автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Разработка технологических основ и исследование процесса получения биметаллических полос прокаткой с использованием энергии ускоренных электронов

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

МАЗУР Игорь Петрович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛОС ПРОКАТКОЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ УСКОРЕННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ

Специальность 05- 16. 05 «Обработка металлов давлением»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Липецк — 1994

Работа выполнена в Липецком политехническом институте.

Научный руководитель: член-корреспондент НИА, доктор технических наук, профессор КОЦАРЬ С.Л.

Научный консультант, кандидат технических наук, доцент ИВАННИКОВ Е. В.

. Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ТАРИОВСКДО В. И. кандидат технических наук, доцент БОБРОВ Й.А.

Ведуна организация -Институт новых металлургических технологий, г. Москва

Защита состоится . 23 июня 1954' года в 13°° часов на заседании диссертационного совета Л 061.22.02 в Липецком политехническом институте, 398055, г. Липецк, ул. Московская, 30, ауд. К 458.

С диссертацией ионйо ознакомиться в библиотеке инстит.» ¿'а.'

Диссертации разослана Лл. мая 1994 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

В.С.Зайцев

ОЕЩ.'Л ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Дктуальцость темы. В последнее время наряду с применением традиционных моно.чегаллов все большее использование находят слоистые металлические композиции, которые, позволяет наряду с экономией дефицитных и дорогих легирующих элементов получить ь композиции комплекс свойств, зачастую недостигзеннй в мононатериале. Это расширяет возможности ло создания новых изделий, как производственного назначения, так и товаров нароЕн®го, потребления. Одним из перспективных способов производства Отстеялтеских полос является рулонная прокатка, которая обладает высокой производительность» и позволяет . автоматизировать . » механизировать наиболее трудоемкие операции.

Большие обжатая при прокатке компонейтов о разными меггшшчее-кими свойствами являются причиной образования значительных остаточных напряжений из-за неравномерности дефдрмирования слоев биметаллической полосы. Снижение деформаций, требуемых, для получения качественного соединения, невозможно без предварительного нагрева компонентов. Особенно остро этот вопрос стоит при производстве композиций из труднодефориируемых и малогцшетичных сплавив. В связи с этим исследование и внедрение в практикуполучения биметаллсп источников концентрированной энергии представляет акт/альнуи научную и практическую задачу.

Цель настоящей работы заклинается в теоретическом и экспериментальном исследовании процесса получения биметедлических полос прокаткой с использованием энергии ускоренных электронов, разработке технологических оснаа электронно-лучевеге нагрева компонентов.

Научная новизна. Теоретически обоснован. применение кучгл ускоренных электронов для нагрева и активами поаерхлэспш). ело «.-и

. 4 -

еиедитш'ш композитов биметаллической полосы.

^К£(Юр1Шеитзльно локаьано, что при электронно-лучевом кагреве возможно получение качественного соединении при небольших обжатиях

Получены зависимости для определения параметров электронно-лучевого нагрева, устанавливаете взаимосвязь с толщинами компонентов, до.аметром валков, степень« деформации, скоростью прокатки. энергией и током электронного пучка.

Разработана тепловая модель получения биметаллических полос, позволяющая рассчитеть температурное поле компонентов с учетом тепловыделений в результате тормошения электронов в материале, и за счет работы пластической деформации и трения:

Разработана методика определения протяженности зоны скольжения и распределения напряжений в зоне упругого контакта при скоростной, асимметрии компонентов биметаллической полосы.

Получено положительное решение ка выдачу патента РФ по заявке К 50369Н/05(01'.'583) ОТ 13.04.92.

Практическая ценности Полученные результаты могут быть использованы при разработке технологий и оборудования для получения многослойных Композиций с заданным соотношением слоев при небольших суммарных обаатиях. при моделировании тепловых-процессов обработки металлов давлением, обработке.материалов электроьпыми пучками и в учебном процессе. ,

Апробация рчботи. Основные результаты работы были доложены на Межреспубликанской научно-технической конференции "Прогрессивные метода получения конструкционных материалов и покрытий, повышающих долговечность деталей машин" (г. Волгоград. 1992 г.), ьа научном сосете РАН по проблеме "ОСрзботка кенструкш.онных материалов пучками зажженных частии" (г. Л.шецк. г.).

