УДК 621.791

, (РГУПС, Россия)

РАСЧЕТ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Горячий пластичный металл намного легче срезается лезвийным инструментом. Наиболее важной характеристикой обрабатываемости металла является его предел прочности, который напрямую зависит от процентного содержания углерода в металле. С увеличением углерода в наплавленном металле в результате использования легирующих флюсов повышается предел прочности (ув) нанесенного слоя металла. В результате силы резания при фрезеровании наплавленного метала, в процессе его нанесения, увеличиваются, а стойкость фрезы уменьшается. С помощью математического моделирования была получена формула для определения предела прочности наплавленного металла (ув):

, МПа,

где        Т – температура, °С;

С – процентное содержание углерода.

На кафедре «Эксплуатация и ремонт машин» РГУПСа разработана компьютерная модель расчета предела прочности наплавленного металла в зависимости от процентного содержания углерода и его температуры. В табл. 1 представлено процентное содержание химических элементов в наплавленном металле при различных вариантах использования наплавочной проволоки и флюса.

Таблица 1

Содержание углерода, хрома и марганца в наплавленном металле  деталей

Проволока

Флюс

Содержание элементов, %

C

Cr

Mn

Св - 08А

АН-348А

0,18

0,23

1

Св - 08А

Легированный

0,75

0,4

1,42

Св-08Г2С

АН-348А

0,35

0,62

1,44

Св-08Г2С

Легированный

0,94

0,5

2,3

Нп-30ХГСА

АН-348А

0,29

0,24

1,57

Нп-30ХГСА

Легированный

1,6

0,54

2,74

Пружинная проволока 2кл

АН-348А

0,32

0,16

1,82

Пружинная проволока 2кл

Легированный

1,02

0,48

1,38

В табл. 2 приведены расчетные величины  предела прочности наплавленного металла, полученные с помощью компьютерного моделирования. На рис. 1 представлен график изменения предела прочности (ув) наплавленного металла от его температуры (Т, °С) и процентного содержания углерода (С, %).

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Применяемый легированный флюс разработан на кафедре «Эксплуатация и ремонт машин» РГУПСа и состоит из флюса АН-348А + 2,5% графита + 2,0% феррохрома.

Таблица 2

Расчетные данные определения предела прочности

Содержание углерода С, %

0,18

0,29

0,35

0,94

1,02

Температура

Т, °С

20

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Предел прочности ув, МПа

657,24

509,85

371,19

270,24

196,74

143,24

104,28

75,92

55,27

40,24

29,30

788,73

601,47

428,63

305,45

217,67

155,12

110,54

78,78

56,14

40,01

28,51

872,01

661,21

467,85

331,04

234,24

165,74

117,27

82,98

58,71

41,54

29,40

2351,72

1720,06

1163,43

786,93

532,27

360,02

243,52

164,71

111,41

75,36

50,97

2681,69

1926,84

1274,65

843,22

557,81

369,01

244,11

161,48

106,82

70,67

46,75


Рис. 1. График зависимости предела прочности (ув) от температуры (Т, °С) и процентного содержания углерода (С, %) в наплавленном слое детали: 1 – процентное содержание углерода в наплавленном металле С = 0,18%; 2 – процентное содержание углерода в наплавленном металле С = 0,29%; 3 – процентное содержание углерода в наплавленном металле С = 0,35%; 4 – процентное содержание углерода в наплавленном металле С = 0,94%; 5 – процентное содержание углерода в наплавленном металле С = 1,02%

Из графика (рис. 1) видно, что при увеличении температуры предел прочности наплавленного металла резко снижается. Это является благоприятным условием для обработки горячего наплавленного слоя детали. Исследования износа фрезы показали, что при таких условиях обработки стойкость фрезы значительно возрастает. Это позволяет длительное время обходиться без переточки режущей части зуба фрезы и, как следствие, уменьшает трудоемкость механической обработки наплавленного слоя детали.

Расчет предела прочности проводился при различных температурах наплавленного металла и различном содержании углерода:

Для железоуглеродистого сплава с содержанием углерода С=0,26% при температуре Т=1000°С по формуле получаем ув(0,26)(1000°С)=28,4 МПа, а по экспериментальным данным ув(0,26)(1000°С)=31 МПа. Для железоуглеродистого сплава с содержанием углерода С=0,5% при температуре Т=800°С по формуле получаем ув(0,5)(800°С)=70,5МПа, а по экспериментальным данным ув(0,5)(800°С) = 68 МПа. Для железоуглеродистого сплава с содержанием углерода С=0,75% при температуре Т=800°С по формуле получаем ув(0,75)(800°С)=100,2 МПа, а по экспериментальным данным ув(0,75)(800°С) = 102 МПа. Для железоуглеродистого сплава с содержанием углерода С=0,94% при температуре Т=800°С по формуле получаем ув(0,94)(800°С)=111,4 МПа, а по экспериментальным данным ув(0,94)(800°С)=112 МПа. Для железоуглеродистого сплава с содержанием углерода С=1,02% при температуре Т=800°С по формуле получаем ув(1,02)(800°С)=106,8 МПа, а по экспериментальным данным  ув(1,02)(800°С)=110 МПа.

Расчеты показали, что расхождение между теоретическими и экспериментальными исследованиями предела прочности наплавленного металла составляют максимально около 3%, что доказывает пригодность математической модели для получения достоверных результатов при теоретическом расчете предела прочности. Трудоемкие экспериментальные исследования предела прочности ув (Т, °С) наплавленного металла при повышенных температурах (Т, °С) можно заменить математическим расчетом, зная процентное содержание углерода (С, %) в металлопокрытии.