Восстановление плит медных кристаллизаторов непрерывной разливки стали методом наплавки трением с перемешиванием
The paper presents the design of the tool and materials, hard tungsten-containing alloys of VK type, for manufacture of the work tool for the process of friction stir welding (FSW).
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/23477 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Восстановление плит медных кристаллизаторов непрерывной разливки стали методом наплавки трением с перемешиванием / В.И. Зеленин, М.А. Полещук, Е.В. Зеленин, П.М. Кавуненко, И.М. Попович, А.Л. Майстренко, В.А. Лукаш, Н.М. Прокопив, О.В. Харченко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2010. — Вип. 13. — С. 476-479. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-23477 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Зеленин, В.И. Полещук, М.А. Зеленин, Е.В. Кавуненко, П.М. Попович, И.М. Майстренко, А.Л. Лукаш, В.А. Прокопив, Н.М. Харченко, О.В. 2011-07-04T16:04:01Z 2011-07-04T16:04:01Z 2010 Восстановление плит медных кристаллизаторов непрерывной разливки стали методом наплавки трением с перемешиванием / В.И. Зеленин, М.А. Полещук, Е.В. Зеленин, П.М. Кавуненко, И.М. Попович, А.Л. Майстренко, В.А. Лукаш, Н.М. Прокопив, О.В. Харченко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2010. — Вип. 13. — С. 476-479. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. XXXX-0065 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/23477 621.793 The paper presents the design of the tool and materials, hard tungsten-containing alloys of VK type, for manufacture of the work tool for the process of friction stir welding (FSW). ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности Восстановление плит медных кристаллизаторов непрерывной разливки стали методом наплавки трением с перемешиванием Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Восстановление плит медных кристаллизаторов непрерывной разливки стали методом наплавки трением с перемешиванием |
| spellingShingle |
Восстановление плит медных кристаллизаторов непрерывной разливки стали методом наплавки трением с перемешиванием Зеленин, В.И. Полещук, М.А. Зеленин, Е.В. Кавуненко, П.М. Попович, И.М. Майстренко, А.Л. Лукаш, В.А. Прокопив, Н.М. Харченко, О.В. Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| title_short |
Восстановление плит медных кристаллизаторов непрерывной разливки стали методом наплавки трением с перемешиванием |
| title_full |
Восстановление плит медных кристаллизаторов непрерывной разливки стали методом наплавки трением с перемешиванием |
| title_fullStr |
Восстановление плит медных кристаллизаторов непрерывной разливки стали методом наплавки трением с перемешиванием |
| title_full_unstemmed |
Восстановление плит медных кристаллизаторов непрерывной разливки стали методом наплавки трением с перемешиванием |
| title_sort |
восстановление плит медных кристаллизаторов непрерывной разливки стали методом наплавки трением с перемешиванием |
| author |
Зеленин, В.И. Полещук, М.А. Зеленин, Е.В. Кавуненко, П.М. Попович, И.М. Майстренко, А.Л. Лукаш, В.А. Прокопив, Н.М. Харченко, О.В. |
| author_facet |
Зеленин, В.И. Полещук, М.А. Зеленин, Е.В. Кавуненко, П.М. Попович, И.М. Майстренко, А.Л. Лукаш, В.А. Прокопив, Н.М. Харченко, О.В. |
| topic |
Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| topic_facet |
Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| publishDate |
2010 |
| language |
Russian |
| container_title |
Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| publisher |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| format |
Article |
| description |
The paper presents the design of the tool and materials, hard tungsten-containing alloys of
VK type, for manufacture of the work tool for the process of friction stir welding (FSW).
