ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ ДВУХСЛОЙНЫХ АНТИФРИКЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ ХОДОВЫХ СОПРЯЖЕНИЙ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПУТЕВЫХ МАШИН

 

FEATURES OF THE DOUBLE-LAYER TECHNOLOGY ANTIFRICTION PRODUCTS WAY OF WORKING CONJUGATION TRACK

 

Сосновский И.А., Белоцерковский М.А., Курилёнок А.А.

(ОИМ НАН Беларуси, г. Минск, РБ)

Грудько И.И., Трембицкий И.П., Климович А.Ф. (ЭРУП «Центр механизации путевых  работ Бел.ж.д.», г. Пинск, РБ)

Sosnovsky I.A.,  Belotserkovsky М.А., Kurileonok A.A. (Joint Institute of Mechanical Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus)

Grudko I.I., Trembitsky I.P., Klimovich A.F. (ORUE "Center of Belarusian Railway mechanization of  track maintenance», Pinsk, Belarus)

 

Разработана технология получения антифрикционных покрытий на деталях ходовых сопряжений рабочих органов путевых машин методом центробежной индукционной наплавки порошковых материалов. Приводятся результаты теоретических исследований процесса проплавления порошкового слоя при реализации данной технологии

The technology of antifriction coatings on the details of running mates working of track machines using centrifugal induction welding powder materials. The results of theoretical studies of the processes of penetration of the powder layer in the implementation of this technology

 

Ключевые слова: центробежная индукционная наплавка, антифрикционные покрытия, ходовые сопряжения рабочих органов путевых машин.

Key words: centrifugal induction welding, antifriction coatings, details of running mates working of track machines.

        

На предприятиях железнодорожного транспорта РБ используется широкая номенклатура деталей машин и устройств, которые содержат в своем исполнении узлы трения триботехнического назначения, работающие в режиме интенсивного абразивного изнашивания.

К таким узлам трения относятся, например, детали ходовых сопряжений рабочих органов путевых машин высшего класса сложности, предназначенных для выправки, подбивки, отделки пути и очистки щебня (виброплиты балластировочных машин, втулки подбивочных блоков и гайки подъема электромагнитов машин типа ВПР и ВПО и др.).

Задачей исследований, проведенных в данной работе, является повышение работоспособности и срока службы антифрикционных изделий ходовых сопряжений рабочих органов путевых машин. Решение этой задачи осуществлялось путем разработки новой высокоэффективной технологии индукционной наплавки порошковых покрытий с использованием результатов теоретических исследований процесса проплавления порошковых слоев при индукционном нагреве.

Применение композиционных антифрикционных покрытий из модифицированных медных сплавов для создания двухслойных антифрикционных изделий  позволяет значительно сократить расход цветных  сплавов и обеспечить повышение качества и надежности машин в целом. Одним из эффективных способов формования порошковых покрытий в холодном и горячем состоянии непосредственно во внутренней полости стальной заготовки-матрицы является центробежная индукционная наплавка.[1-3]. Для промышленной реализации этого метода в ОИМ НАН Беларуси разработаны технологии, оборудование и сопутствующая оснастка.

Известно [4], что в основе индукционной центробежной наплавки порошковых слоев лежит технологическая схема, позволяющая реализовать следующую последовательность нанесения слоев порошковых покрытий. Сначала, с помощью индукционных токов происходить разогрев вращающейся стальной цилиндрической заготовки до температур возможного фазового перехода из твердого в жидкое состояние материала частиц порошка. Затем, в результате изотермической выдержки и теплообмена между разогретой внутренней поверхностью стальной цилиндрической заготовки и прижимаемого к ней центробежными силами порошка происходит послойное его расплавление с образованием после кристаллизации и охлаждения порошковых покрытий. Такая последовательность процесса нанесения порошковых слоев позволяет полагать, что технологические режимы индукционной центробежной наплавки определяются такими технологическими параметрами, как длительность процесса, мощность и частота электромагнитного излучения индуктора, а также линейными размерами стальной цилиндрической заготовки, мощностью создаваемого на ее поверхности теплового источника, удельным сопротивлением, плотностью и теплопроводностью стали. Эти технологические параметры индукционной центробежной наплавки определяют температурный режим нанесения слоев порошковых покрытий.

