Реферати українською » Промышленность, производство » Підвіщення довговічності деталей нанесенням зносостійкіх покріттів плазмово-порошковим методом


Реферат Підвіщення довговічності деталей нанесенням зносостійкіх покріттів плазмово-порошковим методом

Страница 1 из 2 | Следующая страница

>ХАРКІВСЬКИЙнаціональний

>Автомобільно-дорожній >УНІВЕРСИТЕТ


>Хар’яковандрійвасильович


>УДК 669. 715. 621. 43


>Підвищеннядовговічності деталейнанесеннямзносостійкихпокриттівплазмово-порошковим методом


>Спеціальність 05.02.01 – ">Матеріалознавство "


>АВТОРЕФЕРАТ

>дисертації наздобуттянауковогоступеня

кандидата конкретних наук


>Харків – 2008


>Дисертацієюєрукопис.

>Роботавиконана вХарківськомунаціональномутехнічномууніверситетісільськогогосподарстваімені ПетраВасиленкаМіністерствааграрної політики України

>Науковийкерівник: доктортехнічних наук,професорСкобло ТамараСеменівна,Харківськийнаціональнийтехнічнийуніверситетсільськогогосподарстваімені ПетраВасиленка, кафедра "Ремонттракторів,автомобілів йсільськогосподарських машин",професор.

 

>Офіційніопоненти: доктортехнічних наук,професор >Д’яченкоСвітланаСтепанівна,Харківськийнаціональнийавтомобільно-дорожнійуніверситет, кафедра “>Технологіїмашинобудування та ремонту машин”,професор;

кандидатфізико-математичних наук, доцентАулінВікторВасильович,Кіровоградськийнаціональнийтехнічнийуніверситет, кафедра “>Експлуатація та ремонт машин”,професор.

>Захиствідбудеться "20" >березня 2008 року про "1200"годині назасіданніспеціалізованоївченої заради Д 64.059.01Харківськогонаціональногоавтомобільно-дорожньогоуніверситету заадресою: 61002, м.Харків-МСП,вул.Петровського, 25

Здисертацією можнаознайомитися убібліотеціХарківськогонаціональногоавтомобільно-дорожньогоуніверситету заадресою: 61002, м.Харків-МСП,вул.Петровського, 25

>Авторефератрозісланий "12" лютого 2008 р.

>Вченийсекретар

>спеціалізованоївченої зарадиІ.В.Кіяшко.


>Загальна характеристикаРОБОТИ

 

>Актуальність тими.Умовиексплуатації машин таустаткуваннявисуваютьвисоківимоги доякості,надійності тадовговічностіїхніх деталей, як вумовахвиробництва то й притехнічномуобслуговуванні. Упроцесізношування деталейрівеньїхніхвластивостей, як правило,знижується. Цепов'язане із тім, щозміцненаробочаповерхня впроцесіексплуатації вумовахтертяпіддаєтьсявідпуску ймаємісцедеякий спадтвердості ізниження їхньоговластивостей.Одночасновідбуваєтьсязнос танакопичення ірозвитокпошкоджень.

Для забезпечення необходимихспоживчихвластивостей деталей йстабільної роботи машин іустаткуваннянеобхідно матірвисокуякістьробочого кулі. Цеможливоотримати шляхомвиборуефективнихматеріалів,параметрів йтехнологіїобробки, котрі б незмінювалилінійнихрозмірів приобробці, невимагали бнаступногоправлення,забезпечувалистабільністьструктури івластивостейматеріалудеталі, атакожнеобхідніумовиексплуатаціїспряження.

До числанайбільшефективнихтехнологічнихпроцесівзміцнення тавідновлення деталей упершучергувідносятьсяспособи ізвикористаннямвисококонцентрованихджереленергії -лазерна,плазмова,електронопроменева таелектроіскроваобробки, котрі непризводять доструктурнихзмін тавластивостей упідшарі.Крім того,застосуванняцихметодів,завдяки локальногонагріваннюповерхневого кулі, незнижуютьвтомноїміцностівідновлюваних деталей йзабезпечуютьодержаннянеобхідного потовщиніпокриття. У 90% деталей, особливо тихий, щопрацюють успряженні, величиназношування неперевищує1,5мм.

>Найбільшдоступним, ізпоглядуустаткування івартостіобробки,єплазмово-порошковий метод, щодозволяєзміцнювати, атакожкомпенсуватизношений кулю до 2,0 мм та невимагаєспеціальногоекологічногозахисту.Цей метод особливоефективний для деталей, котріпрацюють вумовахзнакозміннихнавантажень, таких якколінчасті валиавтотракторнихдвигунів йхрестовиникарданнихвалів.

>Нанесенняпокриттівцим методомможе бути використано нарізнихмашинобудівельних таремонтнихпідприємствах,оскількиустаткування легкомонтується набазібудь-якогомеханізмуобертанняметалорізальноговерстата.

Томунапрямокробіт,пов'язаний ззабезпеченнямвисокоїякостіробочоїповерхні деталей,підвищення їхнідовговічностієважливим йактуальним.

