ОЦІНКА ВИЗНАЧЕННЯ ВПЛИВУ ВЕЛИЧИНИ ПЕРЕХІДНОГО ЕЛЕКТРООПОРУ НАЯКІСТЬ МІДНО-АЛЮМІНІЄВОГО БІМЕТАЛУ

Жоломко К. В., студенткаНауковий керівник Гайкова Т. В., к.т.н., доц.Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського

На основі аналізу науково-технічної інформації встановлено, що в даний час біметал – один з найсучасніших і перспективних матеріалів, який застосовується в усіх галузях машинобудування та народного господарства. Застосування шаруватих металів дозволяє досягти значної економії коштів, отримати матеріали, що володіють унікальними властивостями, підвищити ефективність виробництва і конкурентоспроможність широкого класу деталей і устаткування.

Нові можливості в технології шаруватих металів відкриває застосування методів, які дозволяють поєднати процеси отримання шаруватих композицій і їх формозміна з метою зменшення часу технологічного циклу і підвищення продуктивності праці.

Великі перспективи має застосування біметалів для виготовлення нероз’ємних контактів в електричних ланцюгах та в області виробництва устаткування. Саме на контакти припадає основна частка втрат електроенергії в струмопровідних деталях. Застосування біметалевих контактів викликається наступними причинами: конструюванням шинопроводів, електродів і інших деталей з різнорідних металів; необхідність створення комутуючого контакту між струмоведучими не мідними деталями; застосування складових струмоведучих деталей з метою економії дорогих і дефіцитних металів; збільшенням механічної міцності струмопровідних деталей, які виготовлені з високо пластичних металів і сплавів.

Біметал використовують як початковий матеріал при виготовленні різних струмопровідних вузлів і струмопровідних контактів [1]. У зв’язку з цим одним з головних критеріїв оцінки якості мідно-алюмінієвого біметалу є величина його перехідного електроопору. Дослідженню структури і властивостей мідно-алюмінієвого біметалу, отриманого різними способами, присвячено ряд робіт [2], проте питання визначення електрофізичних характеристик, а також їх зміни в процесі експлуатації вивчене недостатньо.

Для дослідження цього факту була проведена серія експериментів на мідно-алюмінієвих зразках, які зварювали на оптимальному режимі. Після зварювання зразки піддавали вальцюванню та термообробці на різних режимах. Вимірювання опору біметалу мідь-алюміній проводили на спеціальних П-подібних зразках (рис. 1), що вирізали із звареної вибухом біметалічної заготовки. Кріплення струмупідведення із фіксованими лінійними розмірами, які вимірювали на оптичному мікроскопі ПМТ-3. Величини електроопору мідної і алюмінієвої частин біметалічного зразка розраховували так:

RС u (Al)=ρCu ( Al ) ∙LCu( Al)

FCu( Al) (1)

де ρCu(Аl) – питомий електричний опір металу (міді і алюмінію відповідно); LCu(Аl) – довжина провідника; FCu(Аl) – площа його поперечного перерізу.

Рисунок 1 – Принципова схема вимірювання перехідного електроопору біметалевих зразків: ε – джерело живлення; R – опір; К – ключ; µV – мікровольтметр; А – амперметр

Дослідження проводили на зразках розміром 15x15x2,45 мм, які вирізані з біметалевої заготовки. Одну з граней зразка, призначену для зняття показників, заздалегідь шліфували і полірували до шорсткості Rz, що не перевищує 0,01 мм.

Зразок поміщався в пристрій таким чином, що його плоскі грані розташовувалися перпендикулярно поєднуваним до них струму підведеним контакторам. У ході вимірювань через біметалевий зразок пропускали

струм постійної величини (не більше 3 А). Вимірювання виконували не менше чим в семи точках, в кожній з яких знімали показники 10 разів. Результати вимірювань електроопору біметалу представлений в таблиці 1.

Таблиця 1 – Результати вимірювань перехідного електроопору біметалевих мідно-алюмінієвих зразківПараметри режиму ТО Електроопір, мкОмТемпература, °С Час витримки, хв.

Зразки після зварювання 1,20Зразки після зварювання і вальцювання 1,35

35045 1,1260 1,40120 1,80

40045 1,4560 1,60120 2,00

45045 1,9060 1,95120 2,40

Дані аналізу показують, що величина перехідного електроопору зразків після плющення в порівнянні із зразками після зварювання вибухом зростає від 1,2 до 1,35 мкОм. Збільшення перехідного електроопору пояснюється додатковим наклепом, отриманим біметалом в ході холодного вальцювання. Починаючи з температури 350 °С у міру збільшення часу витримки зразків в печі, відбувається поступове зняття залишкових напружень в біметалі і при витримці 45 хвилин значення перехідного електроопору має мінімальне значення, що пояснюється зняттям наклепу в зоні з’єднання і частковим усуненням дефектів ґраток, це підтверджується металографічними дослідженнями і виміром мікротвердості. При термообробці при 400 °С. призводить до появи в зоні зварного шва інтерметалідних прошарків, внаслідок чого спостерігається зростання перехідного електроопору [3].

При термічній обробці при 450°С час появи прошарків інтерметалідів складає 2-3 хвилини, тому зростання перехідного електроопору біметалу мідь-алюміній починається практично з моменту його закладки в піч.

На підставі отриманих результатів була побудована графічна залежність (рис. 2) що має параболічний характер і що показує динаміку збільшення перехідного електроопору біметалу по відношенню до зростання загальної товщини фазових прошарків.

Рисунок 2 – Залежність величини перехідного електроопору біметалу від загальної товщини фазових прошарків

Аналіз отриманих даних дозволив визначити, що починаючи з температури 350°С відбувається поступове зняття залишкових напружень в біметалі і при витримці 45 хвилин значення перехідного електроопору має мінімальне значення, що пояснюється зняттям наклепу в зоні з’єднання і частковим усуненням дефектів ґраток, це підтверджується металографічними дослідженнями і виміром мікротвердості. Збільшення опору головним чином пов’язане з утворенням в зоні зварного шва прошарків інтерметалідів.

ЛІТЕРАТУРА1. Сахацкий Г.П. Технология сварки металлов в холодном состоянии / Г.П. Сахацкий. – К.: Наукова

думка, 1979. – 295 с.2. Сергеева Ю.А. Исследование структурных и фазовых превращений в соединениях медь-алюминий,

полученных магнито-импульсной сваркой / Ю.А. Сергеева, В.А. Чудаков, Г.Н. Гордань // Сб. науч. тр. «Сварка разнородных, композиционных и многослойных материалов». – К.: ИЭС им. Е.О. Патона, 1990. – С. 70-75.

3. Гайкова Т.В. Влияние термообработки на качество металлического соединения разнородных металлов, изготовленных сваркой взрывом / Т.В. Гайкова // «Сучасні ресурсоенергозберігаючі технології гірничого виробництва». Науково-виробничий журнал: – Кременчук: КрНУ, 2015. – Випуск 2 (16). – с.110-117.