|
| issn |
XXXX-0065 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/23477 |
| citation_txt |
Восстановление плит медных кристаллизаторов непрерывной разливки стали методом наплавки трением с перемешиванием / В.И. Зеленин, М.А. Полещук, Е.В. Зеленин, П.М. Кавуненко, И.М. Попович, А.Л. Майстренко, В.А. Лукаш, Н.М. Прокопив, О.В. Харченко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2010. — Вип. 13. — С. 476-479. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT zeleninvi vosstanovlenieplitmednyhkristallizatorovnepreryvnoirazlivkistalimetodomnaplavkitreniemsperemešivaniem AT poleŝukma vosstanovlenieplitmednyhkristallizatorovnepreryvnoirazlivkistalimetodomnaplavkitreniemsperemešivaniem AT zeleninev vosstanovlenieplitmednyhkristallizatorovnepreryvnoirazlivkistalimetodomnaplavkitreniemsperemešivaniem AT kavunenkopm vosstanovlenieplitmednyhkristallizatorovnepreryvnoirazlivkistalimetodomnaplavkitreniemsperemešivaniem AT popovičim vosstanovlenieplitmednyhkristallizatorovnepreryvnoirazlivkistalimetodomnaplavkitreniemsperemešivaniem AT maistrenkoal vosstanovlenieplitmednyhkristallizatorovnepreryvnoirazlivkistalimetodomnaplavkitreniemsperemešivaniem AT lukašva vosstanovlenieplitmednyhkristallizatorovnepreryvnoirazlivkistalimetodomnaplavkitreniemsperemešivaniem AT prokopivnm vosstanovlenieplitmednyhkristallizatorovnepreryvnoirazlivkistalimetodomnaplavkitreniemsperemešivaniem AT harčenkoov vosstanovlenieplitmednyhkristallizatorovnepreryvnoirazlivkistalimetodomnaplavkitreniemsperemešivaniem |
| first_indexed |
2025-11-24T15:56:09Z |
| last_indexed |
2025-11-24T15:56:09Z |
| _version_ |
1850849474032697344 |
| fulltext |
Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
476
ного зерна в композиционной капсуле толщиной ≥ 50 мкм в целях создания высокопрочных
металло-алмазных гетерогенных структур инструментального назначения.
Литература
1. Дуда Т. М. Металлизированные никелем, медью и титаном алмазные и кубонитовые
шлиф- и микропорошки // Інструмент. світ. – 1999. – № 4–5. – С. 28–29.
2. Дуда Т. М. Эффективные покрытия для порошков алмаза и КНБ, их структурные осо-
бенности и области промышленного применения // Синтез, спекание и свойства
сверхтвердых материалов: Сб.науч.тр. – К.: Изд-во ИСМ им. В. Н. Бакуля НАН Ук-
раины, 2005.– С.86–95.
3. Ткач С. В. Особливості використання растрової електронної мікроскопії при
дослідженні композитних надтвердих матеріалів та багатошарових плівкових
покриттів // Сверхтвердые материалы. – 2001. – № 3. – С. 54–61.
4. Васько А. Т. Электрохимия молибдена и вольфрама. – К.: Наук. думка, 1977. – 172 с.
5. Кришталик М. И. Электродные реакции. Механизм элементарного акта. – М.: Наука,
1979. – 224 с.
6. Васько В. Т. Электрохимия тугоплавких металлов. – К.: Тэхника, 1983. – 160 с.
7. Гальванические покрытия в машиностроении: Справочник: В 2-х т. / Под ред. М. А.
Шлугера, Л. Д. Тока. – М.: Машиностроение, 1985. – Т. 2. – 248 с.
Поступила 07.07.10
УДК 621.793
В. И. Зеленин
1
, канд. техн. наук; М. А. Полещук
1
, Е. В. Зеленин
1
, П. М. Кавуненко
1
,
И. М. Попович
1
, А. Л. Майстренко
2
, д-р техн. наук; В. А. Лукаш
2
, Н. М. Прокопив
2
, кан-
дидаты технических наук; О. В. Харченко
2
1
Институт электросварки им. Е .О. Патона НАН Украины, г. Киев
2
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПЛИТ МЕДНЫХ КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ НЕПРЕРЫВНОЙ
РАЗЛИВКИ СТАЛИ МЕТОДОМ НАПЛАВКИ ТРЕНИЕМ С ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ
The paper presents the design of the tool and materials, hard tungsten-containing alloys of
VK type, for manufacture of the work tool for the process of friction stir welding (FSW).