Основное содержание работы отражено в двух публшгчиях. описании патента РФ.

Объем работа. Диссертация состоит из введения. 5 глав, заключения и списка литературы, изложена на 89 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка, 5 таблиц, список использованной литературы включает 97 наименований.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, цель и задачи исследований, изложены основные положения, внесенные на защиту.

Пгрвая глава посвящена краткому литературному обзору, анализу основных способов получения многослойных материалов и известных моделей Формирования соединения между металлами.

К настоящему времени предложено большое количество способов получения многослойных материалов. Следует отметить, что технологии, основанные на способах соединения металлов в твердом соегоя-ни;!, находят более [игроков применение по сравнению с технологиями соединения в результате взаимодействия твердого металла с жидким или двух жидких металлов. Это обусловлено возможностью контроля и управления процессом формирования соединения. Широкое распространение имеют способы получения многослойных композиций при совместной пластической реформации. Этими способами, в настоящее время получают до 80Я слоистых композиций (листы,, ленты, полосы, фасонные профили и др.I. Отличительной особенностью рулонной прокатки-является существенно большая производительность, меньшая трудоемкость Изготовления и кроме этого возможность механизировать и автоматизировать большинство операций в технологическом процессе.

- в -

При прокатке целого ряда композиций, б особенности из труднодефор-мкруемых и малопластичных компонентов, имеют место большие энерго-силоьыс аатрати и для их снижения применяют различные г, иды нагрева (печной, элпктроко нтакткый. индукционный и т.д. ). Существующие способы нагрева характеризуются большой продолжительностью процесса (от 2-10 мин. для электроконтдктных и индукционных способов, до 30-90 мин. для печных), потребность© з мощных историках тока (30С-400 кВт и более) и к.п.д. не превышающими 30-00Х. Одновремен-' но следует иметь в виду, чтс на снижение об*. .тиА. требуемых для формирования соединения между металлами, существенное влияние ока-знсаат илзстичиость тонкого поверхностного слоя и необходимо осуществлять нагрев именно приконтактных объемов, в то время как повышение температуры всего компонента снижает эффективность нагрева и ноют«1 стать'причиной обрыва тонких полос из-за снижения их прочности по осему сечению Надо иметь ввиду, что с повышением темпэ-ре.турь: увеличь лотсд опасность образования "¡шеаргв" на валки, и борьба и ними ведэт к снижечию эффективности нагрева и удороашга процесса. :

" Разработка экономичных и экологически чистых технологий про-игводства биметаллических материалов, отводящих соврогашым и перснектиркык направления« каукч, требует анализа прсиэом Форми рования соединения между металлами в Твердом состоянии. Существуют несколько гипотез и моделей протекания этого процесса, которые по разному объясняют механизм образования метапличсскор. связи мекду атомами кснтзктирующпх поверхностей и Факторы но него влчяюшие. Каждая из моделэй основана, как правило, на конкретном способа и поэтому зачастую ге всегда учитывает комплексное влияние всех тех-нолотческих ларамотроз. что приводит к необходимости их эмпири-чроког»; подОорч. Наиболее- развитым в теоретическом отиоиешш явля-

ется представление' с механизме соединения металлов в твердом состоянии. основанное на явлении схватывания. Отмзчается, что на процесс схватывания оказывают влияние как состояние контактных поверхностей (наличие различных пленок, геометрические параметры поверхностей контакта.' структура и химико-физические свойства компонентов 'I т.д.), так и параметры процесса (степень и скорость деформации. температура, состав газовой среды и т.д.). Наиболее изучено в. шше на процесс соединения компонентов степени деформации, ■и как правило, прочность соединения для большинства композиций обеспечивается за счет Осльшх обжатий, достигаювдгх 60-70%. Однако, большие степени деформации, для компонентов с разными флзк-ко-механическими свойствами, приводят к образованию больших остаточных напряжений в переходной зоне, которые могут стать причиной расслоения композиций и потери целостности при их обработке и эксплуатации. Одновременно, сложность совместной пластической деформации многослойных композиций ч отсутствие достоверных аналитических зависимостей, пригодных для расчета технологических режимов, приводит к необходимости эмпирического подбора параметров для получения заданного соотношения слоев в каждом конкретном случае.

