Наукові основи створення кавітаційностійких захисних покриттів на сталях - Автореферат

Для оптимізації існуючих способів та вдосконалення технології зміцнення поверхні шляхом створення захисних покриттів необхідно зясувати механізми їх кавітаційного руйнування, розробити критерій оцінки їх стійкості і на цій основі визначити характеристики приповерхневих шарів та закономірності формування оптимальних структур, що адекватно відображають здатність матеріалу протистояти кавітаційно-корозійному руйнуванню. Дисертаційна робота відповідає основним науковим напрямкам роботи НТУУ-„КПІ” і виконувалася в рамках тем відомчого замовлення; робота мала звязок з темами №2524, 2727 ”Багатокомпонентні покриття за участю хрому”, що розроблялася згідно завданню Міністерства освіти і науки України; № держреєстрації 01044008782 „Підвищення експлуатаційних характеристик деталаей машин та інструментів захисними покриттями”; № держреєстрації 0104U008780 „Підвищення експлуатаційних характеристик багатокомпонентнх карбідних покриттів на сталях”; № держреєстрації 0103U008730 „Підвищення працездатності деталей машин і інструмента шляхом посилення захисних покриттів”; № держреєстрації 0103U008729 „Розробка та впровадження матеріалозберігаючих технологічних процесів виготовлення зносостійких деталей шляхом нанесення захисних покриттів на залізовуглецеві сплави”; Достовірність та обґрунтованість результатів досліджень і висновків дисертації підтверджується значним обсягом експериментальних даних, отриманих з використанням сучасних методів дослідження; статистичною обробкою експериментальних даних та їх кількісною оцінкою за допомогою компютерного моделювання; залученням фундаментальних положень фізики ударних явищ, гідродинамічних процесів при кавітації, хіміко-термічної обробки поверхні сталей; узгодженістю параметрів фізико-механічних характеристик та структури одержаних покриттів із процесом кавітаційного зношування, визначених в умовах фізичного та обчислювального експериментів; позитивними результатами численних стендових досліджень та дослідно-промислових випробувань; апробацією і публікаціями роботи протягом останніх 20 років. Критерії вибору оптимальних технологій, які враховують технологічність методу нанесення покриття що до можливості створення однорідних покриттів достатньої товщини за відносно короткий час; можливість одержання покриттів на складних тривимірних виробах; простоту нанесення покриттів за умов серійного випуску деталей. Розроблені критерії використано у роботі для створення нового класу покриттів на основі боридів та карбідів перехідних металів, які були отримані методом хіміко-термічної обробки; запропоновано раціональні способи і режими отримання покриттів та оптимальні суміші насичуючих вихідних порошкових середовищ.Можливість обробки деталей будь-якої конфігурації, відносна простота процесу, а також можливість зміни у широких межах параметрів покриттів сприяють широкому впровадженню дифузійного насичення у промисловість. Показано, що критерієм кавітаційної стійкості захисних покриттів є виконання співвідношення між величинами акустичного опору покриття (?с • сс), матриці (?m • сm ) і кавітуючої рідини(rl • cl) : rl • cl rm • cm у випадку одношарових покриттів або : rl • cl ?с2 • сс2 ?с4 •сс4… ?m • сm-у випадку багатошарових покриттів. За результатами експериментальних досліджень встановлено, що дифузійні покриття на основі карбідів перехідних металів хрому, ванадію і титана та легованих відповідно хромом чи ванадієм боридів заліза забезпечують високий ступінь захисту металевої матриці в умовах кавітації. В роботі запропоновано оцінювати працездатність матеріалів покриттів за умов мікроударного впливу при кавітації, використовуючи загальні принципи теорії зношування. Оскільки тріщиностійкість (K1c) та мікротвердість (Hm) є структурно чутливим параметром до розміру і форми зерна, розподілу напружень у покритті, форми і розміру пор або включень іншої фази, при розробці матеріалознавчих критеріїв вибору матеріалів слід враховувати чутливість кавітаційних процесів до розподілу напружень та структури матеріалів.За цих умов процес нанесення карбідних покриттів протікає по наступних чотирьох стадіях: а) неізотермічна цементація поверхні зразків продуктами згоряння деревного вугілля при зниженому тиску; б) утворення твердого розчину перехідного металу в аустеніті; в) утворення зародка карбідної фази у твердому розчині перехідного металу в аустеніті і його ріст за рахунок зустрічної дифузії атомів перехідного металу і вуглецю матриці; г) ріст карбідного покриття за рахунок одночасного протікання двох процесів: зустрічної дифузії вуглецю матриці і карбідоутворюючого елемента, а також прямого осадження з газової фази. На підставі цих досліджень встановлено взаємозвязок між кавітаційною стійкістю карбідних покриттів і їх характеристик: мікротвердості, мікрокрихкості, пористості, розподілу величин залишкових напружень, напружень сколювання, тріщиностійкості та товщини карбідного шару. Встановлено, що карбідні покриття характеризуються дуже високою однорідністю складу і структури, а також високою суцільністю

Основний зміст роботи