>Зв'язок роботи ізнауковимипрограмами, планами, темами.Основніматеріалидисертаційної роботивикладені узвітах ізгоспдоговірнихнауково-досліднихробіт “>Розробкатехнологіїзміцнення тавідновленняколінчастихвалівплазмовим методом” та “>Розробкатехнології забезпеченнядовговічності деталей машинплазмовим методом”.Напрямоквиконаної роботивідповідаєгоспдоговірній тадержбюджетнійтематиціХНТУСГ, що проводилася вперіод із 1997 по2006р.Роботавиконувалась згіднопрограм: “>Стратегічні напрямиенерго- таресурсозберігаючихтехнологій”, “>Найважливішіпроблеми АПК наперіод 1997 – 2010р.р.”.

Мета й заподіяннядосліджень.Метою роботиєпідвищеннядовговічностівідповідальних деталей шляхом розробкиефективногоматеріалу йпараметрівтехнологіїнанесенняпокриттів ізвикористаннямплазмово-порошкового методу.

>Основнимизавданнямидослідженьє:

-Розробкаефективноїпорошковоїкомпозиції длянанесенняпокриттів нашийкиколінчастихвалів й сичихрестовин;

-Оцінкавпливухімічного складупокриття навластивості таексплуатаційніпоказники –зносостійкість таміцністьзчеплення його ізосновою;

-Проведеннятеоретичноїоцінки таекспериментальнихдосліджень ізвиборуефективнихпараметрівобробки, щозабезпечуютьтехнологічністьпроцесу танеобхіднівластивості деталей, котріобумовлені нормативнотехнічноюдокументацією;

-Промисловівипробування йвпровадженнярезультатіврозробок.Оцінка їхньогоякості таекономічноїефективності.

>Об'єктдослідження.Зміцнюючізносостійкіпокриття, щонаносяться надеталівиготовлені зсередньовуглецевих йнизьколегованих сталей.

Предметдосліджень.Підвищеннядовговічностівідповідальних деталейнанесеннямзносостійкихпокриттівплазмово-порошковим методом.

Методикадосліджень.Методологіядосліджень включалапроведенняекспериментальнихоцінок пообґрунтовуваннюматеріалу, щорекомендується, забезпеченняміцностізчепленняпокриття іздеталлю,теоретичніоцінки температурного поля, якуформується приобробці.

Припроведеннідослідженьвикористаніметодивизначеннямеханічнихвластивостей,структури,мікророзподілукомпонентівпокриття йперехідноїзони, атакожметодиматематичногомоделювання ізрозробкоюспеціальнихкомп'ютернихпрограм. Прирозробці новогоматеріалу таоцінкивпливупараметрів йогообробки навластивостіотриманогопокриттявикористовували методплануванняексперименту.

Дляоцінки йпідвищенняміцностізчепленняпокриття ізосновою проводилилабораторні йексплуатаційнівипробування.

>Практичнезначенняотриманихрезультатів. Дляпідвищеннядовговічності деталей, щопрацюють вумовахтертя тазнакозміннихнавантажень,запропонованіхімічніскладипорошковихкомпозицій, котрізабезпечуютьтехнічнівимоги на їхньогоексплуатацію.

>Порошковакомпозиція наоснові FeлегованасистемоюелементівNi -Cr - Si – B –Mn – Мо –Cu,забезпечилапідвищеннядовговічності деталей в 1,5разів упорівнянні ізвиготовленими поіснуючійтехнології (>термообробленими за заданим режимом:нормалізація ізнаступнимповерхневимгартуванням тависокимвідпалом) деталями.

>Запропонованопараметри йтехнологічніопераціїнанесенняпокриттівплазмово-порошковим методом.Вонизабезпечуютьоптимальнівластивості, атакожмінімальнезначеннядовжиниперехідноїзони йтермічноговпливу.

>Розробкивпроваджені наШевченківськомуРТП, аспоживачамивідновлених деталейєСумська,Полтавська,Харківська,Луганська йЧернігівськаобласті України.Фактичнийекономічнийефект відвпровадженнярозробоксклав 279,093 тис. грн. нарік.

>Наукова новизнаотриманихрезультатів.

-Комплекснимиекспериментальнимидослідженнямивстановленовпливкомпонентівпорошковихкомпозицій (основа Fe), щовключають системуелементівNi -Cr - Si – B –Mn – Мо –Cu на структуру,фазовий склад йособливостіформуваннязносостійкихпокриттів;

-Виявленоособливостіструктуроутворення призмініпараметрівобробкиплазмово-порошковим методом. Показано, щозміцнююча фазаМе23З6містять від 40,0 до 44,0%Cr, 13,0 – 17,3%Mn тазабезпечуютьстабільну роботупокриття;

-Розробленоматематичну модель йпрограмурозрахунку температурного поля принанесенніпокриттівплазмово-порошковим методом. Це дозволилоодержати картинувпливутепловкладання наформуванняструктури тарозподіл температур поперерізупокриття йперехідноїзони тарегулювати їхні.

