа определяли при испытаниях на

отрыв. Во всех случаях сна была не ниже прочности бронзы; пористость, в % содержании, рабочего сдоя бронзы (на удалении м от границы сталь-бронза) определяли методом стерео -

ыетрми;

содержание железа, в % содержании, в рабочем слое бронзы определяли методом сравнения с эталоном на стилоскопе СД-13. Во всех случаях она удовлетворяла требованиям ГОСТ 613-79; величину зерна стальной основы, в ыкм. у границы сталь-бронза ( в зоне перегрева) определяли методом стереометрии.

В результате проведенных исследований получены уравнения регрессии в безразмерном виде, устанавливающие связь показателей качества с технологическими параметрами ЦБНД для широкого интервала размеров заготовок:

для прочности связи стальной основы и наплавленной бронзы

Ц<=272,26-6,Ш< ^Я&ЗШз -2,8НХ6Ч5ЯХг7,8гХ^

(I) •

пористости рабочей поверхности бронзы

иг^т-о^^-цтгхзщобзм/гцтгь-о.тхг-цмх?-

-¿УЗД ~0,№Х4Хб+0,№ХзХ7, .

содержания железа в рабочем слое бронзы

из=0165Ш1М995ЬЩ0055дХ2-0,№*бУз+0)0№Х7-ЦтбХ?-

-о^ожз^отхгЦйоязш-о.ашьщотхж, <3>

величины зерна основы в зоне перегрева

^'¡о^т^гввхгцобвхт-^хм^-

где реально влияющими параметрами на качество биметалла сталь-бронза, исключая геометрические размеры (Х^ - внутренний диаметр стальной втулки, ~ дайна втулки, Хд - толщина стенки втулки), являются Х4 - время задержек дуги у торцов втулки, - частота вращения втулки, Х^ - температура на границе сталь-бронза,

X? - мощность электрической дуги). Значения этих факторов необходимо выбирать таким образом, чтобы обеспечить максимальную прочность связи стальной основы и наплавленной бронзы при минимальном содержании железа в бронзе, а также при минимальной пористости и величине зерна основы. Чтобы удовлетворить эти требования необходима комплексная опти-

б-'

.опт Тз.С

43!.

&аМ

Ц02 /

к ША 0,0/5 / /

/

/

V О,€05 /

• /

а0"7

г У 4 2 О 0.2 м "0,6 08 1,0 __ЬОО &00 шпжп ипп мл л

|М « » »*» «*»

У/)П77т

м.

ОМ

Ьп

щ 0,08

-о- к

/

/

/

/

' /т.

'мм

Рис. I. Номограима для определения оптимальных технологических параметров ЦБВД (приведена пример: ® -исходные значения"; 0 -искомые параметры), где - ^¡Г -время задержки дуги у торцов;

П°ПТ -удельный тепловой поток от электрической дуги на-границе сталь-брокза;

п

' -частота вращения втулки. Остальные обозначения приведены на чертеже

мизация качества биметалла. Принимая но внимание этот факт, а также то, что частные показатели качества биметалла не позволит судить о качестве в целом, был предложен комплексный критерий качества биметалла сталь-бронза:

$ -0,Ъ29д4 +0,2^0,285^+0^5^. (5)

Численные значения весовых коэффициентов в уравнении ( 5) били получены методом экспертных оценок при уровне значимости

= 0,05 и коэффициенте конкордацки ^ = 0,479.

На основе комплексного критерия качества был разработан комплексный критерий оптимизации

г ( 0,529 _

Ь 70,2^)4 ((¡2850^5^ (6)

Максимум критерия Ь соответствует максимальному уровнз качества биметалла. .

Поиск глобального экстремума для широкого интервала размеров заготовок осуществлялся методом Гаусса-Зайделя на ЭЕМ "ЕС-1841й. По результатам выполненной оптимизации построена номограмма (рис. I), позволяющая в зависимости от размеров заготовок определить оптимальнее значения технологических параметров ЦВНД.

Анализ оптимальных значений технологических параметров также показал, что оптимальные температуры на границе сталь-бронза образует узкий интервал 7/у = 1331-1333 К.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТШОЗЫХ ПРОЦЕССОВ ЦБНД ДЛЯ ВТУЛКИ ОГРАНИЧЕННОЙ ДЛИНЫ

Оптимальные значения температур нагрева на границе раздела слоев находятся,в узком интервале и требуят строгого контроля. Кроме того, необходимо фиксировать затвердевание наплавленной бронзы, т.е. когда температура на границе сталь-бронза снижается до 7/?У =500 К, после чего откдвчается вращение втулки.

