Технологія електроконтактного припікання напилених покриттів для підвищення їхньої міцності та зниження пористості. Структура, хімічний склад і фізико-механічні властивості покриттів. Порівняння структури і властивостей напилених і припечених шарів.
Аннотация к работе
Використання традиційних схем реалізації способів газотермічного напилення (ГТНП), зокрема гаополуменевого (ГПН) та електродугового (ЕДН) напилення, дозволяє формувати покриття, що задовольняють запитам багатьох ремонтних виробництв. дослідити технологічні особливості електроконтактного припікання напилених покриттів (ЕКПНП), вплив параметрів ЕКП на міцність зчеплення і пористість напилених покриттів і визначити область їх оптимальних значень; розробити технологію електроконтактного припікання напилених покриттів, визначити структуру, хімічний склад і фізико-механічні властивості покриттів. В роботі використані аналітичні та чисельні методи для дослідження теплових процесів і особливостей формування напилених покриттів при електроконтактному припіканні, які забезпечують оптимальні умови для вибору параметрів ЕКП для підвищення міцності зчеплення і зниження пористості напилених покриттів. Наукові і практичні результати дисертаційної роботи, представленої до захисту, отримані автором у співавторстві відповідно основним публікаціям, у яких особисто автору належить: вибір способу електроконтактного припікання для підвищення якості напилених покриттів [1, 10-12] та його обґрунтування, як експериментальне [2], так і теоретичне [6, 7]; дослідження і визначення структури [4] та властивостей покриття, а саме пористості і модуля пружності та їх звязку [13], втомленої міцності (межі витривалості) та її розрахунково-експериментальна методика [5, 9]; теоретичний аналіз кінетики утворення контакту між напиленим покриттям та основою при ЕКП [6]; звязок щільності покриття з тиском припікання [7]; розробка багатоопераційної технології, яка полягає в електроконтактному припіканні заздалегідь напилених покриттів [2, 5] і її використання для відновлення та зміцнення поверхонь деталей [3] та результати дослідження відновлених деталей типу “вал” [4, 8].Аналіз літературних і патентно-інформаційних даних показав, що особливий інтерес для зміцнення напилених покриттів представляють механотермічні способи, серед яких перевагу варто віддати електроконтактним, тому що вони збільшують адгезійну та когезійну міцність напилених покриттів до 180…220 МПА, знижують пористість до 1...5 % при товщині напиленого порошкового шару до 3 мм. Визначення елементного хімічного складу покриттів і вивчення розподілу елементів у покритті та у перехідній зоні між покриттям і основою здійснювали за допомогою електронного мікроскопу “Нанолаб-7” фірми “Оптон” (ФРН) з мікрорентгеноспектральним аналізатором Міцність зчеплення покриття з основою при нормальному відриві проводили за штифтовою методикою на розривній машині Р-20 ГОСТ 7855-74, а при зсуві - розтягом стандартного зразка з покриттям на установці СІІТ - 3. Для визначення комплексу величин, що характеризують механічні властивості системи“основа-покриття” (величину пружних характеристик основи і покриття, когезійну та адгезійну міцність) і проведення досліджень на втомну міцність (витривалість) використовувалися експериментально - розрахункові методики і спеціальні установки. Виходячи з основних положень теорії пресування і спікання порошкових тіл, пористість (щільність) і міцність зчеплення покриттів визначалася в залежності від кінетики формування контактів між напиленим порошковим шаром і основою.В дисертаційній роботі представлено нове розвязання наукової задачі підвищення міцності зчеплення і зниження пористості напилених покрить, яке базується на теоретичному і експериментальному обґрунтуванні можливості застосування для вирішення цієї проблеми способу електроконтактного припікання, що відповідно до мети і задачі досліджень, відображено у таких результатах: 1. В дисертаційній роботі виконано аналіз проблеми підвищення якості напилених покриттів, який дозволив вибрати спосіб електроконтактного припікання для підвищення їх міцності зчеплення і зниження пористості. Отримані рівняння, які показують звязок відносної площі контакту з пористістю і міцністю зчеплення та теоретично підтверджують, що електроконтактного припікання дозволяє знизити пористість напилених покриттів і підвищити міцність зчеплення. Встановлено закономірність між щільністю покриття та тиском, яка показала, що процес ЕКП дозволяє отримувати практично без пористі покриття при тиску 20 - 30 МПА. Визначено технологічні параметри ЕКП напилених покриттів, які забезпечують міцність зчеплення 180-220 МПА і пористість 1-5%: величина струму припікання 8...16 КА; тривалість імпульсу струму і пауз 0,02...0,04с; тиск складає 20...40 МПА.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
В дисертаційній роботі представлено нове розвязання наукової задачі підвищення міцності зчеплення і зниження пористості напилених покрить, яке базується на теоретичному і експериментальному обґрунтуванні можливості застосування для вирішення цієї проблеми способу електроконтактного припікання, що відповідно до мети і задачі досліджень, відображено у таких результатах: 1. В дисертаційній роботі виконано аналіз проблеми підвищення якості напилених покриттів, який дозволив вибрати спосіб електроконтактного припікання для підвищення їх міцності зчеплення і зниження пористості.