>Особистийвнесокздобувача. >Особистийвнесокздобувачастановить від 25 до 100 %обсягуопублікованих статей,звітів й тездоповідей. Упублікаціяхособистийвнесокскладався впроведенніекспериментів ізвиборуефективноїпорошковоїкомпозиції, щозабезпечуєнеобхідний комплексфізико-механічних іексплуатаційнихвластивостей деталей, котрізміцнюються.

>Виконаноматематичнемоделювання таекспериментальнідослідження ізвизначенняоптимальнихпараметрівобробкиплазмово-порошковим методом.

>Апробаціярезультатівдисертації. >Результатипроведенихдослідженьдоповідалися нащорічних (1997 - 2006р.р.)науково-методичнихконференціяхХНТУСГ, але в:конференції “>Високоефективнітехнології вмашинобудуванні” (28 - 30жовтня1998р.,Харків);міжнароднихнауково-практичнихконференціях: ">Напрямкирозвиткутехнічногосервісу у ХХІсторіччі" (>ХДТУСГ м.Харків,2000р.); ">Проблемитехнічногосервісусільськогосподарськоїтехніки" (>ХДТУСГ, м.Харків,2001р.); 8 -і та 13 – іміжнароднихнауково-технічнихконференціях “>Фізичні такомп'ютернітехнології” (>Харків:ХНПК “ФЕД”, 2003,2007р.);міжнароднихконференціях “>Устаткування татехнологіїтермічноїобробкиметалів йсплавів”. -ОТТОМ - 5 таОТТОМ - 7,міжнароднійнауково-практичнійконференції “>Досвід,проблеми йперспективирозвиткутехнічногосервісусільськогосподарськоїтехніки" (>Бєларусь,Мінськ,БГАТУ, 2006),міжнароднійнауково-практичнійконференції “>Проблеми таперспективирозвиткумеханізаціїагропромисловоговиробництва” (Полтава,Полтавськадержавнааграрнаакадемія, 2006).

>Публікації. Удисертаційнійроботівикладенірезультативиконанихдосліджень,проведених уперіод із 1997 - 2006р.р.Основніматеріалидисертаційної роботивикладено у 21публікації автора потемідисертації (17 вфаховихвиданнях, та 4 вінших), атакожзнайшливідображення впідручнику йметодичнихпосібниках.

Структура йобсягдисертації.Дисертаціяскладається звступу, шестирозділів,загальних з висновками, спискувикористанихджерел із 208найменувань та 4додатків.Основнийзміствикладений на 150 з. йвключає 41 табл., 38 рис.


>ОСНОВНИЙЗМІСТРОБОТИ

Увступіобґрунтованоактуальність роботи,їїзв'язок ізнауковимипрограмами та темами.Визначено мітку та заподіяннядосліджень.Наведенонаукову новизну тапрактичнузначністьотриманихрезультатів.

Упершомурозділіаналізуєтьсязастосуваннятрадиційних,найбільш частовикористовуванихметодівнанесенняпокриттів длязміцненняповерхневого кулі тавідновлення деталей. Убільшостівипадківціметодивирішуютьпоставлені передвиробництвом заподіяння. Однак усі смердотімають йхарактернінедоліки.Нанесенняпокриттівзначноїтовщинитрадиційними методамипризводить доперегріву деталей (>електродуговенаплавлення, атакож под кулею флюсу таінші).

>Перевагоюметодіввідновлення деталей ззастосуваннямвисококонцентрованихджереленергіїєшвидкийлокальнийрозігрівповерхні тавідведення тепла приобробці.Висока температура взонібезпосередньогонагрівузабезпечуєнанесенняпокриттівнавіть змалотехнологічнихматеріалів.Завдякивеликійшвидкостіохолодженнянанесеногопокриттявідбувається процесгартування ізрідкого стану, щозабезпечуєвисокутвердістьпокриття.

>Аналізспособівнанесенняпокриттів показавши, що найкращітехнічніпоказникизабезпечуєплазмовий метод.Віндозволяєодержати завдань склад уже впершомушарізавдяки маломупроплавленнюповерхнідеталі. Черезце у два - три рази (упорівнянні іздуговимнаплавленням под кулею флюсу)знижуютьсявитратніматеріали й годину наобробку.Завдякинезначному тепловомувпливу наосновний метав приплазмовійобробцізалишковінапруженнярозтягнення увідновленомушарізначнозменшуються. Цепідвищуєстійкістьпротирозтріскування тазменшуєсхильність довтомногоруйнування деталей приексплуатації. Метод непотребує великихприпусків намеханічнуобробку.Висока температура плазмового потокудозволяєвикористовуватибудь-якіматеріали дляпокриттів.Процесвідрізняєтьсявисокоюпродуктивністю.

Дляпокриттянайбільшдоцільновикористовуватипорошковукомпозиціюзаданого складу. Цедозволяєрегулювати йогохімічний склад шляхомодночасноїподачі вплазмову дугу двох чи понадпорошковихкомпозицій.Плазмовий методмаєдоситьвисокийККД (60...80%),відрізняєтьсяпростотою контролютехнологічногопроцесу йзабезпечуєякіснесплавлення основного таприсадочногоматеріалів.Товщинапокриттяможедосягати 3 - 5 мм.