Контроль температуры на границе сталь-бронза с помозьп термопар в промышленных условиях нецелесообразен. Температуру яе наружной поверхности стальной основы неслокно контролировать пирометрами, пневматическими датчиками и т.д. Поэтому была решена тепловая задача процесса ЦБНД (рис.2) и установлена связь температур наружной и внутренней поверхностей стальной основы.

При анализе теплового процесса ЦБНД предполагалось, что на

О/

Этап Схема Процесс

ПодВодтепла атчобВихшо источи иго (ход влево)

'мгмда-г

О-в

2 ^-¿хНз Ъодержхо дуги улеВаго тар и, о бтуш

к £ А

ь " {\0№

Ъ 3 ПодВод тепло от пад Видного источника (ход ВпроВо)

ШКг'М"

___&___

Зодерхко п дуги улраВ(№ горца ётут

ь

п ----

--.— Охпохдеиие

✓

й«. 2. Тепловая модель процесса ЦБЦД

торцех игузки контакт с фланцами не идеален, тепло передается теплопроводностью, излучением и конвекцией; для простоты г зоне контакта рассматривался теплообмен по закону Ньютона с эквивалентными коэффициентами теплообмена для стали и бронзы. На границе раздела слоев, предполагался идеальный контакт, т.е. граничные условия четвертого рода. На наружной поверхности, как и на торцах, моделировался теплообмен по закону Ньютона с эквивалентным коэффициентом теплообмена.

Стадии нагрева и охлаждения отличаются граничными условиями на свободной поверхности наплавляемого слоя Йо-При охлаящении эта поверхность адиабатна ( С^ц = 0), при нагреве тепловые условия моделируются сочетанием граничных условий второго рода (^¿¡вСОЛЗ^ и адиабаткости =0, кото-

рые составляют четыре циклически повторяющихся этапа (рис.2,б).

Тепловой поток на поверхности Ра

. ¿/от-

где -мощность электрической дуги, Вт;

[_ -длина втулки, и.

Равномерное распределение теплового потока ¿¡-Б на гсей свободной поверхности наплавляемого слоя имитирует распространение тепла электрической дуги, движущейся от торца к торцу со скоростью ТГ- 0,085 ы/с (значение числа Пекле допускает такую имитации). Аналогичное распределение теплового потока- на участке протяженностью 0,01 м, начинал от торца втулки, в сочетании с едиабатностью на осталь- . ной поверхности имитирует задергки дуги у торцов втулки (рис. 2,6).

Качественно модель нагрева соответствует реальному процессу: торцы получают больпе тепла, чем остальная часть втулки. Недостатком модели является го, что плотность теплового потока у торцов = СОопределена из условия равномерного

распределения тепла по аналогии с этапом перемещения дуги. В действительности ас при задержках дуги большая часть тепла излучается на поверхность $ о вблизи торца и меньшая - на остальную ее часть, где заданы адиабатные условия.

Таким образом, расчетная плотность теплового потока 5 оказывается меньшей, чем действительная. Отчасти это компенсируется при выбора расчетного радиуса свободной поверхности нв-пяаяляемого сдоя.

Для рсизнля тепловой задачи был собран метод ккмчких иостей ( по ясной схема ). При этом непрерывное по времени точение прошссе заие.чено дискретным, а пространственные координата системы заманены отдельными расчетными участкам!!. В пределах каддого гз этих участков теплофизичеекке характеристики материалов, заданные с виде пздкномов, пршяты постоянными. Лоэ-трыу математическая модель процесса ДБНД на стадии схлазде -ния и нагрева задана сдедукцими условиями:

%о<Т1£ (ершза)

дТв Ъ(Т) /ГГя 7 дП, / дЪ , д%.\,

дТ=рБ(Т)Св(т){дч2 + 1д1 'гадуг д€*)>

£/¿7 ¿$2 (сталь)

£= Яс(Т) гд2Тс4 иТс ,-1д3Тс , £Тс ).

