Підвищення довговічності довгомірних деталей шляхом нанесення покриттів

Теоретично обґрунтовані і експериментально оцінені параметри локального відпалу лазерним променем для забезпечення рівномірної дисоціації нітридів на оптимальну глибину (170-550мкм), що дозволяє отримати необхідну якість покриття при ЕІО деталей з попереднім азотуванням. Виявлений зв'язок між вихідною структурою поверхні деталі після зношування та параметрами лазерної обробки для її деазотування.

Промислове випробовування та впровадження розробок забезпечило фактичний економічний ефект, що дорівнює 139,54 тис. грн.

Ключові слова: покриття, матеріал, масоперенос, формування структури, фазовий склад, довгомірні деталі, зміцнення, термічна обробка, електроіскрова обробка, твердість, обробка лазерним променем, експлуатаційні властивості, відновлення деталей.

АННОТАЦИЯ

Мартыненко А.Д. Повышение долговечности длинномерных деталей путем нанесения покрытий. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.01-"Материаловедение". Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет. Харьков, 2003.

Диссертация направлена на повышение эксплуатационных свойств длинномерных деталей машин и агрегатов (штоков, валов, валов-шестерен, плунжеров) нанесением покрытий электроискровой обработкой (ЭИО).

Установлены количественные параметры массопереноса при ЭИО в зависимости от материала анода и режимов обработки, а также исследованы процессы, обуславливающие формирование структуры покрытия и его качество. Определен промежуток, в период которого содержание химических элементов стабилизируется, и появляются новые азотсодержащие фазы за счет разложения компонентов воздуха. Предложена расчетная схема процесса образования неровностей и шероховатости при электроискровой обработке. Оценена зависимость влияния тока искрового разряда на диаметр единичной лунки. При увеличении тока искрового разряда от 15 до 80А диаметр лунки возрастает с 0,3 до 1,4мм.

Показано, что помимо -Fе, -Fе, спецкарбидов, карбонитридов в слое выявляются чистые элементы анода. Это подтверждает, что при обработке имеет место механизм переноса через межэлектродный промежуток атомов и ионов этих компонентов.

Установлено, что наиболее эффективными материалами анода являются материалы, легированные хромом (10Х13, 30Х13, 10Х18Н10Т, феррохром), которые обеспечивают необходимую долговечность восстанавливаемых деталей за счет высокой прочности сцепления покрытия с основой (не ниже прочности материала основы), коэффициента сплошности слоя (не ниже 97%), формирования структур с высокой твердостью (не менее Н-50-500-570), износостойкостью, жаропрочностью.

Разработана математическая зависимость, описывающая влияние химического состава материала анода (содержание в нем углерода и хрома) и параметров обработки на толщину покрытия, формируемого при ЭИО. Для обеспечения качественного покрытия число проходов электродом не должно превышать 3-4^-х, а продольная подача - 1мм/об.

Для повышения качества покрытия, нанесенного электроискровым методом, предложено использование ППД (с оптимальной нагрузкой 30МПа). Для этого разработано приспособление, которое с одной стороны повышает сплошность покрытия и уменьшает его шероховатость, а с другой - создает сжимающие напряжения в поверхностном слое, что способствует повышению долговечности восстанавливаемых деталей. Использование разработанной технологии обеспечивает шероховатость поверхности R_z=0,63мкм и толщину нанесенного покрытия до 0,8-1,0мм

Разработаны рекомендации по подготовке рабочей поверхности изношенных деталей. Для деталей, в поверхностном слое которых при эксплуатации не происходит существенных изменений в фазовом составе, а наблюдаются только микротрещины глубиной до 5мкм (штоки гидроцилиндров сельскохозяйственных машин из сталей 40Х, 45Х, коленчатые валы из серого чугуна), необходимо удалять поврежденный слой и затем осуществлять общие операции восстановления.

При восстановлении деталей, прошедших химико-термическую обработку (в частности, азотирование), после эксплуатации частично сохраняется упрочненный слой, который должен быть удален или разложен перед нанесением покрытия. Для азотированных деталей перед нанесением покрытия методом ЭИО предложен метод разложения азотированного слоя путем обработки лазерным лучом, который вызывает диссоциацию нитридов на глубину до 0,17-0,55мм (в зависимости от режимов лазерной обработки). Теоретически обоснованы и экспериментально оценены параметры локального отжига лазерным лучом для обеспечения равномерной диссоциации нитридов на оптимальную глубину, что позволяет получить необходимое качество покрытия.

Промышленное опробование и внедрение метода электроискрового упрочнения и восстановления деталей сельскохозяйственной техники и оборудования подтвердило эффективность выполненных разработок. В условиях Пересечанского РТП методом ЭИО обработана промышленная партия штоков из сталей 40Х, 45Х электродом 30Х13. Это обеспечило повышение их износостойкости в 1,6 раза и дало экономический эффект в размере 42,16 тыс. грн. в год.

Для Змиевской ГРЭС разработано технологическое задание на проектирование участка электроискрового упрочнения штоков узла парораспределения турбин (в условиях АО "Турбоатом") из стали 20Х1М1Ф1ТР электродом 10Х13. Получен экономический эффект в размере 97,54 тыс. грн. при повышении стойкости штоков в 2 раза.

Ключевые слова: покрытие, материал, массоперенос, формирование структуры, фазовый состав, длинномерные детали, упрочнение, термическая обработка, электроискровая обработка, твердость, обработка лазерным лучом, эксплуатационные свойства, восстановление деталей.

ABSTRAKT

Martynenko A.D. Increase of service life of long-length machine parts by way of coating. - Manuscript. The thesis for degree of candidate of technical sciences on speciality 05.02.01. - “Materials Science”. The Kharkiv National Automobile and Highway University. Kharkiv, 2003.

The thesis is aimed at increasing the service characteristics of long-length parts in machines and units - rods, shafts and plungers - by way of coating them with electro-spark processing (ESP). The quantitative parameters of mass transfer during ESP depending on processing schedule have been determined. The physical processes controlling structure formation and coating quality have been investigated. Calculated scheme for coating roughness formation has been proposed. It has been found that the most effective material whish assures high service life of restored parts are chromium-containing steels and alloys (10X13, 30X13, ferrochromium) due to high adhesion of coating with the basic metal, properties, uniformity, formation of structures with high hardness, wear resistance, hot strength. The relation between anode material chemical composition, processing schedule, surface plastic deformation parameters and coating formation kinetics, its thickness, continuity factor and roughness has been established. Requirements for coating obtained by ESP have been formulated.

The parameters of local laser annealing for nitride dissociation at optimum depth (170-550mcm) have been theoretically justified and experimentally estimated. This treatment assures necessary quality of coating for the parts with previous nitriding. The association between the structure of worn surface and laser treatment parameters for nitrided parts has been found. Commercial test with introduction of the mentioned developments has provided real economical effect equal to 139,54 thousand hryvnyas. Key words: coating, material, mass transfer, structure formation, phase composition, strengthening, heat treatment, electro-spark processing, laser beam treatment, service properties.

Размещено на Allbest.ru