>Вибірпорошковихкомпозиційвизначаєтьсявимогами доексплуатації деталей.Залежно відцихфакторіврозглянутопорошковікомпозиції, котріефективні для деталейрізногопризначення. Показано, щонайбільшутвердість тазносостійкістьмаютьпокриття, котрізабезпечуютьформуваннякарбідів вольфрамові, бору, титану та хрому.

>Найчастішевикористовуютьлегованіматеріали наосновізаліза.Вонизабезпечуютьдоситьвисокутвердість (від 55 до 60HRCе), а привмісті хрому 3 - 5%ще ідостатнюв'язкість.Такіматеріали в 3 - 10разівдешевші затвердосплавні порошки.

Утеперішній годинупростежуєтьсястійкатенденція довикористаннясумішіпорошковихкомпозицій.Такийпідхід дозастосуванняматеріалівдозволяєдоситьгнучкозмінюватихімічний складпокриттів,прогнозувати тарегулювати їхньоговластивості.

>Виконаноаналізпублікацій поструктуроутворенню при плазмовомуметодінанесенняпокриттів. Показано, що впроцесіобробкиформується зонасплавлення, структураякоївизначаєтьсяхімічним складомматеріалупокриття тадеталі, атакож параметрамиобробки (силаструму,швидкістьобробки,обсягнанесеногоматеріалу,попередній чисупутнійпідігрів, схемананесенняваликів).

У іншомурозділінаведеніметоди й методикидосліджень.Розробленометодологіюдосліджень, Якавключаєпроведенняекспериментів пооцінціструктури,властивостейпокриттів ізурахуванням складувикористовуваногоматеріалу,режимівпроцесунанесенняпокриття,експериментальнихдосліджень дляоцінкипротіканнядифузійнихпроцесівміжпокриттям тапідшаром, щозабезпечуютьміцністьїхньогозчеплення.Запропонованопослідовністьпроведенняекспериментів длявирішенняпоставленихзавдань йдосягнення мети роботи.

Наосновіаналізу умівексплуатаціїрозглянутих деталей,вимогщодо них, атакожвиборузастосованихтипівзразків йвидів іспитів,використаніспеціальніметодиоцінкивластивостейпокриттів.Міцністьзчепленняпокриття ізосновоюоцінювали заметодикою,запропонованоюГуляєвим О.П. йГудцовимН.Т., наспеціальнихзразках,вирізанихбезпосередньо зшийокколінчастого валу умісціперехідноїзони.Випробування проводили наприладі длявизначеннямікротвердостіПМТ - 3 принавантаженнях 50, 100, 150 та 200 р, а й заемпіричнимизалежностямиоцінювалиsв.

>Дослідженняструктури тавластивостейпокриттявиконувалибезпосередньо наматеріаліколінчастихвалів (сталь 45) йхрестовинкарданнихвалів (сталь30ХГТ).Нанесенняпокриття методомплазмово-порошковогонаплавленняздійснювалирізнимспіввідношеннямпорошковихкомпозицій (табл. 1). Привиборіматеріалівпокриттякерувалисямінімальноювартістюпорошків йвраховуваливміствуглецю докладно.Порошковукомпозиціюпідбирали так,щоб забезпечитиконцентраціювуглецю впокриттіблизьку до йогоконцентрації докладно.

Дляоцінкимікроструктури, фазового складу,визначенняособливостейформуванняпокриття тазонитермічноговпливувикористовувалисучаснікомплексніметодидосліджень:металографічний,хімічний,електронно-мікроскопічний,мікрорентгеноспектральний,рентгеноструктурнийаналіз,визначеннярівнятвердості,мікротвердості таінші.Крім цого,визначализносостійкістьпокриття.

>Цікомплексніметодидослідженьвикористані.

>Таблиця 1

>Хімічний складпорошковихматеріалів

>Матеріал >Змістхімічнихелементів, % мас.
Fe >Cr >Ni B З Si >Mn >Mo >Cu
>ПЖН4Д2М Засн. 3,62 0,054 0,05 0,1 0,5 1,68
>ФМИ – 2 Засн. 10,43 2,87 0,77 2,62 4,49

>Розроблено методикуоцінкитемпературнихполів, котріформуються под годинунанесенняпокриттяплазмово-порошковим методом,залежно відпараметрівпроцесу.Використаностатистичніметодиобробкиданих йплануванняексперименту.

Утретьомурозділіаналізуєтьсявпливхімічного складупорошковихкомпозицій йпараметрівобробки нарозподілелементів,фазовий склад йвластивостіпокриттів.

>Порівняльнимидослідженняминанесенняпокриттів ізвикористаннямрізноїчасткипорошковихкомпозицій (табл. 2) показано, що для забезпеченнявимогтехнічних умівнайбільшефективноюєкомпозиція, котраскладається із 40%ФМИ – 2 + 60 %ПЖН4Д2М.Воназабезпечуєдосягненнянеобхідноїтвердостірівної 52 - 55HRC, призміцненні тавідновленніколінчастихвалів.Змінавмістухімічнихелементів упокриттях ізрізноючасткоюпорошковихскладових наведена на рис. 1.

