Influence of the structural state on mechanical properties of tin babbit under upsetting

Abstract

The behavior of a material in extreme regimes of operation in large constructions can be calculated with the use of modern software codes (ANSYS, DEFORM, LS-Dyna). However, they do not have a sufficient basis for the properties of metals and alloys. Therefore, it is necessary to input experimental mechanical properties of a studied material for an adequate description of a process. The present work aims to obtain the mechanical properties of babbit Sn 11 % Sb 5,5 % Cu in different structural states for a use in computer modeling in the software product Deform. As an object of the study, babbit of a chemical composition Cu 5.5 -6.5 wt. %, Sb 10 -12 wt. %, Sn -rest was chosen. Two different structural states of the alloy were obtained at different crystallization rates: the first by casting with air cooling and the second by casting with cooling in running water (rapid cooling). The mechanical properties were determined by upsetting tests according to standart. An Axiovert-100A microscope with the KSLite image processing program was used for optical metallography. A finite element simulation of a large-sized sliding bearing during operation in a two-dimensional formulation was carried out using the DEFORM-2D software. To evaluate the degree of destruction of the bearing during operation a scalar parameter of damage was determined using the model of metal damage accumulation during monotonic deformation. It is shown that rapid cooling leads to the formation of a structure with small intermetallic particles uniformly distributed in the matrix phase. Such a structure is characterized by enhanced mechanical properties, and computer simulation allows predicting its high wear resistance in a large-sized sliding bearing during operation. Современные пакеты прикладных программ (ANSYS, Deform, LS-Dyna) позволяют рассчитать поведение материала при предельных или аварийных режимах работы для конструкций любого размера. Однако они не имеют доста-точной базы по свойствам металлов и сплавов, поэтому для адекватного описания процесса необходимо вводить экспериментальные механические свойства исследуемого материала. Цель работы -получить механические свой-ства баббита Б83 с различным структурным состоянием, для использования при компьютерном моделировании в среде программного продукта DEFORM. В качестве объекта исследования выбран баббит Б83 химического состава Cu -5,5 -6,5 % вес., Sb -10 -12 %, Sn -ост. с двумя различными структурными состояниями, полученными при раз-ной скорости кристаллизации в результате литья в форму с охлаждением на воздухе и при литье в форму с охла-ждением проточной водой (скоростное охлаждение). Механические свойства определяли при испытаниях на осад-ку согласно ГОСТ 8817 -82. Оптическую металлографию проводили на микроскопе «Axiovert-100А», с программой обработки изображения KSLite. С помощью пакета прикладных программ DEFORM-2D было проведено компью-терное моделирование работы крупногабаритного подшипника скольжения в двумерной постановке. Для оценки степени разрушения подшипника определяли скалярный ...

Fracture and wear of the Sn11Sb5.5Cu Babbitt after equal-channel angular pressing

“…As the material for the study, we selected the Sn11Sb5.5Cu Babbitt (11 % Sb, 5.5 % Cu, the rest is Sn) produced by conventional casting in a chill mold at different crystallization rates [20]. An increase in the crystallization rate as a result of cooling in water enabled varying the samples microstructure.…”

“…We assigned the properties of an absolutely rigid body to the punch and the die. The rod material was considered ductile, and its behavior was described by the experimental curves obtained during the upsetting of the Sn11Sb5.5Cu Babbitt samples at room temperature [20]. The contact conditions at the «rod-die» and «rod-punch» boundaries were described by Siebel's friction model [21].…”

Predicting of Sn11Sb5.5Cu babbitt fracture using computer simulation at equal-channel angular extrusion

“…В качестве материала исследования был выбран баббит Б83 (11 % Sb, 5,5 % Cu, остальное -Sn, вес.%), полученный обычным литьем в кокиль. Микроструктура баббита варьировалась скоростью охлаждения при кристаллизации [18]. Оснастка для РКУП состояла из матрицы с вертикальным и горизонтальным каналами, пересекающимися под прямым углом, и пуансона, находящегося в вертикальном канале матрицы.…”

“…Пуансону и матрице задавались свойства абсолютно жесткого тела. Материал прутка принимался пластичным, и описывался экспериментальными кривыми, полученными при сжатии образцов из баббита Б83 при комнатной температуре [18]. Контактные условия на границах «пруток -матрица» и «пруток -пуансон» описывались моделью трения по Зибелю [19].…”

“…2b). При этом происходит соответствующее изменение механических свойств [18,24,25], выражающееся в повышении напряжений течения с уменьшением размера частиц β-фазы.…”