УДК 620.179.16
ОЦЕНКА СТРУКТУРЫ АНТИФРИКЦИОННОГО СЛОЯ В ПОДШИПНИКАХ СКОЛЬЖЕНИЯ ПАРОВЫХ ТУРБИН ЭХОИМПУЛЬСНЫМ МЕТОДОМ КОНТРОЛЯ
Н.П. Барыкин, Ф.А. Садыков, Н.В. Лопатин, Р.Ф. Фазлыахметов
Исследовано влияние структурного состояния антифрикционного сплава Б83 на затухания у. з. сигнала. Предложено уравнение для расчета износостойкости антифрикционного покрытия по затуханию у. з. сигнала.
В настоящее время подшипники скольжения паровых турбин изготавливаются с применением литья антифрикционного сплава (преимущественно баббита Б83) в стальную или чугунную основу. При этом антифрикционный слой может содержать такие дефекты, как поры, усадочные раковины, иметь крупнозернистую структуру, а также не обеспечивать необходимых значений прочности сцепления с основой. Как показали исследования [1], ресурс подшипника можно существенно увеличить за счет формирования мелкодисперсной структуры в слое баббита, обеспечивающей повышение прочности сцепления антифрикционного слоя и корпуса. Таким образом контроль параметров структуры и качества сцепления антифрикционного слоя на этапе изготовления дает возможность обеспечить гарантированные значения ресурса подшипника.
Рис. 1. Микроструктура баббита Б83: / — а-фаза; 2 — Р-фаза; 3 — у-фаза.
Для типового антифрикционного сплава Б83 структурное состояние характеризуется наличием матричной а-фазы (твердый раствор сурьмы и меди в олове) и упрочняющей (3-фазы (кристаллы БпБЬ), а также у-фа-зы (Си68п5). На рис. 1 показана структура сплава Б83.
Николай Петрович Барыкин. Доктор техн. наук. Институт проблем сверхпластичности металлов РАН, Уфа. Тел. (3472) 25-37-50.
Николай Валерьевич Лопатин. Аспирант, м.н.с. Института проблем сверхпластичности металлов РАН, Уфа. Тел. (3472) 25-37-50.
80 Н.ГТ. Бырыкин, Ф.А. Садыков, Н.В. Лопатин, Р.Ф. Фазлыахметов
Контроль качества изготовления и ремонта биметаллических подшипников предлагается проводить методами у. з. контроля, регламентированными ГОСТ Р ИСО 4386—1—94. Заключение составляют на основании значения донного сигнала по его сравнению с сигналом от зоны стыка антифрикционного слоя и корпуса или по отсутствию донного сигнала. Влияние состояния структуры на затухание у. з. волн в данной методике не рассматривается.
Авторами [2] предложена методика оценки качества сцепления, включающая сравнение двух отраженных импульсов: от сопряжения баббита со сталью и импульса, отраженного от донной поверхности, что позволяет обнаружить расслоение, равное 1 % от площади сечения у. з. пучка. Контроль производится с поверхности корпуса подшипника, что позволяет исключить влияние дефектов структуры антифрикционного слоя при оценке качества сцепления.
В настоящей работе проведены исследования по оценке структурных характеристик материала методами у. з. дефектоскопии. Изготовлены образцы из промышленного сплава баббита Б83 с размерами зерен |3-фазы от 200 до 10 мкм. С использованием у. з. дефектоскопа УД2-70, оснащенного прямым раздельно-совмещенным преобразователем ПЭП 112-5-6-003, проведены измерения затухания донного сигнала. На рис. 2 показан график затухания у. з. сигнала, отраженного от поверхностей сопряжения антифрикционного слоя баббита (размер (3-фазы 100 мкм) с корпусом подшипника и от внешней поверхности
Настройки дефектоскопа
А-Скан № 15 АБсап
Усиление 33,00 дБ
Диапазон 40 мм
Задержка 0 мм
Частота ПЭП 2,50 МГц
Скорость ультразвука 3730 м/с
Задержка в призме 5,00 мкс
Отсечка 0%
Угол ввода 0 град
Частота повторения З.И. 60 Гц
в
Л
1
-н-
V"
\
А \
Г\ \ V Л к
\ \ ,1 V / ъ
Дельта = -9,30 дБ Я = 3,70 мм х = 3,70 мм у = 0,00 мм Рис. 2. У. з. сигнал при контроле подшипника:
А — сигнал от сопряжения слоя баббита и стальной основы; В — донный сигнал от стального корпуса; дельта — сумма затухания у. з. сигнала и усиления; Н — половина расстояния пройденного у. з. волной.