>Забезпеченнявимог потвердостіробочого куліхрестовин нарівні 57 -65HRCдосягаєтьсявикористаннямпорошковоїкомпозиції, щоскладається із 50%ФМИ - 2 + 50%ПЖН4Д2М.


>Таблиця 2

>Вмістхімічнихелементів урізнихпоєднанняхпорошковихкомпозицій

№композиції >Співвідношення >Хімічніелементи, %
Fe З Si >Mn >Cr >Ni B >Mo >Cu
1 80%ФМИ-2 + 20%ПЖН4Д2М 81,86 0,63 2,11 3,61 8,34 0,72 2,29 0,1 0,34
2 50%ФМИ-2 + 50%ПЖН4Д2М 86,41 0,41 1,34 2,29 5,22 1,81 1,44 0,25 0,84
3 40%ФМИ-2 + 60%ПЖН4Д2М 87,89 0,37 1,08 1,86 4,172 2,17 1,15 0,3 1,01
4 20%ФМИ-2 + 80%ПЖН4Д2М 90,96 0,2 0,56 0,97 2,09 2,89 0,57 0,4 1,34

>Рис. 1.Експериментальніоцінкисередніхконцентраційхімічнихелементів упокриттях,нанесених нашийкиколінчастихвалів привикористаннірізнихпорошковихкомпозицій

>Виконаноаналізвпливутемпературнихпараметрівобробки. Показано, що принанесенніпокриттів на сичихрестовинструмом вінтервалізначень 120 – 150 Ападінняконцентрації всіхелементів було бістотним: дляNiскладало 29,47%, аCr - 26,53%. Принанесенніпокриттів ізвикористаннямструму вдіапазоні 150 - 180 А величинавигарулегуючихелементів, упорівнянні ізпершимінтервалом,змінюєтьсянезначно, й смердотірозподіляються поперерізупокриття болеерівномірно. Так,концентраціяNi йCrзнижуваласялише на 0,58% і 5,55%відповідно.

>Покриття ізоптимальнимспіввідношеннямпорошковихкомпозицій дляколінчастихвалів йхрестовинкарданнихвалівзабезпечуютьоднорідну структуру іздисперснимидендритами, безнаявності пір,тріщин йчастокнерозплавленого порошку (рис. 2).Основноюструктуроюнанесеногопокриттяєаустеніт ймартенсит (~50 та 35%відповідно) ізневеликоючасткоюфериту такарбідів.

>Електрономікроскопічнимидослідженнями ззастосуванняммікродифракційногоаналізу, атакожмікрорентгеноспектральниманалізомвиявлено типсформованих фаз йвмістлегуючихелементів укарбідахпокриття.Фазою, щозміцнює кулюєдисперсніспеціальнікарбідиМе23З6 йкарбідицементитного типуМе3З.Частказміцнюючоїфази воптимальних складахпокриттівдосягає 6 - 8%.

 

>Рис. 2Мікроструктурапокриття ззапропонованого складупорошковоїкомпозиціїнанесеного нашийкуколінчастого валу (сталь45)(100):

1 -приповерхневий кулю (М-50 - 517); 2 - зона болеегрубихдендритів(Н-50 - 539); 3 -границяміжприповерхневоюзоною йосновним кулею (М-50 - 411); 4 - межананесеногопокриття йоснови (М-50 - 428); 5 - зерноперліту (М-50 - 363); 6 -прошарокфериту помежах зерен (М-50 - 137). 7 -ферито-перлітнасумішміжперехідноюзоною йосновнимметалом (М-50 -228), 8 -основний метав (зонавідпустку М-50 - 292)

Показано, що вспеціальнихкарбідахМе23З6вмістCrдосягає 43,9 %, аMn – 17,3% (рис. 3, табл. 3), акарбідахцементитного типуMe3З –часткаCr неперевищує 13%, аMn – 3,4%. Цезабезпечуєнеобхіднузносостійкістьпокриття.

>Рис. 3Інтенсивностілінійхімічнихелементів укарбідіМе23З6

>Таблиця 3

>Розподілхімічнихелементів успеціальнихкарбідах поперерізупокриття припошаровомуаналізі

Кроксканування, мм >Вмісткомпонентів, %
>Ni >Cr >Mn Fe
0,0 0,00 40,43 13,23 43,09
0,3 0,95 40,03 15,25 40,48
0,6 0,05 41,81 17,12 37,49
0,9 0,00 40,53 16,13 39,92
0,12 0,00 42,42 16,69 37,92
0,15 0,00 43,96 17,30 35,05

>Дослідження показали, що успеціальнихкарбідах типуМе23З6вміст хрому,марганцю тазалізазначно незмінюються поперерізупокриття. Удеякихвипадках смердотімістятьнезначну часткунікелю.Можнаочікувати, що характерзношування впроцесіексплуатації не якщозмінюватися.

>Четвертийрозділприсвяченийтеоретичнимдослідженням ізоцінкитепловихполів тааналізуїхньоговпливу наструктуроутворення.

