THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF
INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”,
NOVEMBER 20, 2025
97
ИССЛЕДОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ОСТАТОЧНЫХ
НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОМ
ПРИПЕКАНИИ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОРОШКОВ
Ш.А.Каримов1, Ш.М.Шакиров, Ш.Ш.Мамиров2, Р.Т.Нуруллаев2
1Ташкентский государственный технический университет им. Ислама Каримова, 2
Алмалыкский государственный технический институт
h ps://doi.o g/10.5281/zenodo.17738378
Аннотация. В статье описана методика определения остаточных напряжений
возникающих в зоне соединения при упрочнении рабочих поверхностей композиционными
порошками способом электроконтактного припекания. Вычисленные расчётные значения
остаточных напряжений уточняются результатами экспериментов. На основе
экспериментов установлено, что путем последующей поверхностной пластической
деформации и применением сопутствующего охлаждения можно существенно снизить
величину остаточных напряжений.
Ключевые слова: остаточные напряжения, электроконтактное припекание,
композиционные порошки.
Abs ac . The a icle desc ibes a echnique o de e mining he esidual s esses a ising in
he join zone du ing he s eng hening o wo king su aces wi h composi e powde s by he me hod
o elec ic con ac sin e ing. The calcula ed calcula ed alues o esidual s esses a e e ined by
he esul s o expe imen s. On he basis o expe imen s, i was ound ha by subsequen su ace
plas ic de o ma ion and he use o concomi an cooling wi h an aqueous polyme solu ion, he
alue o esidual s esses can be signi ican ly educed.
Keywo ds: esidual s esses, elec ical con ac i ing, composi e powde s.
Введение. При восстановлении или упрочнении деталей электроконтактным
припеканием (ЭКП) самофлюсующимися сплавами ПГ-СР1, ПГ-СР4 и другими,
остаточные напряжения в зоне соединения возникают в основном из-за неравномерности
распределения температуры по сечению детали при охлаждении и из-за аномальных
диффузионных процессов, связывающих в жесткую систему покрытие-подложка.
Исследования, проведенные в работе (1), позволяют принимать за исходное
состояние, свободное от напряжений в биметаллических соединениях температуру
Т=923К.
Это позволяет сделать вывод, что при температурах, сопровождающие процесс ЭКП
и составляющие 1150 К-1200 К и меньше, не могут вызвать на поверхности покрытия
остаточных напряжений. Вероятно, остаточные напряжения возникают в процессе
охлаждения от температуры процесса за счет разности коэффициентов термического
расширения подложки металла и покрытия.
Материалы и методика эксперимента. Для экспериментов изготавливались
втулки из стали 45, покрытие наносилась из самофлюсующимся сплавами ПГ-СР1, ПГ-СР4.
Остаточные напряжения на поверхности покрытия определяли на основе уравнений о
температурных напряжениях 𝜎𝑟 и 𝜎𝜏 ( Н
М2).
THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF
INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”,
NOVEMBER 20, 2025
98
При 𝑅1< 𝑟 < 𝑅2 [2]:
𝜎𝑟=1
2𝐸пр(Т−Т0)(𝛼1−𝛼2)(𝑅1
2
𝑟2−𝑅1
2
𝑅2)
𝜎𝜏=1
2𝐸пр(Т−Т0)(𝛼1−𝛼2)(𝑅1
2
𝑟2+𝑅1
2
𝑅2)
где, 𝑅1 𝑅1 - радиусы с покрытием и без него соответственно, м; 𝑟 – радиус в
рассматриваемой точке, м; 𝛼1,𝛼2 – коэффициенты термического расширения материала
покрытия и подложки соответственно, 1 °С
⁄; 𝐸пр – приведенный модуль упругости, Нм2
⁄;
T – Температура начала образования остаточных напряжений, К; 𝑇0 – Температура полного
охлаждения, К.
Самофлюсующиеся сплавы имеют низкие упругопластические свойства и в них
отсутствуют фазовые превращения, максимальные остаточные напряжения на поверхности
покрытия образуются еще до полного охлаждения металла соединения. Учитывая скорость
охлаждения зоны соединения, структурными остаточными напряжениями можно
пренебречь.
Образец, подготовленный для измерения и исследования остаточных напряжений
методом ЧИМЭСХ показан на рис. 1.
Рис. 1. Образец для исследования остаточных напряжений
Результаты и обсуждение. Тангенциальные растягивающие напряжения возникают
из-за различия коэффициентов термического расширения покрытия и подложки. Покрытие
сжимает подложку, а само растягивается.
Радиальные остаточные напряжения – сжимающие, однако из-за незначительной
величины они не оказывают существенного влияния при упрочнении.
Величина тангенциальных растягивающих напряжений увеличиваются по мере
толщины покрытия. Это подтверждается экспериментами, где толщина покрытий
превышало 2-2.5 мм. При увеличении толщины покрытия появлялись трещины из-за
достаточно высоких значений остаточных тангенциальных растягивающих напряжений,
иногда к самопроизвольному отслоению покрытия, рис. 2.
THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF
INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”,
NOVEMBER 20, 2025
99
Рис. 2. Самоотслоение предварительно нанесенного покрытия в результате
остаточных напряжений.
Для определения остаточных напряжений при ЭКП пользовались методом
пенетрации, разработанный в ЧИМЭСХ. Метод основан на внедрение стального шарика
или конического индентора в покрытие и на упругопластическом взаимодействии
нанесенного покрытия и подложки.
Для достоверности показаний измерения проводились в разных сечениях покрытия,
рис. 3. Сравнение результатов аналитического метода определения остаточных напряжений
и результатов экспериментов, где остаточные напряжения определяли по методике
ЧИМЭСХ показали, что разность составляет 8-12% в зависимости от режимов припекания.
Iсв=11 кА, Рпр=23 Мпа, св=0,06с, подложка сталь 45, порошок ПГ-С1
Рис 3. Зависимость остаточных напряжений от толщины покрытия
Результаты расчетов распределения относительных напряжений по глубине покрытия и
подложки приведены в рис. 4.
THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF
INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”,
NOVEMBER 20, 2025
100
Рис. 4. Распределение остаточных напряжений
1-стальная лента в по данным [70], 2-порошок ПГ-С1 без охлаждения
3-порошок ПГ-С1 с охлаждением
Заключение
Отсюда следует вывод, что при ЭКП снижение остаточных напряжений с
увеличением толщины покрытия связано с повышением критической деформации
подложки. Использование такой взаимосвязанности оказывает влияние на увеличение
нагрузочной способности зоны соединения покрытие-подложка, улучшает
эксплуатационные характеристики детали.
ЛИТЕРАТУРА
1. Тушинский Л.И., Плохов А.В. Исследование структуры и физико-механических
свойств покрытий. Новосибирск. Наука, 1986, 200с.
2. Дехтярь Л. Н. Определение напряжений в покрытиях и биметаллах.-Кишинев Картя
молдовенская,1986-173 с.
3. Земзин В.И. Сварные соединения разнородных сталей. М-Л.: Машиностроение, 1966,
232 с.
4. Игнатьев А.Г. Диагностирование поверхностных остаточных покрытиях, нанесённых
при восстоновлении деталей сельскохозяйственной техники: дисс д-ра техника
наук:05.20.03.; Челябинск, 2008ю. -324с.
5. Трыков Ю.П. Остаточные напряжения в слоистых композитах. Текст: Монография/
Ю.П.Трыков [и др.]. М.: Металлургиздат. -2010. -240 с.