Влияние температуры на образование соединения очень сложно и противоречиво. С повышением температуры снижается прочность большинства металлов и сплавов, повышается их пластичность и усиливаются диффузионные процессы, что способствует схватывания. С другой стороны, лишь у некоторых металлов повышение температуры приводит к испарению окислов с поверхности. У большинства же это происходит лишь при температурах, близких к температуре плавления, в то. время, . как более низкие температуры ведут к усиленному окислению поверхностей. что требует создания защитной атмосферы.

Нагрев коши?чтрированными . потоками энергии, к числу которых

■ - в -

относятся электронные пучки, обладает, наряду с отсутствием вредных выбросов в атмосферу, возможностью гибкого и относительно простого управления энергетическими и временными характеристиками, что позволяет достигать. на обрабатываемых поверхностях высоких плотностей энергии, обеспечивая тем самым нагрев до температуры близкой к температуре плавления за 10"э-10"г с.

С учетом вышеизложенного в работе ставили следующие -основные задачи:

,1. Анализ формирования соединения между металлами при воз-действйи электронного пучка.

.2. Разработка основ технологии получения биметаллических полос прокаткой с использованием энергии ускоренных электронов.

'3. Разработка тепловой модели получения биметаллических полос с использованием энергии ускоренных электронов.

4. Исследование упругого контакта многослойное композиции при симметричном я несимметричном нагружении.

Во второй главе рассматривается вопросы пояучзния многослойных композиций с использованием пучка ускоренных электронов.

Исходя из гозрекенных представлений о модели твердого тела, атомы, лежаче на поверхности кристаллов, находятся в иных условиях. чем внутренние атомы, т.к.- обладают некоторым избытком свободной энергии из-за незаполненности связей. В реальных условиях эти атомы вступают Во взаимодействие с окружающими газами и образувт различные поверхностные пленки. Лтичным примером такого взаимодействия является окисление. Заполнение свободных связей атомов поверхностных кристаллов препятствует образованию химической связи между атомами компонентов при их соединении. Таким образом, чтобы произошло схватывание поверхностных атомов, необходим? стимулиро-

- э

вать изменение потенциальной энергии взаимодействия из состояния энергетического равновесия, соответствующего химической связи между атомами металла и кислорода в активное состояние, при котором происходит разрыв этой связи и- становится возможным образование металлической связи- между металлами. . Глазным источником изменения этой энергии в существующих технологиях производства биметаллов являются дефекта кристаллической решетки, выходящие на контактные поверху оти при пластической деформации, а также тепловое возбуждение атомов при нагреве. Энергия. высвобождаемая при Еыходе дефектов зависит от частоты выхода и динамики их образования, что и определяется степенью и скорость» деформации.

При воздействии пучка ускоренных электронов на материал происходит не только интенсивный нагрев, но и ионизация атомов, что с одной стороны приводит к разрушению окисной пленки, с другой способствует образованию устойчивых связей соединяемых поверхностей. Поэтому облучение ускоренными электронами свободных поверхностей соединяемых поверхностей компонентов перед входом в очаг деформации должно обеспечивать их схватывание при небольших обжатиях.

Еще одним преимуществом электронно-лучевого нагрева является то, что электронный пучок - объемный источник энергии, 95-97% которой превращается в тепло, причем интенсивность его воздействия на материал изменяется по мере потери, электронами энергии по глубине проникновения. Максимум поглощенной энергии находится на некотором расстоянич от поверхности в зависимости от начальной энергии электронов Ее и плотности материала р. Для электронных пучков энергией до 20 МэВ этот максимум расположен б диапазоне (0.4-0.7)бпр, где бпр - максимальная глубина проникновенчя электронов в материал, определяемая

Е ' •5

- 3.16-10-®~ • (1)

Р.

г«1 счет объемного тепловыделения электронный нучок может обеспечить прогрев слоев, соизмеримых с глубиной проникновения электронов. Это позволяет достигнуть на контактной поверхности необходимой для надежного соединения компонентов температуры и огра-- ничить ее повышение в зоне контакта с валком для избежания "наваров".

Введение понятия критического времени нагрева т,р позволило *

получить зависимость параметров электронно-лучевого нагрева (плотности мощности От и ' ка !г на обрабатываемой поверхности) для изменения температуры компонентов на ДТ

рс-ЛТ

От * (бпр-ЧО'---. (2)

Т«Р

где с - теплоемкость материала компонента.

Критическое время нагрева характеризует толщину слоя Ь. прогреваемую вследствии теплопереноса из зонн, разогретой торможением электронов в материале. В этом случае величина (бпр+й) будет определять минимальную толщину, полосы, при которой за критическое время нагрева, темпер?тура на границе полоса-валок не изменится.

Лля электронных пучков до 1.5 МэВ были рассчитана критические параметры электронно-лучевого' нагрева ряда материалов до температуры 0.9ТПЯ. Анализ результатов расчета,показал, что для того, чтобы зп время нагрева т„р<10"гс толщина слоя Ъ не превышала 0.55пР. необходимо обеспечить на поверхности компонентов плотность мощности электронного пучка не менее 10 кВт/см* при плотности тока 0,01-0.3 А/.смг, Использование электронных пучков с плотностью мощности свыше 10е кВт/см*'нецелесообразно, т.к. резкое повышение тгмпегатурн в зоне максимального поглощения энергии приводит к об-

разеванию области повышенного давления и взрывному выбросу металла из этой зоны.

С учетом особенностей проникновения з материал электронного пучка могут быть реализованы два принципиальные технологические с хеш получения биметаллических полос. Когда толщины компонентов соизмеримы, предпочтителен нагрев соединяемых поверхностей компонентов непосредственно перед очагом деформзции (рис.1). Компоненты биметаллической полоса с разматывателеЯ подаются ь валки прокатного стана. Расположенный в единой технологической линии со станом ускоритель электронов обеспечивает развертку (сканирование.' пучка

Рис. 1. Схема электронно-лучевого нагрева компонентов перед очагом деформации •

по всей нагреваемой поверхности. . для получения равномерности нагрева. Учитывая, что толщины компонентов при рулонной прокатке редко превышают 5 мм, для осуществления скономичного нагрева и предотвращения наваров, глубина разогреваемого слоя должна быть в интервале 0.5-1.5 ми. Для осуществления электронно-лучевого нагрева таких толщин требуются электронные пучки с энергией 0.5-2.5 МэВ.

Другой вариант электронно-лучевого нагрева учитывает смещение от поверхности максимума поглощенной энергии и рекомендуется для плакирования тонкими компонентам толстых основ. Нагрев осуществляется через плакирующий слой таким образом, чтобы зона максимального поглощения анергии находилась в области контакта компонентов или была смещена в сторону одного из них. Следует отметить, что для данного варианте нагрева необходимым условием является осуществление его в рассчитанное критическое время ткр. т.к. лишь в этом случаз температурное поле в компонентах будет повторять 'распределена поглощенней энергии и максимальная температура будет з зоне контакта компонентов. Тем самым снижается вероятность налипания плакирующего компонента в очаге деформации, а пластическая деформация, первоначально наступающая в разогретом слое: обеспечивает полу^пкие прочного соединения.

В третьей глгее исследуется температурное поле компонентов биметаллической полосы при нагреве концентрированным пучком ускоренные электронов.

Одним из вгжных результатов воздействия на материал электронного пучка является изменение температуры в разных точках объекта и на поверхности. Однако, из-за быстротечности процесса нагрева, экспериментальные замеры не представляются возможными и анализ пространственно-временного распределения температуры был проведен

на основе одномерного уравнения теплопроводности

6ПГ б г 0Т 1

Сп---Х(Т)- +0,(2.1). (3)

г 8т бг 1 82 ]

где

/ПЕ..1) От-—--- о < * <т„:

0,(2, г)

/(Е..«5<1г (4)

О , х > т„;

- Функция г-нерговиделениЛ в результате торможения электронов; тн -время электронно-луювого нагрева; Х(Т) - коэффициент теплопроводности нагреваемого материма: ЛЕв.*> - Функтет распределения поглощенной энергии.

Установлено, что характер распределения температуры зависит от параметров электронного пучка, времени его воздействия, определяемого скорость» прокатки, и теплофкзическйх свойств компонентов.

На основе разработанной методики для модельных материалов были рассчитаны параметры электронно-лучевого нагрева, обеспечивающие достижение на поверхности контакта температуры в даэпазоне 1000 - 1700 К. когда время нагрева превышает критическое время нагрева т,р. Результаты расчета для стальной полосы толщиной 1.0 мм показываю г. что даже при увеличении времени к&грева до 0.1-1 с, приводящее к значительному отводу тепла в валки из зоны разогреваемой тормсжеьиек электронов, температур?, на грат. ,е полоса-валок будет на 100 - 300 К ниже, чем на соединяемых поверхностях. что существенно снижает вероятность "нагаров" компонентов а очаге деформации.

■Для рассмотрения нагрева движущихся компонентов биметаллической полосы, схватывающих валки, вводится параметр - угол нагреза Ф,(рис.1), соответствующий сектору электронно-лучевого воздействия. определяемый радиусом валков й(. толщиной компонентов й(.

~ 14 - .

степенью деформации с. расстоянием от концевого выпуска до гори-< зонталышх осей валков и до вертикальной оси левого валка

Хр»б и углом расхожпзнил.электронного пучка £ (полное выражение для угла нагрева имеегся в работе). Протяженность участков нагрева

Ц,(Й^Н,)*,, (5)

следовательно, время нагрэзз

Тн1 - Ца^!- (6)

гда Уяр! - скорость прокатки компонентов.

При рассмотрении температурного поля было также учтено повышение Температуры, связанное с фермоизяенением биметаллической полосы и работой поверхностных сил трения между валами и компонентами в очаге деформации. Показано, что при обжатиях менее 40 % изменение температуры от работа пластической деформации и трения не оказывает существенного слияния из температурное поле, сформировавшееся на момент окончания электронно-лучевого воздействия, и им можно пренебречь без значительной потеря точности..

?кс. £ даг.-т представление о температурное поле биметаллической композиции пра асимметричном нагреве и показывает изменение темпе. ратуры на соединяемых поверхностях коьпонентов и на.границе полоса- взлок.

Четвертая глапг посвящена экспериментальным исследованиям получения биметаллических полос при электронно-лучевом нагреве.

Для реализзцьи вариантов аагрева, рассмотренных в главе 2 был разработан и изготовлен опытно-лабораторный стан. В состав стана эхолят узел длн сматьзакмя полоси, устройство проводки, вертикальная дзухЕЛЛковаЯ клеть консольного типа с механическим нажимным устройством, электропривод, а тгккэ устройство, обеспечивающее экранирование элементов конструкции стана от воздействия электронно-

Рис.г. Температурное оле биметаллической полосы при асимметричном нагреве электронным пучком энергией Е„=1.4 ИэВ и 1г =0.003 А/смг а) и изменение температуры на поверхностях компонентов б)

го пучка.- Стан обеспечивает прокатку компонентов биметаллической полосы толщиной до 2 ми и шириной 50-60 мм при скорости до 0.5 м/с и усилии прокатки 10 тс.

Источником энергии служил серийный ускоритель- электронов ЭЛВ-4 конструкции ИЯФ СО РАН (г.Новосибирск) и смонтированный в лаборатории НТЦ ИЭЛ'С М НЛМК. Ускорители этой серии имеют промыа-ленный к.п. д. ЭОХ и обеспечивают выпуск в атмосферу пучка электронов с энергией 0.8-1.5 МэВ при средней мощности 30 кВт.

В состав оборудования ускорителя входит технологическая платформа, 'на которой был установлен опытно-лабораторный стан. с. помощью ее обеспечиваюсь позиционирование прокатной клети относительно осей ускорителя.-

Управление ускорителем и станом осуществляли от УВМ синхронно, что позволяло за счет регулирования мощности пучка электронов и скорости прокатки обеспечивзть необходимою температуру соединяемых поверхностей, а также глубину прогрева компонентов в зоне контакта. Получение рассчитанных в главе 3 значений параметров От и 1Г осуществляли с учетом амплитуды сканирования электронного пучка по'линии контакта компонентов.

Экспериментальное исследование включало* получение модельных композиций,, составленных из двух полос холоднокатанной углеродна той стали Ст. Э толщиной 1.0 мм и шириной 50 мм, и электротехническая медъ - Ст.3 толщиной 0.33 мм и 1.0мм соответственно, при энергии электронного пучка 0.8-1.5 МэВ. Скорость прокатки составляла 0.05-0.1 м/с при обжатии 1-4? • Установлено, что для соединения однородных стальных по/юс характерно образование зон схватывания уже при температуре поверхности' 1300 К и обжатии 1-2%. Повышение степени деформации до 455 приводит к увеличению площади зон схратнр^тя компонентов. Повышение температуры компонентов до 1700

К и обжатия до 435 обеспечивало практически сплошное г-иативэнне и образование протяженных участков, на которы.. граница слоев не обнаруживается в результате формирования обидах зерен в переходной зоне. Микроструктура такой композиции представлена относительно равноосными зернами. Микротвердость композиции равномерная по длине полосы, составляющая 200-210 кГс/ми* на краях, в зоне соединения снижалась до 180-190 кГс/миг.

Прочное соединение меди со сталью происходило при температуре 1300 К. Изменению микротвердости характерно незначительное снижение твердости в околоаовной области со стороны меди, что объясняется образованием в этой зоне мелких и далее столбчатых кристаллов. что связано с подплавлением поверхностного слоя и интенсивным отвода* тепла,

В пятой глава исследуется упругий контакт многослойной композиции.

Характерной особенностью процесса деформирования многослойной композиции, в том числе и упругого, является неравномерность послойной деформации из-за различия механических свойств компонентов.

Первоначально рассматривается плоский сш-гметричный контакт многослойного цилиндра и плоского основания. Принято, что в результате взаимодействия образуется область V. в которой точки получают следующее вертикальное перемещение

' : у \

и„ - а И - Х?)* 11 - и* • цг ■" °> (7!

где а - величина смещения оси цилиндрического тела в сторону осно-' ваиия. Ь - глубина проникновения деформации.

■Вариационное уравнение принципа виртуальннх' перемещений для упругой среды

б[о.5||||сГг + Зч*к|сИ/]«0. (8)

V

где ' - интенсивность деформации сдвига, с - средняя деформация, С - модуль сдвига, к - модуль объемной деформации. Подстановка линейных и угловых деформаций определенных из (7) и минимизация Функционала энергии (В) по глубине проникновения упругой деформации, позволило определить

/ 32 1-у

Ь - /---— . (9)

/ 5 1-2Д .

Полученное значение глубины проникновения деформации позволяет определить распределение нормальных напряжений на контакте, а по ним пол^лрину площадки контакта Ь

3 /12 1 - 2м Р>л Ь* ---(1 +Ю/-Т---— —

• р.

(10)

2 »/51-Ц Е

где Рул - погонное усилие по длине цилиндра, в - радиус цилиндре. М - коэффициент Пуассона, Е - модуль Юнга. Сопоставление результатов расчета по предлагаемой методике и традиционному решение контактной задачи Горца показало, что нэвязка решений на превышает 75Е для диапазона 0.20<м<0.40. Это позволило сделать вывод с возможности использования разработанной методик»! для инженерных .расчетов.

С помощью взелекного понятия коэффициента распространения деформации кд. величины обратной Ь <9). получили зависимости для проникновения деформации в иного-..оПнув композицию

V * ® И - х8)-» - 1кД|У,). (И)

Далее рассматривается контакт компонентов биметаллической поле он при нч -¡[«'гц.! скоростной асимметрии. В этом случае на площадке контат образуется зона скольжения протяженностью I, где точки

поверхности, из-за разности скоростзй . скользят друг относительно друга, также зона в, где происходит сцепление, компонентов. Особенность зоны скольжения состоит в той, что наряду с нормальными напряжениями, имеют место касательные напряжения трения, ь в силу неопределенности границы их действия, вариация работы внешних сил будет отлична от нуля. Следовательно, вариационноэ. уравнение, в отличие от (6). имеет вид

с т* + зегк|с1У

«[о.е]((|о 1* * з егк)

V

- с?1уо * *•«!,.о] '<»!' " (12)

Кинематически допустимое поле скоростей для течек деформируемой области в системе координат связанной с зоной, где произошло сцепление слоев:

. * + I

Лу * Л1> !--11--зона скольяения, -

:13>

у

Аи---зона сцепления, 10<хС:

1>

где - рассогласование скоростей компонентов; 1»ь. у„ -

скорость верхнего и нижнего компонента соответственно.

Таким образом, точки деформируемой облаоги компонентов полу-чаит как вер шкальное перемещение, удовлетворявшее (7), так и горизонтальное, обусловленное наличием скоростной неравномерности в. гонах скольжения и сцепления, которое определяли относительно не-дефору.ированной области, кзк • '

кг '

I vx-^v

Ди, - ---- - (Зх. (14)

•'. V

где V - (1>в + у„)/2 - скорость точек на площадке контакта в зоне сцепления.

Лгпроксимация результатов для различных значений рассогласования скоростей, сдавливающей нагрузки, коэффициента-трения полученных при минимизации функционала энергии (12) по I и й. после подстановки в него значений линейных и угловых деформаций на основании (7). (13),(14), приводит к выражению для протяженности зоны скольжения

1 - Ц,1са к,-АУЛ». (15)

Коэффициенты к,, ка, к, выражаются через коэффициенты Пуассона, смещение осей компонентов и коэффициент межслойногс трения (полное выражение имеется в работе).

Анализ полученных результатов показывает, что при наличии скоростной асимметрии компонентов происходит уменьтение глубины проникновения деформации (До 40-5055), а также увеличение нормальных напряжений по всей площадке контакта.' Когда протяженность зош: скольжения приОх.'дается к 2Ь, дальнейшее увеличение рассогласования скоростзй приводит к сдвигу компонентов и нарушению целостности 'композиции. Наиболее целесообразным является протяженность зоны скольжения, непревышающая половину ширины пЛощадки контакта, где имеют место максимальные контактные напряжения. .

основные выводы и результаты.

1. Теоретическими исследованиями обосновано использование пучка ускоренных электронов для получения биметаллических, полос, обеспечивающее экономичный нагреь и активацию соединяемых поверхностей компонентов.

2. Разработаны технологические основы и принципиальные схемы получения биметаллических полос прокаткой с использованием для нагревз ускоренных электронов энергиями до 20 НэВ..

3. . азраОэтап и изготовлен опытно-лабораторный стан, установленный в технологической линии о ускорителем ЭЛВ-4, для получении биметаллических полос шириной до 6С мм. Экспериментально подтверждено. что при электронно-лучевом нагреве прочное соединение компонентов обеспечивается при небольших обкэтиях_ (о-4%).

4. Показано, что основными регулирующими фактсрчии, влияющим на температуру поверхности контакта компонентов в очагг деформации являются плотность мощюсти электронного пучка и скорость прикатки. Получены формулы для определения параметров электронно-лучевого нагрева, устанавливающие взаимосвязь с толщинами компонентов. диаметром валков, степенью деформации, скоростью прокатки, энергией и током электронного пучка.

5. Разработана теплоБая модель для определения температурного поля в биметаллической полосе с учетом начальной температура компонентов , и тепловыделений в результате торможения ускоренных электронов в материале, а также работы пластической деформации и внешнего трения. На основе разработанной модели рассчитаны параметры электронно-лучевого нагрев для ряда материалов, обеспечивающие получение в зоне контакта температур, необходимых для'соединения компонентов, а на границе полоса-валок препятствующих обра зованию "наваров".

6. Получены зависимости и численные значения коэффициентов проникновёк. я деформации в многослойные . композиций при упругом симметричном-контакте, а также предложена методика определения протяженности ¿оны скольжения • и распределения напряжений в зоне упругого контакта пои скоростной асимметрии компонентов биметаллической полосы.

Основные положения диссертации опуОликоЕаны ь следующих работах:

1. Особенности нагрева. компонентов биметаллической полось. концентрированным источником энергии / И.П.Мазур, с.Л.Коцарь. Ь\ В. йванников // Тезисы докладов Межреспубликанской научно-технической конференции "Прогрессивные методы получения конструкционных материалов и покрытий, иовшчшцих долговечность деталей машин". Волгоград, 1592. о. 104-108!

.2. Способ изготовления многослойной ленты и устройство для его осуществления / С.Л.Коцарь, Л.А.Кузнецов, Е.В,Кванников, И.П.Мазур и др. - Заявка 5036914/08(017583) от 13.04.92. Положительное решение на выдачу патента РФ от 29.il. 93 г.

3. о соединении металлических полос- под воздействием ускоренных электронов /и;П.Маздр, Е.в. Йванников //Технология машиностроения. Декабрь,1993: Сборник науч. труд, под ред.- В.П.Маринова; Липецкий пояиттехн. институт. -Липецк, 1993, с. 48-49.