>Розробленоматематичну модель йпрограмурозрахунку температурного поля принанесеннівідновлювальнихпокриттівплазмовимструменем.Особливістюрозробленоїмоделієврахуванняістотнихконвективнихтепловихпотоків урідкійфазі.Побудоватакоїмоделідозволяєпрогнозувати структурупокриття йзонитермічноговпливу тагнучкозмінюватипараметри режимуобробки (силуструму ташвидкістьнанесенняпокриття) дляодержання необходимихвластивостей (>твердість,мікротвердістьструктурнихскладових,довжинаперехідноїзони).

>Виконанірозрахунки показали, щорегулюваннятовщинивідновленого куліефективнішездійснюватизміноюшвидкості рухуплазмової дуги, ніжпотужністюджереланагрівання.Показанаможливістьрегулюванняперехідноїзонивеличиноюпотужності вмежах 0,1 - 3 мм.

>Проведенийпорівняльнийаналізданих,отриманихрозрахунковим таекспериментальним шляхом (>оцінкоюструктури тавластивостей), показавши, щозапропонованаматематична модель адекватновідображаєтепловіпроцеси, котрімаютьмісце принанесенніпокриттів.

На рис. 4 наведена змінуструктури поглибиніпокриття таперехідноїзонизалежно від температурного поля.

Методомматематичногомоделюваннявиконанаоцінка температурного поля приплазмово-порошковомунанесенніпокриттів, щодозволяєотримати картинувпливутепловкладення врозподіл температур, поперерізупокриття йперехідноїзони, напідставі якірекомендованіпараметриобробки.Оціненозмінуструктурних зон ізурахуванням температурного поля, якуформується.

Длянанесенняпокриттівплазмовим методом нашийкиколінчастихвалівоптимальними параметрамиє:крокнанесенняваликів,рівний 2 – 2,5 мм пришвидкостіобертаннядеталі 3 – 7об/хв.Такіпараметризабезпечуютьтовщинупокриття до 2,0 мм йдовжинуперехідноїзони до 0,5 – 0,8 мм.Зізменшеннямцихпараметрівдовжинаперехідноїзонизростає до $1,5 мм. Показано, що температура наглибині від 0,5 – 0,8 ммпадає дозначення 1000 °З.

>Рис. 4.Змінаструктури поглибиніпокриття йперехідноїзонизалежно від температурного поля: 1 -покриття, 2 - зонасплавлення, 3 деталь, 4 - зонаперегріву (>характеризується зростанням окремих зерен).

>П'ятийрозділприсвяченийдослідженнювластивостей деталей,відновленихплазмово-порошковим методом.

>Незалежно відпараметрівнанесенняпокриття на всіхзразкахбіляграницісплавленнявиявленадендритна структура,сформована врезультатіінтенсивноготепловідводу втілодеталі. Показано, що ширинацієїзонизалежить відсилиструму.Металографічнийаналізвиявив, щочимвищезначеннявеличиниструму, наякомуздійснювалинанесенняпокриття, а,отже,чимвище температуранагріваннядеталі, тімменш протяжлива зонадендритноїструктури. Цепояснюється тім, що прибільшомузначеннівеличинисилиструму (230 А)відбуваєтьсябільшийпрогрівтіладеталі. При цьомурізниця температурпокриття йпрогрітого основногометалумінімальні йце непризводить дозменшенняшвидкостіохолодження.

>Стендовимивипробуваннями назносвиявлено, що на даний моментзакінченняприпрацюванняповерхонь величиназношуваннясталевого валу на 41% більше, ніж валу ізпокриттям,нанесеним згіднотехнології, котрарекомендується. Уперіодсталогозношуванняінтенсивністьзменшеннялінійнихрозмірівшийкисталевого валузначнозросла.Різницявеличинизношуваннядосягає 68 %.Залежністьвеличинизношуваннязразків від години іспитів наведена на рис. 5.

Величиназонитермічноговпливу на шипаххрестовинзбільшуєтьсязізростаннямсилиструму від 120до180 А.Найменшеїїзначеннявідповідає I =120A йдорівнює 1,5 мм. Однак, принаплавленні поданому режиму невідбуваєтьсяякісногосплавленняпокриття ізосновою. У цьомувипадку упокриттіформуєтьсянайбільш протяжлива, грубадендритна зона, котрадорівнює 0,9 мм, щозбільшуєсхильність докрихкостіробочого кулі.ДовжинаЗТВ призмініструму від 120 до 180 Азбільшилася у два рази.


>Рис. 5.Залежностівеличинизношування від годинивипробуваннязразків:

1 -зразоквкладиша (>свинцева бронза);

2 -зразокстандартноїдеталі (сталь 45,загартування НВЧ);

3 -зразок,відновлений ізнанесеннямпокриття, щорекомендується, й запропонованоютехнологією

Привідновленні ізвикористаннямструму I = 180 Напокриттіможеформуватисявідманштетова структура, як результатзначногоперегріву.

Методомплануванняекспериментуоціненовпливпараметрівнанесенняпокриттівплазмово-порошковим методом.Отриманірівняннярегресії, щоописуютьвплившвидкостіобертаннядеталі,величинисилиструму тапроведенняопераціїпопередньоїтермообробки длязняттянапруг йстабілізаціїструктуризношеного кулі на величинузонитермічноговпливу (>рівняння 1),рівеньмікротвердості йїїоднорідність поперерізупокриття (>рівняння 2) йступіньнеоднорідностіструктури, котраоцінена позмінімікротвердості, % (>рівняння 3).