В сталеплавильном производстве при непрерывной разливке стали используют кри-
сталлизаторы из меди, имеющей высокую теплопроводность и обеспечивающей быстрое
образование корки металла на поверхности слитка. При движении слитка через кристаллиза-
тор в зоне взаимодействия его поверхности со стенкой из меди, наблюдается значительный
абразивный износ меди. Это приводит к нарушению начальной геометрии кристаллизатора,
выходу его из строя и значительным материальным потерям. В этой связи требуется их час-
тое восстановление. Однако обычными методами сварки и наплавки плавлением восстано-
вить кристаллизаторы трудно, вследствие снижения их теплопроводности и коробления. С
этой целью исследовали возможность использования нового процесса сварки в твердой фазе
методом трения с перемешиванием (СТП) [1;2].
Этот процесс (разработанный Британским институтом сварки в 1991 году), представляет
собой сварку в твердой фазе и выгодно отличается от традиционных методов сварки. В этой свя-
зи области его применения постоянно расширяются. Только в Японии разрабатываются техно-
логии СТП для таких отраслей, как вагоно-, автомобиле-, авиа- и судостроение.
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
477
В Украине технология сварки трением с перемешиванием активно разрабатывается в
Институте электросварки им. Е.О.Патона НАН Украины для сварки алюминия, меди, титана.
Инструмент для реализации этой технологии разрабатывается в Институте сверхтвердых
материалов им. В. Н. Бакуля (ИСМ) НАН Украины.
Этот же процесс (сварки в твердой фазе) используют для наплавки, в частности, вос-
становления медных плит кристаллизаторов непрерывной разливки стали.
Применение для этих целей наплавки трением с перемешиванием позволяет восстанав-
ливать медные плиты кристаллизаторов без изменения их теплофизических характеристик.
Большинство исследователей [3;4] указывают следующие преимущества СТП и НТП
по сравнению с другими способами получения неразъемных соединений: сохранение боль-
шинства свойств основного металла в зоне сварки по сравнению со способами сварки плав-
лением; отсутствие вредных испарений и ультрафиолетового излучения в процессе сварки;
возможность получения бездефектных швов на сплавах, которые при сварке плавлением
склонны к образованию горячих трещин и пористости в металле швов; отсутствие необхо-
димости применения присадочного материала и защитного газа, удаления поверхностных
оксидов на кромках перед сваркой, а также шлака и брызг после сварки.
Одной из главных проблем при сварке металлов методом трения с перемешиванием
является стойкость вращающегося инструмента, который подвергается воздействию значи-
тельных нагрузок и высоких температур.
При сварке либо наплавке вращающийся инструмент погружается в свариваемый мате-
риал. Свариваемый материал за счет теплоты, выделяемой при вращении и трении инструмента,
опластичивается и при поступательном движении вдоль обрабатываемого изделия перетекает в
свободную зону за инструмент, образуя сварочный шов. При этом материал инструмента под-
вергается значительным знакопеременным термомеханическим нагрузкам.
Как показывают результаты простых расчетов, для успешного опластичивания и пе-
ремешивания металла сплава необходима температура на 50–100 °С превышающая темпера-
туру начала рекристаллизации наплавляемого металла, что при наплавке меди составляет
650-750 °С. Это подтверждается практическими замерами при наплавке меди. Таким обра-
зом, инструмент для наплавки под действием высокой температуры, должен обеспечивать
технологический цикл при различных скоростях, являясь фактором управления микрострук-
турой и, следовательно, качеством сварки.
Применение опытных образцов инструмента, изготовленных из различных марок жаро-
прочных и труднообрабатываемых сталей, показало их непригодность для этих целей. Исполь-
зуя опыт создания высокоэффективных твердосплавных инструментов вращающегося типа для
породоразушающего инструмента, ИСМ НАН Украины использовали подобный тип инстру-
мента для наплавки меди методом трения с перемешиванием.
Для выяснения возможности применения твердого сплава для такого инструмента пред-
варительно из стандартной смеси ВК8 производства КЗТС (Россия) исследовали образцы, спе-
ченные в метано-водородной среде и вакууме. Полученные физико-механические и структурные
характеристики этих образцов приведены соответственно в табл.1 и 2.