2. Отримані рівняння, які показують звязок відносної площі контакту з пористістю і міцністю зчеплення та теоретично підтверджують, що електроконтактного припікання дозволяє знизити пористість напилених покриттів і підвищити міцність зчеплення. Встановлено закономірність між щільністю покриття та тиском, яка показала, що процес ЕКП дозволяє отримувати практично без пористі покриття при тиску 20 - 30 МПА.
3. Розподіл температури в часі при ЕКПНП показав, що її значення не перевищують температур плавлення основного компонента матеріалу покриття. Отримана розрахункова залежність показує звязок температури з технологічними параметрами процесу (тиском, опором і струмом припікання) і дозволяє їх регулювати і керувати властивостями покрить.
4. Металографічні дослідження показали, що мікроструктура напилених покриттів має залишкову пористість. Структурні особливості напилених покриттів, які зміцнені ЕКП повязана з термосиловим впливом процесу припікання. В результаті термосилової дії “ламелі” мають більш протяжних характер, щільність покриттів підвищується до 95 - 99%. Аналіз структур покриттів показав, що на границі покриття - деталь відсутня зона перемішування матеріалу покриття з металом деталі.
5. Запропоновано інженерний спосіб розрахунку оптимальних параметрів процесу для одержання покриттів з необхідними властивостями. Визначено технологічні параметри ЕКП напилених покриттів, які забезпечують міцність зчеплення 180-220 МПА і пористість 1-5%: величина струму припікання 8...16 КА; тривалість імпульсу струму і пауз 0,02...0,04с; тиск складає 20...40 МПА.
6. Розроблено розрахунково-експериметальний метод визначення комплексу механічних властивостей композиції “основа-покриття”, що дозволяє скоротити число експериментальних робіт. Когезійна і адгезійна міцність напилених покриттів підвищилася в 2...2,5 рази при використанні ЕКП. Встановлено звязок між модулем пружності і пористістю, котрий показав, що спосіб ЕКП дозволяє приблизити значення модуля пружності напилених покриттів після електроконтактного припікання до модуля пружності компактного матеріалу.
7. Електроконтактне припікання дозволило підвищити межу витривалості напилених покриттів на 15-20%. Високочастотні випробування матеріалів із покриттям на втому дозволили виявити слабкі ланки системи “основа-покриття” та склали для покриття із ПГ-С1 і ФМІ-2 200...215 МПА.
8. Синтезовано багатоопераційну технологію, яка полягає в електроконтактному припіканні напиленого шару, при цьому дозволяє досягти найбільшу когезійну, адгезійну міцність і одночасно понизити вимоги як до якості напиленого порошкового шару, так і знизити параметри ЕКП. Така комбінована технологія забезпечує пониження вартості процесів відновлення та зміцнення. Застосування комбінації технології напилення та послідуючого припікання відкриває великі можливості в створенні композиційних покриттів з особливими властивостями.
9. Рішення поставленого наукового завдання дозволило розробити нові технологічні методи відновлення та зміцнення деталей, значно підвищити міцність зчеплення та знизити пористість напилених покриттів. Розроблені технологічні процеси ЕКПНП відновлення деталей типу “вал” автотракторної та компресорної техніки. Виробничі випробування деталей з напиленими покриттями після електроконтактного зміцнення показали підвищення строку їх служби в 2-2,5 рази в порівнянні з деталями, які були напилені. Економічний ефект при впровадженні технології ЕКПНП при відновлення і зміцнення деталей склав 197, 59 грн. на одну деталь, що на програму 2005 року склало 296392,38 грн.