а 1с_ пс111 га 1с, 4 б ¡с, 4 п-/с л [¡-¡с

дТ'рсПТШё дчг ^Т^2' д

>

=2с(Т)Щ

&есь и дмк» О «6,67*10~® Бс/О-Г" К*) - состазяая Стсфанз-¿слыыань; с^Цб - погля^телькал способность п?1.срхксе?й стгли;

О-д - плотность теплезого. пстогц. кь сесЗод^сй поверхности кс. -плааляеиогс слоя. 3?Л:£~; г - общее ерекг ярзпзегг^бклйт&лжг.эь-зии, еклзчсцщэо ставки кггросс >; охсггдсйкл.с; Л /р- пгрбпг,.-; температуры но. скак. бмкзь-фяскеа (при 7 = ), К; £ 1с- по -запад тегаературц кс стк^сз ск^-сксяои (при ),К; I. -дл<>

г;а образна, сО- э^гглжкткцй косфгкикнт тонхг-об^н:. к:, тор-

брсиззкгс слэя.Ет/иг'К); о'^- псзетиинск::

•:зплообкснг кг. торю скльйой оскгсц, Ег/(к'"'К); «¡з- гг-ькеглс:-:?-

ны" г.ззф$вцкент топкоетдача с пвгорхкссти стальной сенеги (при Ъ-Рц ),Зт/(м2*Ю; ?(Г) - ^еплзпрсгодыость, Е'УчЧгШ; С{Т] -теплое?.:г(5сть, Дг.:/Скг*К); р(Г}- плотнее?«,, кг/н^; То- нгдахль -ная теьяггрдтура сястсад 2 йкдйкг.сй г о ада хгрзстргистга и г.рзчя-ini, К.

При последоватолькс:.! чередонапин временных задержек двк -тлнуя дуги перепады температуры вдоль rpsuyua раздела слссп должны удовлетворять услзгга

№-pJ ¿50к.

Эта стадия кагрега закьячнЕагтся при достижении температуры If?-i= 1322 К на граннкг раздал.-:.

Стадия охяагде.чия оптигаетсл системой уравнений (В) .когда плотность теплоасго потока на пнутренкей.стснкз рагна нули (£J,g = 0), и гакакчиваетсл при те-лтзратуро Т/?/= 900 К.

Система уравнений (2) пси заданных топлс-физических характеристиках материалов > Р"Р(Т) ) и при гаг. -дом наборе упраглякцкх параметров ( ¿3 ) рссалзсь численно с использованием ясной г.сносно-разностной схему. Для этого была составлена программа на яоеез Фортран 1У. Результаты расчетов корректкроголйсь по даякыь: кгтуркоЯ тгр:.т;??ятркя (рис. 3).

Длл кентрелл температурного поля б^еталлизируемзй заготог,-ки использсеслксь ХЛ-термспары, коллекторный блок, аззтоматичес -кий пстоншюмзтр КСП-4, а такпз пкремзтр АПИР-С и специально разработанный пнсек&ткчссккй д^тчг.к температуры.

Приемлемое сбвлгдснке расчзтккх и экспериментальных териг-грамм было пэлуоко для зоны г.отйк5сго температурного гектреля: на стадии нагрела - 900 К fr ¡р.; £1222 К, :: студни охлаг^еннл

- 1332 К /И4&Э0 К, при = 900 , d2 = 650 -SI-. , ¡:

М" К !.Г Л

«¿3 « 60 -§-- . Енелпкия: гереп:5до-; те'Квратур ¿¡Ая Л в иестах К ' ь

к«:??:с?л б^ст^тазнруемых агулок с гпредедеки по иомог-

жх'лге постпоекной по дазоп K.»:cv.07rroj опыгпсГ; сси-т.

&ТБ*Г(Тз)г iTc-ftfl ' ' '

Результаты caches са на S3:! £0-1036 дли среднего евтеккя 0г-

м-^таллг.згругме:'. птулгг/ cj размерами Q0~ 0,023 i?.j = 0,035 1?2 = 0,05 !' и [_ - 0,14 г: гггедсга-лс.'::; на риг.5. Та;.: г* кзсС-.pr.roни течки з::епорг.:е:;-;аяь:;г" терг.-сгрг.-г, пглухгзк'пз: для oicf стул;::; при тс:: нанометра;: upon-jcca. Рлсоггс« п сгзп-:р!г»",и -таяькгс тсч:й! ссгпгдг.::т с тс-з-хстьп - 15 К s n!Tcp?5-J:r r-fVTepr..-ryp ilii Г & £.0 К :: с tovhtctm: - 10 К :с-:тсрп:.г.с тс-сг.с^:.-