Таблица 1. Физико-механические характеристики сплава ВК 8
Режим спе-
кания
Средний
диаметр
зерна
dср, мкм
Коэрцитивная
сила Н, кА/м
Плотность
γ,г/см
3
Твердость
НRа
Предел прочно-
сти при изгибе
Rbm, МПа
стандартный 1,60-2,20 9,0-9,5 14, 5–14,8 88,0 170
метано-
водородный
1,96 9,0 14,72 88,5 185
вакуумый 1,69 9,3 14,77 89,6 205
Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
478
Таблица 2. Структурные характеристики сплава ВК 8
Режим спе-
кания
Объѐмная
доля пор,
%
Количество
пор > 50
мкм,
Размер ко-
бальтовой
фазы, L, мкм
Содержание
свободного
углерода, %
Размер отдель-
ных крупных
зерен или их
скоплений,мкм
стандартнй Д1-В2 – 0,1-0,5 >0,2 15-20
метано
водородный
Д1 0,01 55, 73 0,1-0,5 ≈0,2 15-20
вакуумный В1 0,01 – 0,1-0,2 – 10-15
Результаты анализа приведенных данных показывают, что спекание в вакууме обеспе-
чивает более высокие по сравнению со спеканием в метано-водородной среде. физико-
механические свойства. Кроме того, структура сплава имеет меньшую пористость, меньший
средний размер карбидных зерен и кобальтовых прослоек. Характерная структура образца ва-
куумного спекания и структура с включением отдельных крупных зерен показаны на рис 1.
а б
Рис. 1. Структуры сплава ВК 8 после вакуумного спекания, х1600:
а – характерная; б- с включением отдельных крупных зерен
С учетом полученных данных из сплава ВК8 изготовили опытную партию образцов
инструмента, общий вид которых показан на рис. 2.
Рис.2. Общий вид инструментов для наплавки методом трения с перемешиванием
В качестве оборудования для восстановления кристаллизаторов непрерывной разлив-
ки стали использовали специально сконструированную установку для наплавки медных плит
методом НТП. Технические характеристики этой установки следующие:
- мощность головного привода, кВт 30
- толщина наплавляемого слоя меди, мм, не более 10
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
479
- частота вращения инструмента, мин
-1
500-3500
- усилие, воспринимаемое шпинделем, кг:
осевое
5000
радиальное 2000
- скорость перемещения инструмента при наплавке
листа толщиной 5 мм
200
- широта захвата при наплавке листа толщиной 5 мм,
мм, не более
10
Фото, иллюстрирующие процесс наплавки экспериментальной установкой методом
НТП на медную плиту М 1 размером 800х200х25 медного листа М-1 толщиной 4 мм показа-
ны на рис. 3. На площади, составляющей ⅔ плиты, наплавку произвели в течение 30 мин.
При этом внешний осмотр и экспресс исследование дефектов не выявили.
Рис. 3. Фото: а – процесса наплавки; б – плиты кристаллизатора после частичной
наплавки и порезки.
Выводы
1. Созданный из сверхтвердых материалов инструмент позволяет методом трения с пе-
ремешиванием проводить наплавку и сварку меди и ее сплавов в производственных условиях.
2. Производственные испытания показали, что наиболее рациональным для использо-
вания в процессе НТП твердый сплав ВК8 вакуумного спекания.
3. Результаты анализа и изучения фрагмента наплавленной плиты показали, что обра-
зуемый в процессе НТП шов ровный и гладкий, коробления медной плиты и трещин в ней не
обнаружено. Это свидетельствует о том, что в данном случае тепловложение в плиту значи-
тельно меньшее по сравнению с тепловложением в плиту в процессах сварки и наплавки
плавлением. При этом резко снижаются остаточные напряжения, что позволяет производить
наплавку больших площадей.
4. Применение метода НТП для восстановления наплавкой медных плит МНЛЗ по-
зволит значительно сэкономить материальные ресурсы, благодаря многократному их ис-
пользованию.
Литература
1. Ларс Седерквист. Сварка на тысячелетия // Светсарен, – 2005 – № 2. – С. 31–32.
2. Штрикман М. М. Состояние и развитие процесса сварки трением линейных соедине-
ний (обзор) // Свароч. производство. – 2007. – № 10 – С. 25–32.
3. Pat. GB 2306366A, UK, B 23 K 20/12. Fricshion stir welding / T. W. Morris, E. D. Nicho-
las, J. C. Needham et al.; Опубл. 1997.
4. Tool technology. The heart of FSW W. M. Thomas, P. Threadgill, D. Nicholas et al. // Con-
nect. – 2000. – P. 3.
Поступила 07.07.10
|