корпуса. Буквами А и В обозначены сигналы, отраженные от поверхности сцепления баббита с основой и от внешней поверхности корпуса соответственно.
Значение затухания у. з. сигнала по показаниям прибора определяется следующим уравнение [3]:
а = N-101^, (1)
где Я — коэффициент отражения (для сопряжения баббит — сталь Я = 0,097); N — показания прибора.
Оценка структуры антифрикционного слоя...
81
Измерения затухания сигнала необходимо проводить после заключения о годности подшипника и на участках с площадью механического контакта не менее 98 % от площади у. з. пучка [2]. Усреднение осуществляется по 5 участкам, расположенным в области наибольшей нагрузки узла трения.
Рис. 3. Микроструктура баббита Б83, полученная методом кристаллизации под давлением.
Размер (3-фазы в зависимости от затухания у. з. колебаний [4] можно рассчитать следующим образом:
где В— размер зерна; А и В — константы материала;/— частота у. з. колебаний, МГц; а — затухание колебаний, дБ.
Нами были проведены исследования влияния состояния структуры баббита на износостойкость узла трения с использованием различных методов нанесения антифрикционного слоя на металлическую основу, к которым относятся: а) литье на предварительно разогретую основу выше температуры плавления баббита; б) деформационно-термическая обработка (осадка со степенью деформации 53 % и последующий отжиг); в) кристаллизация под давлением (рис. 3). Таким образом были получены образцы с различным структурным состоянием. Анализ результатов испытаний на машине трения СМЦ-2 показал наличие корреляции между размером зерна (3-фазы и износостойкостью баббита. Результаты эксперимента представлены в таблице.
С достаточной для инженерного расчета точностью аппроксимируем зависимость интенсивности износа при сухом трении и размером [3-фазы линейным уравнением
1 = Ар + В{, (3)
где А и В — коэффициенты, полученные из экспериментальных данных, приведенных в таблице. Для антифрикционного сплава баббит Б83 Л, = 25- Ю-13; В{ - 8,2 ■ К)-10.
Анализ расчетов в соответствии с уравнением (3) показал, что интенсивность износа при сухом трении по отношению к размеру зерна (3-фа-зы (от 200 мкм до 10 мкм) изменяется на -32 %. Таким образом, на эта-
6 Дефектоскопия, № 1. 2006
82
Н.П. Бырыкин, Ф.А. Садыков, Н.В. Лопатин, Р.Ф. Фазлыахметов
пе введения подшипника в эксплуатацию с достаточной точностью можно определить время работы до критического износа антифрикционного слоя в условиях недостаточной подачи смазочной жидкости.
Износостойкость баббита Б83 в зависимости от структурного состояния
Вид обработки Литье в горячую форму Деформационно-термическая обработка Кристаллизация под давлением
Размер зерна Р-фазы, мкм 150—200 50—40 10—30
Интенсивность износа при сухом трении,
мг/мм3 12,6-10"'° 9,7-10"10 8,6- Ю"10
Интенсивность износа со смазкой, мг/мм3 6,МО"10 6,МО"10 6,110-'°
Настоящая работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента Российской Федерации по поддержке ведущих научных школ (Грант "Ведущие научные школы" № НШ—209.2003.8).
Институт проблем Поступила в редакцию
сверхпластичности металлов 7 июля 2005 г.
РАН Уфа
ЛИТЕРАТУРА
1. Барыкин Н.П., Асланян И.Р., Садыков Ф.А. Поверхностная обработка вкладыша подшипника скольжения.— Трение и износ, 2000, № 6, с. 34—39.
2. Иляхинский A.B., Родюшкин В.М. Ультразвуковая методика контроля прочности соединения слоев биметаллических вкладышей.— Дефектоскопия, 2000, № 10, с. 63—66.
3.Барыкин Н.П., Фазлыахметов Р.Ф., Журавлев Г.И. Повышение надежности подшипников скольжения паровых турбин. XXIII Российская школа по проблемам науки и технологии. Краткие сообщения.—• Екатеринбург: УрО РАН, 2003, с. 143— 145.
3. Паспорт УД2—70.47621406.001 ПС.— М„ 2001,— 52 с.
4. Алешин Н.П., Белый В.Е., Вопилкин А.Х., Вощанов А.К. и др. Методы акустического контроля металлов.— М.: Машиностроение, 1989.— 456 с.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.