ВТ у/1 КО 6 5 Ч 9 ■! О 3 2 У 7 6 Н

спой "Л ~~\ \Г Г ГГ~

Л? У*

уг ксп-к

Рис. 3. Схема теплотехнических измерений, где 1*6 - термопары на втулке (для-измерений температур Т^+Т^; 7,8 - термопары на фланце (для измерений температур Т^, Тц); 9- теплоизоляционная прокладка; 10-проволока; П-гайка с наружным пазом; 12-стеклотекстолитовое кольцо с внутренним пазом; 13-медное кольцо;14-втулке; 15-теплоизоляционная прокладка; 16-ыедная гокосъемная пластина; 17-текс-толитовая ось; 18-пруяина; 19-кронатейн

¿30 480

м 100 60 го

-

щ \ " Р#. * \ \ \

1 ж

Г£За * 'у

ж/

зоо т боо ш то то то иТ^ к

о)

аЪ-

в-Ф, т

до 20

А&Тб

зоо ш 600

800 9

Рис. 4. Номограммы для определения перепадов температуры на стыке втулка-фланец, построенные по данным термометрии: а) на стадии нагрева; б) на стадии охлаждения.

Штриховой линией обозначены средние значения перепадов ¿Тс и А Тб для всей серии опытных наплавок. _ — *

& Тс*Ъ-и; л 1б 'Ъ-Тз

Рис. 5. Термограша бкмзгаллизируемой втулки а среднем сечении

Т.к

то Tl

то

ъ.

mQ(RoH 2 5 ~5 ~д(ШЩгШ)40*M

Рис. 6. Озиалдаккз и затвердевание расплава бронзы при ЦЭД, где t - текущее ереыя би -металлизации; ÎH ~ время стадии наг -pesa

тур 900 К4ТИЯ332 К, что прЕвияеко. На участка 900 К<? Ти«1332 К наблюдается регуляризапия провеса, перепада па толцкнэ бронзы и стали практически из меняются и составляют: & В *55+65Кц Л Т$С К . Это определяет зону корректного температур-

ного контроля по пэстоянному перепаду ка стенкз стальной основы.

После прекращения нагрева, когда на грзяиие раздела слоев температура достигла значения Тщ = 1332 К, температуре на на -ружной поверхности Тййповышается ецэ на 20*30 К,что происходит из-за теплоподвода от внутренних слоев заготовки. На радиусе йо температура ухо через 60»В0 с становится равной температуре на гранипз сталь-бронза К 4 . С этого момента темп охлевденкя за -медляется, кривые охлаждения регуляризувтея. Распределение температуры в наплавляемом слоо на этой стадии показано на рис.6. Двухфазная зона широка, к точка солкдус бронза у свободной поверхности педходит только на 5-10 С позднее, чем на Гранине раздела слоев. Скорость охлаждения снижается с до I •£-. Это создает условия для объёмной кристаллизации. Такому характеру кристалли-запии и формированию однородной структуры спэсобстэует малая толщина расплава 6Б ~ 8* 10"^ м, а также небольшие перепады температуры по толщине наплавляемого слоя- ¿ИбЯОк. В этих условиях развивается усадочная пористость. Объясняется это тем, что кристаллизация бронзы происходит в широком интервале температур 1260 К^Т^ШО К. Бри этом продолжительно и одновременно сосуществуют жидкая и твердая ( в виде дендритов ) фазы. Жидкая фаза, изолированная в меадеНдритнвм пространстве, при охлаждении и усадке образует мелкую рассеянную усадочную пористость. При этих же условиях охлавдения кристаллизация дендритов закан -чивается раньше кристаллизепки евинпа. По этой причине ен располагается в чистом ввде в мвядендритном пространстве, улучщая антифрикционные качества бронзы.

Анализ результатов численного эксперимента показал, что методика моделирования теплового прстсса ЦЕНД достаточно корректна. Полученные термограммы адекватно описывают температурное поле биматаллюируемой втулки. Зто позволяет использовать расчет -ные данные, в частности, перепад температуры на стенке стальной заготовки, для контроля термического цикла бимот&лдизапии, а так-ез прогнозировать формирование структуры наплавляемого елея.

ООШ1ЫЕ ЙЩЦЛАШ И ДРОШШ ЙРОШМШНОГО

шедрайк

Результаты исследований были кспзльзо»аны ари разработке опытно-прэмывленных установок, предназначенных для центробежной наплавки втулок и реализованных на базе элементов электре- и пневмвавтом&тики.

