МЕТОДИКА  ИССЛЕДОВАНИЯ  ПОВЕРХНОСТНОГО  СЛОЯ  МЕТАЛЛА  ПРОШИВНОЙ  ОПРАВКИ  НА  ОТСЛОЕНИЕ

Криничная  Дарья  Александровна

Коренев  Дмитрий  Александрович

студенты  6  курса,  кафедра  МиТЛП  ВолгГТУ,  РФ,  г.  Волгоград

Е-mail :  zvezdo4ka31@mail.ru

Цурихин  Сергей  Николаевич

научный  руководитель,  канд.  техн.  наук,  доцент  кафедры  МиТЛП  ВолгГТУ,  РФ,  г.  Волгоград

Оправка  прошивного  стана  в  процессе  работы  подвергается  циклическим  температурным  и  силовым  воздействиям  при  температуре  в  зоне  контакта  с  обрабатываемой  стальной  трубной  заготовкой  до  1000  °С,  что  обуславливает  ее  быстрый  износ.  На  износ  оправок  влияет  большое  количество  факторов:  химический  состав  материала  и  режим  термообработки  оправок,  их  калибровка,  марка  прокатываемой  стали,  качество  нагрева  заготовок,  режим  прокатки,  условия  охлаждения  оправок  [1]. 

Эффективным  способом  повышения  износостойкости  оправки  является  наплавка  жаропрочного  и  жаростойкого  материала  на  рабочую  поверхность  металлургического  инструмента.  Благодаря  жаропрочному  сплаву  износостойкость  оправки  увеличивается  в  1,5—2  раза  [4].

В  настоящее  время  в  трубном  производстве  в  качестве  материала  оправок  широко  применяется  сталь  марки  20ХН4ФА,  содержащая,  %:  0,17...0,24  С;  0,25...0,35  Мn;  0.17…0.37  Si;  0,7...1,0  Cr;  3,17...4,25  Ni;  0,15...0,30  V;  используют  также  сталь  марок  40ХМФС,  38Х2МФЮА,  4Х5МФС;  сплавы  на  никелевой  основе  типа  ЭП567  следующего  состава:  Мо  —  15,4  %,  W  -  3,5%,  Fe  —  до  4  %,  С  —  0,02  %,  Мп  —  0,3  %,  Si  —  0,12  %,  S  и  Р  —  до  0,01  %,  Сr  —  15  %,  Ni  —  основа  и  др.  [5].

Основное  воздействие  при  работе  испытывает  наплавленный  металл,  поверхность  которого  вступает  в  химические  реакции  с  другими  элементами  и  сложными  веществами,  например  с  кислородом  воздуха,  окалиной,  водой  и  т.д.  В  числе  этих  свойств  —  окисляемость,  растворимость,  коррозионная  стойкость,  жаропрочность  [3].  В  результате  могут  происходить  разрушения  металлов  и  необратимые  изменения  их  структуры  и  свойств,  ведущих  к  его  разрушению.

Особо  отметить  надо  переходную  зону  от  основного  к  наплавленному  металлу,  которая  имеет  переменный  химический  состав  и  содержит  различного  типа  микрослои  переменной  структуры.

В  большинстве  случаев  она  менее  нагружена,  чем  наплавленный  металл  на  поверхности.  Вместе  с  тем,  в  условиях  циклических  температурных  и  силовых  воздействиях  металлургического  инструмента,  переходная  зона  биметаллического  соединения  подвержена  переменным  циклическим  напряжениям,  сочетающимися  с  остаточными  напряжениями  первого  рода.  При  наличии  объемных  структурных  превращений  могут  возникать  и  напряжения  второго  рода  [2].  Совместное  действие  напряжений  может  привести  к  отколам  наплавленного  металла  по  условной  линии  сплавления.

Преимущественное  влияние  на  качество  металла  в  переходной  зоне  оказывают  химические  составы  наплавленного  и  основного  металлов,  а  также  технология  их  нанесения. 