Список литературы
1. Корж В.Н., Лопата Л.А., Савченко Н.А. Перспективы развития инженерии поверхности деталей машин // Зб. наук. пр. “Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація” - Кіровоград: КДТУ. - 2001. - вип. № 10. - С. 3-5
2. Лопата Л.А., Савченко Н.А. Повышение качества металлизационных покрытий // Зб. наук. пр. “Високі технології в машинобудуванні” - Харків: НТУ “ХПІ”. - 2001. - вип. 1(4). - С. 175-179.
3. Посвятенко Е.К., Римаренко І.К, Лопата Л.А., Савченко Н.А. Електродугова металізація як спосіб ремонту та інженерії поверхні автомобільних деталей, вузлів та агрегатів // Системні методи керування, технологія та організація виробництва, ремонту й експлуатації автомобілів - Київ: НТУ. - 2002. - вип. 15. - С. 186-190.
4. Лопата Л.А., Лопата В.М., Савченко Н.А., Тунік Т.М. Дослідження відновлення автомобільних деталей типу “вал” електродуговою металізацією // Зб. наук. пр. “Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин” - Кіровоград: КНТУ. - 2005. - вип. 35 - С. 409-416.
5. Кузнецов В.Д., Трапезон А.Г., Лопата Л.А., Медведева Н.А. Сопротивление усталости при высокочастотном изгибе металлизационных покрытий, упрочненных электроконтактном припеканием //Міжнародний науково-технічний збірник „Надійність і довговічність машин і споруд” - Київ: ІПМ ім. Писаренка. - 2005. - № 25. - С. 47-53.
6. Гафо Ю.Н., Лопата Л.А., Медведева Н.А., Кулижский В.Н., Николайчук В.Я.. Кинетика формирования контакта между напыленным покрытием и основой при электроконтактном припекании // Проблеми трибологии. - 2006. - № 1.- С. 148-152.
7. Лопата Л.А., Жданович Г.М., Медведєва Н.А. Особенности уплотнения при электроконтактном припекании напыленных порошковых покрытий // Вісник Хмельницького національного університету. - Хмельницький: ХНУ. - 2006. - вип. 2, Т.1. - С. 9-15.
8. Лопата Л.А., Медведева Н.А., Туник Т.М., Салий С.Г. Повышения качества напыленных покрытий // Международный технический журнал “Мир Техники и Технологий”. - 2005. - № 8 (54). - С. 54-56.
9. В.Д. Кузнецов, А.Г. Трапезон, Л.А. Лопата, Медведева Н.А. Высокочастотная выносливость металлизационных покрытий упрочненных электроконтактным припеканием //Динаміка, міцність, і надійність сільськогосподарських машин. Збірник наукових праць. -ТДТУ - Тернопіль. - 2004. - С. 244-248
10. Черновол М.И., Корж В.Н., Лопата Л.А., Савченко Н.А. Пути совершенствования методов инженерии поверхности деталей машин // Материалы науч.-техн. конф. “Теоретические и технологические основы упрочнения и восстановления изделий машиностроения”. - Минск: ПГУ. - 2001. - С. 105-109.
11. Лопата Л.А., Савченко Н.А. Основные направления получения качественных износостойких покрытий методом электродуговой металлизации // Матеріали 2-й міжнар. техн. конф. “Инженерия поверхности и реновация изделий”. - Ялта, 2002.
12. Лопата Л.А., Савченко Н.А. Основные направления усовершенствования технологии электродуговой металлизации // Материалы нуач.-техн. конф. “Материалы, технологии и оборудование для восстановления деталей машин”. Минск: УП “Технопринт”. - 2003. - С. 257-258.
13. Корж В.Н., Лопата Л.А., Медведєва Н.А., Туник Т.М. Зависимость модуля упругости напыленных порошковых покрытий от их пористости при электроконтактном упрочнении //Матеріали 5-й Міжнар. техн. конф. “Инженерия поверхности и реновация изделий”. - Киев: АТМ Украины. - 2005. - С. 100-101.