Кроме того, были разработаны:

- бабка устаногки ДВЗД с воздушным охлаждением;

- шаговый механизм для перемещения атанг-электрододержателвй;

- универсальный теплозащитный фланец для фиксации заготовок между шпиндзлями установок ДЬНД;

- водоохлаждаемая штанга-электрододержатедь.

Для проверки адекватности предложенных моделей реальному прошссу ЦйнД били проведены лабораторные испытания по наплавке втулок. Максимальное отклонение экспериментального критерия оптимизации качзсгва Сэяот теоретического составило £таХ*8,Ь7%>, что свидетельствует е приемлемой точности предложенных моделей опенки качества биметалла и теплового процесса ЦЬВД. При этом оптимальные технологические параметры ЦБНД обеспечили высокий уровень качоства биметалла сталь 30 - бронза Бр010С2НЗ:

- прочность связи стели и бронзы не ниже 251,5 Ша, что вше прочности монолитной бронзы - б'5= 200 Ша;

- пористость рабочей поверхности бронзы не более 1,73 % ;

- содержание келеза растворенного в рабочей поверхности бронзы не болев 0,632 %, что, ие превышает ограничений ГОСТ 613-79;

- величина зерна стали в зоне перегрева, у граниш сталь-бронза, ие более 37,5 мки.

общий вывода

1. Получение сталь-бронзовых подшипников скольжения методом центробежной бшеталяизации с нагревом независимой дугой (ЦШД) эффективно в условиях мало- и среднесерийного производства.

2. Комплексный критерий чпанки качества биметалла сталь-бронза

включащий показатели - прочность связи стальной основы и

бронзы, пористость бронзы, £/з~ содерханкз железа в брон -зе, размер зерна стали, с саответетгг.'Ещгаи коэффициентами веса, в полном объёме характеризует качество ксипозипяи. 3. Оптимизация технологии ЩЩ, в частности, мощности электри -чоской дуги и времени её задержки у торнов втулки, температуры на Гранине сталь-бронза з конце нагрева и частоты вращения втулки выполнена корректно: расчетные значения критерия епткмизлиии

Q--

совпадают с его опытными значениями с точностью нэ хужа 8,В7

4. Численный эксперимент на математической модели теплового процесса 1(БНД, построенной по схеме ограниченного по длине двухслойного пилиндра, устанавливает связь температур на Гранине раздела слоев и на наружной поверхности заготовки с точностью,, подтвержденной экспериментально, не хуже + 15 К.

5. Предложенные инженерные метода расчета оптимальных параметров ЦЕНД, а также комплекс измерительных средств позволяют вести корректный технологический, в том числе температурный, контроль процесса ЦБНД и обеспечить стабильное качество заготовок.

6. Оптимальные технологически? параметры ЦЕНД обеспечивают высокий уровень качества биметалла сталь 30 - бронза БрОЮС2НЗ:

- прочность связи стали и бронзы не лгав прочности бронзы Бр010С2НЗ б'в = 200 fila;

- пористость рабочей поверхности бронзы не более 1,73 % ;

- содержание железа растворенного в бронзе не превышает ограничений ГОСТ 613-79;

- величина зерна стали не более 37,5 мкм.

7. Разработанные в ходе исследований технологические установки с производительностью 40-50 шт. в смену, элементы оснастки и измерительная аппаратура отвечают требованиям промышленного производства.

СПЙССК РАБОТ АВТОРА ПО ТШ ДИССЕРТАЦИИ .

1. A.c. 1574354 СССР ШИ3 В 22 Д 13/10. Бабка установки для цен-тробеаной биметаллизации/ Л.А.Перехогин, С.3.Сапожников и С.П.Глуляо (СССР). - 4 е.: ия.

2. A.c. I5S0099 СССР, ILKK3 I6H27/02. Шаговый механизм/ С.П.Глуи-ко, С.З.СапоЕнкков, С.Г.Денисенко и Л.А.Перекогин (СССР).-

4 е.: ил.

3. A.c. 1627317 СССР, ШИ3 В22Д13/12. Устройство автоматического управления процессом электродуговой наплавки/ С.Г.Денисенко, С.3.Сапожников, Л.А.Переяогин и С.П.Глушко (СССР).-6 с. ил.

4. A.c. 1646670 СССР, ШИ3 Е22Д13/10. Фланец для центробевдых литейнше малин/ С.П.Глушко, С. 3.Садовников, С.Г.Дэнисенко и Д.А.Переаогин (СССР).- 2 с. ил.