В результате наших исследований установлено, что распределение температуры в расплавленной зоне будет определяться зависимостью:

,                                 (1)

где Т1 – температуры жидкой фазы (расплава), К;

Тпл – температура плавления присадочного материала, К;

r  – текущая координата, м;

R – радиус внутренней поверхности заготовки, м;

η – расстояние от оси вращения до границы плавления, м;

τ – время, с;

b – темп нагрева, К/с.

На основании  полученной зависимости (1) и уравнения теплопроводности можно получить дифференциальную зависимость:

,                                                       (2)

где λ1 – коэффициент теплопроводности жидкой фазы, Вт/м·К;

γ – удельная теплота плавления присадочного материала, дж/кг;

ρ – плотность присадочного материала, кг/м3;

Отсюда получим трансцендентное алгебраическое уравнение:

,                                        (3)

которое определяет зависимость между координатой фронта плавления η и временем τ.

Для проплавленного порошкового слоя при η = R0 решение (2) примет вид:

,                                        (4)

где R0 наружный диаметр заготовки, м.                                  

          

Вышеизложенная модель устанавливает связь между технологическими параметрами индукционного нагрева и динамикой перехода из твердого состояния в жидкофазное состояние порошкового слоя на основании модельных допущений Лейбензона и Лыкова.

По результатам проведенных исследований на Пинском ЭРУП «Центр механизации путевых работ Бел.ж.д.» создан опытно-промышленный участок биметаллизации (см. рисунок 1) и внедрены технология и оборудование (см. рисунок 2) для изготовления двухслойных антифрикционных изделий (биметаллических втулок подбивочных блоков, гаек подъема электромагнитов и др. изделий путевых машин ВПР и ВПО) с использованием составов антифрикционных композиционных порошковых смесей, содержащих  сплав на медной основе.

 

Рисунок 1 –  Реализация процесса биметаллизации на опытно-промышленном участке Пинского ЭРУП «Центр механизации путевых работ Бел.ж.д.»

 

 

Рисунок 2 – Процесс изготовления двухслойного антифрикционного изделия  (биметаллической втулки подбивочного блока выправочно-подбивочно-разделочной машины ВПР).

 

Это позволило повысить твердость наплавленных слоев деталей ходовых сопряжений рабочих органов путевых машин, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания,  в 1,3-1,4 раза и относительную износостойкость в сравнении с серийно выпускаемыми деталями в 1,4-1,6 раза  при увеличении производительности процесса изготовления на 30-35%.

 

Список использованных источников

1. Белявин, К.Е. Индукционный нагрев в процессах центробежного нанесения покрытий [Текст]/ К.Е. Белявин, И.А. Сосновский, А.Л. Худолей // Научно-теоретический и информационно-методический журнал «Вестник Фонда фундаментальных исследований», № 3 (65), 2013. – С. 68-85.

2. Гафо, Ю.Н. Определение термических параметров центробежного индукционного припекания порошковых покрытий [Текст]/. Ю.Н. Гафо, И.А. Сосновский // Порошковая металлургия – 2009. – №1/2.– с.134-143.

3. Gafo, Y.N. Engineering method of thermal mode calculation of centrifugal induction sintering for multilayer coatings [Text]/ Y.N.Gafo, I.A.Sosnovsky, L.P.Kashitsyn, А.V. Sosnovsky, S.E.Klimenko // Euro PM 2008 Powder Metallurgy Congress 8 Exhibition 29-01 october 2008, Mannheim, Germany, Proceedings, Vol 3 – Р. 53-58.

4.  Дорожкин, Н.Н. Получение покрытий методом припекания [Текст]/ Н.Н. Дорожкин, Т.М. Абрамович, В.И. Жорник. – Минск: Наука и техника. – 1980. – 176 с.