>Рівняннярегресіїмаютьвигляд:

Y1=>2,75–1,55X1 -0,2X3 -0,7X1X2–>0,3X2X3+>0,7X1X2X3.             (1)

Y2 = 487,25 –58,5X1 –105,5X2 +>41,5X3 +96,5X1X2X3                        (2)

Y3 = 8,86 +2,32X1 –1,03X2 –2,78X3 +4,68X1X2 –11,6X1X3 –8,5X2X3       (3)

де: Y1 – величиназонитермічноговпливу, Y2 – величинамікротвердості, Y3 -рівеньнеоднорідностімікротвердості.

При цьомушвидкістьобертання (Х1)деталізмінювали вмежах V = 2,8 – 3,8об/хв; силуструму (Х2) I = 200 – 260 А,попереднійвідпалплазмовимструменем (Х3) приt=850°С та безнього.

Показано, щодовжиназонитермічноговпливу,головним чином,визначається силоюструму,швидкістюобертаннядеталі та їхньогопарноювзаємодією.Чимвищешвидкістьобробки, тім менше величиназонитермічноговпливу.

>Мікротвердістьістотнозалежить відзмінисилиструмуобробки. Призниженні від 260 до 200 А вонападає на 11,3%, зарахунокзменшеннятемператури взонісплавлення. При цьому структурапокриття послеіспитів назношування (вповерхневомушарі),нанесеногопорошковоюкомпозицією, щорекомендується,має структуру: до 15%залишковогоаустеніту (>зменшилось у трьох рази),тростит ізокремимивключеннямилегованогофериту такарбідів.

>Найбільшзначнийвплив нанеоднорідністьструктури тамікротвердостімаютьпарнівзаємодіїсилиструму,швидкостіобертаннядеталі ізпроведеннямпопередньоговідпалу.

Переднанесеннямпокриттів на сичихрестовин проводилипопереднійвідпал при850°С. При цьомувідмічаєтьсяпідвищенняконцентраціїхімічнихелементів уперехіднійзоні (усередньому на 60% Si, 3,8%Mn, 14,7%Cr, 17,5%Ni, 50%Mo), щопідвищуєміцністьзчепленняпокриття іздеталлю. Цепояснюєтьсяінтенсифікацієюдифузійнихпроцесів внаслідокпідвищеннятемператури.

>Запропонованопараметриобробки дляпромисловоговпровадженнятакоїтехнології:попереднійвідпалповерхоньшипівхрестовинплазмовоюдугою (>струм I =80А,напруга U = 40 У) длязневуглецюванняпопередньоцементованого ічастковозношеного кулі;нанесенняпокриття призварювальномуструмі I = 150 А танапрузі дуги U = 40 У.

Ушостомурозділінадаєтьсяоцінка запасуміцності ізносостійкостіколінчастихвалів.Розглядаєтьсяпромисловевипробування тавпровадженнярозробок.

>Статистичнийаналізексплуатаційноїстійкостідвигунів урізнічасовіперіоди показавши, що болеепізнійперіод (2002 -2003р.р.) упорівнянні ізпопереднім (2001 р.)характеризуєтьсяпереважновиходом із ладу деталей заінтенсивнимзношуванням. Так,якщо донапрацювання 4000мото - год у понадранньомуперіодівиходило із ладу » 23% всіхдвигунів, щоспостерігалися вексплуатації, то іншому (притому ж самомунапрацюванні)цейпоказникдосягав 70%, пригарантіїнапрацювання (якоїдаєзавод-виробник) докапітального ремонту 6000мото - год.

Дляпідвищеннядовговічностіколінчастихвалів, якосновноїдеталідвигуна,здійснюваливідновлення ізвикористаннямзапропонованого складупокриття йтехнології йогонанесення.Порівняльнідослідження такихвалів йвиготовлених задіючоютехнологією показали, що Першімають в 1,5 разивищузносостійкість.

Методом рентгеноструктурногоаналізу показано, щоцедосягаєтьсяформуванням упокритті структурмартенситу тазалишковогоаустеніту,карбідів,оксидів,нітридів.Післяексплуатації частказалишковогоаустенітузменшується із 50% до 15%.

Привідновленніколінчастихвалівнанесеннямпокриттівплазмово-порошковим методомможливезниженняїхньоївтомноїміцності череззменшенняефективногоперерізушийок (>шліфування інаявністьзонитермічноговпливу).

>Виконанорозрахуноквеличини запасуміцностівідновленогоколінчатого валу V - образногошестициліндровогодвигунаСМД - 60.

>Розрахунками показано, що назменшеннявтомноїміцностіспряженнящока -шийкавпливаєзниження запасуміцностішатунноїшийки.Встановленоприпустимумаксимальну величинуїїшліфування переднанесеннямпокриття (до 0,15 мм) йзонитермічноговпливу (не понад2мм). Придосягненні такихзначеньрекомендуєтьсявідновлення валу ізнанесеннямпокриття после 2-го ремонтногорозміру.Тільки в цьомувипадкузабезпечується запасміцностішатунноїшийкизначновищемінімальноприпустимого.