5. Гарбуз H.A., Сапожников С.З., Глупхо С.П., Температурное поле заготовки при центробежной биметаллизации с нагревом независимой электрической дугой// Hoiks технологии производства слоистых ыеталлог, перспективы расширения их сортамента

и применения: Тез.докл.кауч.-техн.сем. - йагнитогорск, 1987. - С. 13-14.

6. Гладких В.В., Денисенко С.Г., ГлузкО C.Ii. Термометрия в процессах биметаллизации движущихся заготовок// Проблемы создания и освоения новой техники и технологии в промышленности края: Тез.докл.науч.-техн.конф.-Краснодар, 1939. - С.38-39.

7. Глупхо С.П., Берзвкин B.C. Станок для обработки образцов металлических материалов (тецплетов)// Проблемы создания и освоения новой техники и технологии в промышленности края: Тез. докл.науч.-техн.конф, - Краснодар, 1939. - С. 45-46.

8. Гяузко С.П., Денисенко С.Г."Синтез критерия качества биметаллических подшипников скольжения/Донсгрукционная прочность, долговечность,' упрочнение материалов и деталей малаш: Тез. докл. Всесовз.науч.конф. - Волгоград, 1990. - С., 202-204.

9. Глуако С.П., Денисенко С.Г., Гераскта Е.В. Технология бимета-ллизации цилиндров радиально-поршневых гидромашин HPI250-005// Новые технологии производства слоистых металлов, перспективы расширения их сортамента и применения: Тез.докл. 11-го Всесоюзного науч.-техн.сем. - Магнитогорск, 1959'. - С.43-44.

10 Глуако С.П., Шапошникова Т.Л. Аналитическое решение тепловой задачи, соответствующей центробежкой бинеталлизации с электродуговым нагревом. - Краснодар, 1939. - 5 с. - Дел. в

ВИНИТИ 26.12.89, i> 7667 - В89.

11. Глушко С.П., Шапошникова Т.Л. Определение коэффициента сосредоточенности тепла электрической дуги при центробежной биметаллиэации//Прогрессивнся техника в машиностроении Краснодарского края: Тез.докл.кауч.-техн.конф. - Краснодар, 1991. - С. 28-29.

12. Денисенко С.Г., Гладких В.В., Глушко С.П. Автоматическое управление процессом центробежной электродуговой наплавки// Проблемы создания и освоения ногой техники к технологии в промышленности края: Тез.докл.науч.-техн.конф. Краснодар, 1989. - С. 53-54.

13. Денисенхо С.Г., Гладких В.В., Глушко С.П. Автоматизация технологических систем бш.:зталлкзации/Л1роблемц создания и освоения новой техники и технологии в промышленности края: Тез.докл.науч.-техн.конф. - Краснодар, 1989. - С. 55-56.

14. Денисенко С.Г., Глушко С.П., Гладких В.В. Применение и разработка композиционных материалов в технологических системах// Проблемы повышения надежности новой техники в автоматизированных технологических системах: Тезисы докл. к краевой науч. -техн.конф. - Краснодар, 1988. - С. 41.

15. Денисенко С.Г., Глуико С.П. Установка для биметаллизации

тел вращения//Информ.листок 88-24. - Краснодар: ЦгГГИ, 1979. - 4 с.

16. Денисенко С.Г., Глушко С.П. Оптимизация технологии производства подшипников'скольжения из биметалла сталь-бронза// Современные методы наплавки, упрочнявшие заядотные покрытия и используемые материалы: Тез.докл.Украинск.Респ.науч.-техн. конф. - Харьков, 1990. - С. 70-71.

17. Денисенко С.Г., Глуико С.П., Гладких В.В. Автоматизированная установка центробеаной биметаллизации с электродуговыа нагревом. - Краснодар, 1989. - 8 с. - Деп. 26.01.89, 2. А«27-МШ 89.

18. Пережогин Л.А., Гладких В.В., Глушко С.П., Пепеяов A.A. Прогрессивные технологии формирования антифрикционных покрытий деталей гидромазын//Проблемы создания и освоения новой техники, и технологии в промышленности края: Тез.докл.науч.-техн.конф. - Краснодар. - 1989, с. 48-51.

19. Сапожников С.З., Глушко С.11., Шапошникова Т.Н. Температурный контроль при производстве биметаллических втулок//Прог-рессивная техника в машиностроении Краснодарского края: Тез. докл.науч.-техн.конф. - Краснодар, 1991. - С. 27-28.