Ширина  зоны  и  ее  строение  могут  сильно  изменяться  и  размер  переходной  зоны  от  основного  металла  к  наплавленному  металлу,  может  сильно  влиять  на  работоспособность  прошивной  оправки  [5].

При  изменении  температуры  также  происходит  объемное  расширение  или  сжатие  твердого  тела.  Неравномерный  нагрев  приводит  к  возникновению  внутренних  напряжений,  к  деформированию  твердого  тела  [1]. 

Все  это  может  создать  условие  для  формирования  в  переходной  зоне  трещин  и  формирование  в  переходном  слое  зоны  сплавления  диффузионных  прослоек,  приводящих  при  эксплуатации  к  отслоению  наплавленного  металла.

Общепринятого  метода  испытания  материалов  на  отслоение  при  циклическом  и  температурном  силовом  воздействии  не  существует.  Для  испытания  износостойкого  слоя  металла  с  малой  глубиной  проплавления  можно  использовать  установку,  представленную  на  рисунке  1.

Рисунок  1.  Схема  установки  для  испытаний  на  отслоение

Испытуемый  образец  (рисунок  2)  устанавливается  на  неподвижный  стол  таким  образом,  что  сжимающая  сила  давит  сверху  на  износостойкий  слой  металла.  Толщина  испытуемого  образца  влияет  на  возможность  поверхностного  сдвига  износостойкого  слоя  относительно  его  основы  или  отслоения  его  по  переходной  зоне  сплавления.

Образец  при  испытаниях  находится  в  нутрии  электропечи.  Нагружение  исследуемого  образца  производится  при  температуре  1000  ⁰С  и  с  начальным  усилием  P  =  500  Н  и  непрерывно  с  постоянной  скоростью  растет  до  тех  пор,  пока  не  произойдет  отслоение  износостойкого  слоя  металла  от  основного  или  не  произойдет  его  видимый  сдвиг.

Рисунок  2.  Исследуемый  образец  (а)  и  его  поперечный  срез  (б)

Таким  образом,  используя  данную  установку  можно  максимально  приблизить  к  реальности  процесс  деформирования  прошивной  оправкой  трубной  заготовки.

На  основании  полученных  данных  строиться  монограмма  зависимости  выдерживаемой  нагрузки  прошивной  оправки,  при  заданной  температуре,  от  предполагаемого  количества  возможных  ее  проходов.

В  дальнейшем  эти  данные  можно  применять  для  косвенной  оценки  стойкости  прошивной  оправки  (количество  проходов  оправки),  при  сокращении  затрат  на  дорогостоящие  износостойкие  материалы,  что  повысит  технические  и  экономические  показатели  производственного  процесса.

Список  литературы:

1.Вавилкин  Н.М.,  Бухмиров  В.В.  Прошивная  оправка:  научн.  изд.  М.:  МИСИС,  2000.  —  128  с.

2.Дульнев  Р.А.  Термическая  усталость  металлов  М.:  Машиностроение,  1980.  —  200  с.

3.Романцев  А.В.,  Гончарук  А.В.  и  др.  Обработка  металлов  давлением:  учебник  для  ВУЗов.  М.:  МИСИС,  2008.  —  960  с.

4.Соколов  Г.Н.,  Лысак  В.И.  Зорин  И.В.,  Цурихин  С.Н.  Ремонтная  наплавка  малогабаритных  торцов  деталей  сборочной  и  сварочной  оснастки  //  Сборка  в  машиностроении,  приборостроении.  —  2003.  —  №  7.  —  С.  30—32.

5.Цурихин  С.Н.  Разработка  технологии  электрошлаковой  наплавки  оправок  трубопрошивного  стана  термостойким  сплавом  на  основе  Ni₃Al:  Автореф.  дис.  на  соискание  ученой  степени  канд.  тех.  Наук.  Волгоград,  2007.  —  22  с.