>Стендовівипробуванняколінчастихвалів ізнанесенимпокриттям,запропонованимплазмово-порошковим методом показали, щомаксимальнезношування дляшатуннихшийок (1 - 4)становить 0,002 мм, акорінних (4) - 0,003 мм.Мінімальнезношуванняшатуннихшийок (2 - 5 і 3 - 6) йкорінних (3) неперевищує 0,001 мм.

>Випробуванняколінчастихвалів насільськогосподарськихпідприємствахХарківськоїобласті показали, щозміцнений кулю придотриманні умів,обговоренихвимогами наексплуатацію іобслуговуваннятехніки, привикористанніякіснихмастильнихматеріалів,забезпечуєстабільністьвластивостей йструктуриметалупокриття.

Длявизначенняймовірностібезвідмовної роботиколінчастихвалівдвигунівСМД – 60виконаноаналізексплуатаційноїстійкості 50 деталей,виготовлених згіднодіючоїтехнології, вексплуатації.Оцінено величинузношуваннякорінних йшатуннихшийок.Зафіксованонапрацювання докапітального ремонту.Оціненодисперсію ісередньоквадратичневідхиленнязначень, атакожшвидкістьзношуваннякорінних йшатуннихшийок (>відповідаєінтервалам11,8610–3 –>16,5910–3 і9,3610–3–>12,0210–3мкм/мото-год).

>Отримано залежністьймовірностібезвідмовної роботиколінчастихвалів, атакожтеоретичного іемпіричногозначенняфункційрозподілунапрацювання (>розбіжності неперевищують 13%).

>Оціненогамма-процентний ресурсколінчастихвалівдвигунівСМД – 60, щовиходять з ладу череззношуваннякорінних йшатуннихшийок.Вінсклав для новихвалів g80%теор = 4100мото-год і g80%емп = 4000мото-год, щонижче нормзаявленихзаводом-виробником.

Дляколінчастихвалівзміцненихнанесеннямпокриттів ізрозробленогоматеріалу ізвикористаннямплазмово-порошкового методугамма-процентний ресурсє в 1,5 разивищим зановідеталі.

>Розробленатехнологіянанесенняпокриттівплазмово-порошковим методомуспішноможе бутивикористана не лише приремонтісільськогосподарськоїтехніки, але й і урізнихгалузях народногогосподарства. Показаноефективність цого методу й привідновленні деталейтурбінпарових таатомнихелектростанцій.Вибірматеріалупокриттявизначаєтьсявимогамиексплуатації, апараметрипопередньоїобробкиструктурою івластивостямидеталі.

>Використанняпорошковихкомпозицій набазізалізалегованогосистемоюNi -Cr - Si – B –Mn –>Mo –Cu,забезпечуєнеобхіднудовговічність деталей йвизначається не лишепокриттям, але й івластивостямиперехідноїзони йтермічноговпливу, котріможливорегулювати наборомтехнологічнихоперацій й параметрамипроцесу.

>Економічнийефект відвпровадженнятехнологіївідновленняколінчастихвалівнанесеннямрозробленогопокриттяплазмово-порошковим методом воб’ємі 1000 примсклав 279093 грн.

>Розробкивпроваджені наШевченківськомуРТП, аспоживачамивідновленихколінчастихвалівєСумська,Полтавська,Харківська таЧернігівськаобласті України.


>ЗАГАЛЬНІВИСНОВКИ ТАРЕКОМЕНДАЦІЇ

1. Наосновіаналізуапріорноїінформації дляпідвищеннядовговічності деталейнанесеннямпокриттів бувобранийплазмово-порошковий метод.Даний методвигідновідрізняється відінших тім, щоможе забезпечитизміцнення, атакожкомпенсаціюзношеного кулі понад 2 мм.Такаобробказберігаєпрямолінійність,виключаєкороблення деталей,забезпечуєдостатнєзчепленняпокриття ізосновою,мінімальнупористість.

>Ефективність методувизначається івиборомматеріалу, йогохімічного складу,досягнутимивластивостями ізурахуваннямвимог, котрірегламентуютьсятехнічнимиумовами.

2. Набазірозробленоїметодології ікомплекснихметодівдосліджень,плануванняексперименту тастатистичнихметодіваналізувиявленовплив складупорошковихкомпозицій наосновізаліза на структуру,властивості тазносостійкістьпокриттів,нанесенихплазмово-порошковим методом.Визначено, що привідновленнішийокколінчастихвалівнайбільшаефективністьдосягається привикористаннікомпозиції, щоміститьCr – 3,5 – 4,5%,Ni – 1,8 – 2,2%, B – 0,9 – 1,5%, З - 0,3 – 0,42%, Si – 0,8 – 1,3%,Mn - 1,5 – 2,3%,Mo - 0,1 – 0,5%,Cu – 0,85 – 1,3%, ашипівхрестовинкарданнихвалівCr - 5,0 – 5,5%,Ni -

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація