Підвищення зносостійкості деталей машин електродуговим напиленням композиційних покриттів з застосуванням різнорідних дротів - Автореферат

Застосування у 90-х роках спеціальних порошкових дротів (ПД) для ЕДН дозволило різко розширити область застосування цього методу, одержувати покриття, зносостійкість яких не поступається найкращим плазмовим покриттям. Робота виконувалась у відповідності з координаційним планом № 17 “Нові конструкційні матеріали та високоефективні технології виробництва” міжвузівських науково-технічних програм на 1997-1999 рр (наказ Міністерства освіти України №37 від 13.02.1996 р. п.1) з пріоритетного напрямку розвитку науки і техніки „Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології”, а також планом науково-дослідних робіт Кіровоградського національного технічного університету 2004-2005 року за темою „Підвищення зносостійкості деталей і спряжень сільськогосподарської техніки композиційними покриттями та матеріалами” № держ. реестрації 0103U005126. На основі комплексного дослідження процесу плавлення, перенесення та осадження матеріалів ПД та СД розробити принцип керованого впливу на трибологічні характеристики при формуванні покриттів, і на цій основі розробити технологію відновлення деталей машин КП з підвищеною зносостійкістю. Аналітично визначити фактори впливу технологічних параметрів ЕДН на отримання зносостійкого КП, при якому завдяки оптимізації параметрів процесу здійснити керований вплив на грануляцію розпилених крапель, щоб забезпечити формування КП з підвищеними адгезійною і когезійною міцністю та зносостійкістю, знижуючи при цьому схильність КП значної товщини до утворення тріщин. Аналітично та експериментально встановити вплив легкоіонізуючих елементів в шихті ПД на стабільність горіння дуги в умовах швидкісного струменю при ЕДН та температуру дуги для проплавлення тугоплавких компонентів шихти і сприяння дрібнокрапельному перенесенню розпилених електродних матеріалів для покращення механічних та трибологічних характеристик КП.В шихту ПД, для розширення меж впливу на параметри процесу за рахунок стабілізації дуги та підвищення її температури, вводили додатки сполук Na та F. Інтенсивність зношування деталі в залежності від тиску в парі тертя; визначали по формулі: , (1) де: - інтенсивність зношення при ординарних умовах; Ві-коефіцієнт інтенсивності зношування; Р - тиск в парі тертя; і - показник ступені, який визначає характер залежност Визначено залежність зносостійкості покриттів від параметрів ЕДН: , (4) де І - зносостійкість, dk - діаметр краплі; Км - коефіцієнт пластичної та міцної складової КП; T - температура дуги; А - сила струму дуги; Kd - коефіцієнт впливу додатків. Встановлено, що при ЕДН на краплю розплаву на торці як СД, так і ПД діють сили гідростатичного тиску, електромагнітний тиск у дузі Рд, електромагнітний тиск у краплі Рк, тиск від протікання парів металу Рп і швидкісний напір газу на поверхні розділення Рот. Умова рівноваги елементу поверхні краплі приймає вид: (5) де - поверхневий натяг; i - головні радіуси кривизни, що визначають форму краплі; - прискорення сил інерції, котрі можуть зявитись при нестаціонарній швидкості подачі електроду; - координата по вертикальній осі, направлена протилежно дії, сили тяжіння; i - щільність рідкого металу краплі i оточуючого її газу.Вперше розроблена методологія і принцип підвищення трибологічних властивостей поверхонь тертя завдяки нанесенню КП методом ЕДН двох різнорідних електродних дротів - порошкового та суцільного, яке має підвищений комплекс механічних та трибологічних характеристик при зниженні вартості процесу. Вперше на основі теоретичного аналізу та експериментальних досліджень процесу формоутворення крапель під дією електромагнітних i гравітаційних сил, сил поверхневого натягу i швидкісного напору повітряного струменю отриманно двошарове КП, різні механічні та трибологічні властивості шарів якого дозволяють забезпечити підвищену адгезійну і когезійну міцність та зносостійкість за рахунок впливу на грануляцію розпилених крапель. Наявность в шихті ПД (анод) 0,24 % Na2O знижує температуру на осі стовпа дуги з 5600 до 5100 К, а наявность 0,35 % NAF підвищує її до 5900 К, що забезпечує більш стабільний процес ЕДН, практично без коротких замикань дугового проміжку, суттєво знижує величину поверхневого натягу i сприяє дрібнокрапельному перенесенню електродного металу для отримання зносостійкого КП. Встановлено звзок зносостійкісті з когезійною і адгезійною міцністю та залишковими напруженнями, на основі якого розроблено двошаровий метод нанесення КП ЕДН, при якому завдяки оптимізації параметрів процесу здійснено керований вплив на грануляцію розпилених крапель, що забезпечує формування КП з підвищеними адгезійною і когезійною міцністю та зносостійкістю, знижуючи при цьому схильність КП значної товщини до утворення тріщин.

Основний зміст роботи

1. Вперше розроблена методологія і принцип підвищення трибологічних властивостей поверхонь тертя завдяки нанесенню КП методом ЕДН двох різнорідних електродних дротів - порошкового та суцільного, яке має підвищений комплекс механічних та трибологічних характеристик при зниженні вартості процесу.

2. Розроблена математична модель еталонного зношування вузла тертя вал-втулка з використанням пакетів прикладних програм “Mathcad 2000 Professional” на базі ітераційного процесу . Проведена аналітична оцінка ресурсу та економічної ефективності нових покриттів при відновленні деталей пар тертя.

3. Вперше на основі теоретичного аналізу та експериментальних досліджень процесу формоутворення крапель під дією електромагнітних i гравітаційних сил, сил поверхневого натягу i швидкісного напору повітряного струменю отриманно двошарове КП, різні механічні та трибологічні властивості шарів якого дозволяють забезпечити підвищену адгезійну і когезійну міцність та зносостійкість за рахунок впливу на грануляцію розпилених крапель.

4. Встановлено, що оксиди лужних металів збільшують поперечні розміри стовпа дуги при ЕДН, а галогеніди лужних металів зменшують їх. Наявность в шихті ПД (анод) 0,24 % Na2O знижує температуру на осі стовпа дуги з 5600 до 5100 К, а наявность 0,35 % NAF підвищує її до 5900 К, що забезпечує більш стабільний процес ЕДН, практично без коротких замикань дугового проміжку, суттєво знижує величину поверхневого натягу i сприяє дрібнокрапельному перенесенню електродного металу для отримання зносостійкого КП.

5. Встановлено звзок зносостійкісті з когезійною і адгезійною міцністю та залишковими напруженнями, на основі якого розроблено двошаровий метод нанесення КП ЕДН, при якому завдяки оптимізації параметрів процесу здійснено керований вплив на грануляцію розпилених крапель, що забезпечує формування КП з підвищеними адгезійною і когезійною міцністю та зносостійкістю, знижуючи при цьому схильність КП значної товщини до утворення тріщин.

6. Встановлено, що в умовах граничного тертя КП ПП-АН-307 Св-08 у парі з контртілом із БРС30 і АМО має найкращі трибологічні характеристики. Підвищена зносостійкість покрить зумовлена наявністю у покритті великої кількості кисню, оксидів заліза та бору, які забезпечують низький рівень коефіцієнта тертя, а наявність у покритті боридів F2B забезпечує його високу зносостійкість. При цьому при збільшенні навантаження від 1 до 10 МПА коефіцієнт тертя зменшується, в той же час для пари сталь ШХ15 з Бр С-30 та АМО - зростає.

7. Встановлено, що в умовах абразивного зносу закріпленим абразивом зносостійкість КП на 2,1 раза вища, ніж покрить із однойменних ПД і на 1,4 рази вища, ніж у сталі ШХ15. В той же час, як в умовах абразивного зносу незакріпленим абразивом зносостійкість КП є суттєво меншою, ніж покрить із однойменних ПД, а також сталі ШХ15, тому використання КП в таких умовах є недоцільним.

8. Розроблено та впроваджено технологічний процес відновлення колінвалів в ТОВ „Каліта” (м. Кіровоград), що дозволило підвищити їх зносостійкість в 2,3 рази.

1. Маркович С. И. Типы материалов для дугового напыления.- В кн.: Проблемы надежности експлуатации и ремонта машин. // Тез. докл. научно-технической конференции. - Кировоград. 1994. - С.66-68. Автором проведено огляд матеріалів для електродугового напилення.

2. Маркович С. И. К вопросу о применении электродугового напыления при восстановлении деталей строительных и дорожних машин. В кн.: Проблемы разработки, производства и эксплуатации подьемно - транспортных, строительных и дорожних машин. // Тез. докл. региональной научно - практической конференции. - Кировоград. 1994. - С. 65-66. Автор провів аналіз застосування електродугового напилення для відновлення деталей машин.

3. Воропай Н.М., Костенюк Н.И., Маркович С.И. Влияние легкоионизируемых компонентов на характеристики процессов сварки в СО2 на переменном токе и импульсной дугой //Автоматическая сварка. - 1998, № 7. С. 77-79. - Маркович С.І. особисто отримав значення впливу активуючих добавок лужних елементів на стабільність та температуру дугового процесу.

4. Маркович С.І., Черновол М.І. Відновлення колінчастих валів дуговим напиленням композиційних покриттів // Автошляховик України . - 1999. №2. С. 20-22. - Маркович С. І. особисто розробив двошарову технологію нанесення КП різнорідними дротами та провів експлуатаційні випробування деталі.

5. Маркович С.І., Черновол М.І. Технологічний процес відновлення колінчастих валів дуговим напиленням композиційними покриттями.//Зб. наукових праць Кіровоградського технічного університету „Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація”. Кіровоград. - 1999. №5. С. 46-51. Маркович С. І. особисто розробив технологічний процес відновлення деталі та впровадив в виробництво.

6. Маркович С.І., Черновол М.І., Мажейка О.Й. Використання електродугового напилення для відновлення розподільчого вала ДВЗ// Автошляховик України. -2000.№4. С.17-21. - Маркович С. І. особисто провів дослідження зносостійкості пар тертя з оптимізацією розмірних параметрів, дослідження когезійної та адгезійної міцності та впровадив технологію в виробництво.

7. Мажейка О.Й., Черноіванов В.І., Маркович С.І. Оптимізація розмірних параметрів сільськогосподарської техніки при ремонті // Зб. наукових праць Кіровоградського технічного університету „Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація”.Кіровоград. - 2000 №6. С. 69-73.- Маркович С. І. особисто отримав залежність між зносостійкістю відновленої деталі та довговічністю спряження , як наслідку процесу збільшення зазору в парі тертя.

8. Воропай Н.М., Мажейка О.И., Маркович С. И. Распределение температуры в воздушной струе и напыляемой основе при електродуговой металлизации // Автоматическая сварка. - 2004. №5 .С.18-21.- Маркович С. І. особисто вивів залежності температури в дузі від тиску повітря, струму дуги та відстані напилення, провів металографічні дослідження та дослідження механічних властивостей КП при ЕДН різнорідними дротами.

9. Воропай Н.М., Мажейка О.Й., Маркович С.І. и др. Моделювання краплеутворення електродного металу при електродуговому напиленні композиційних матеріалів. //Зб. наукових праць Кіровоградського технічного університету „Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація”. Кіровоград. - 2006. №7. С. 78-383.- Маркович С.І. особисто брав участь в розробці аналітичної моделі процесу формування краплі при ЕДН, брав участь в аналізі та узагальнені результатів.

10. Черновол М.І., Мажейка О.Й., Маркович С.І., Студент М.М. Трибологічні характеристики композиційних покриттів, отриманих електродуговим напиленням порошкового та суцільнотягнутого дроту // Проблеми трибології. - 2006. № 4.

С. 88-96. Маркович С.І. особисто провів металографічні, ренгеноструктурні та трибологічні дослідження, отримав залежності між залишковими коловими напруженнями при різних комбінаціях електродних дротів.

11. Пат. 19967. Україна, МПК(2006) С23С 4/00. Спосіб одержання композиційних електродугових покриттів. Маркович С.І., Похмурський В.І., Мажейка О.Й., Студент М.М.Заявлено 16.05.2006; Опубл. 15.01. 2007, Бюл. № 1 .- 4 с

12. Похмурський В.І, Студент М.М, Довгуник В.М., Маркович С.І., Мажейка О.Й. Трибологічні характеристики відновних композиційних електродугових покриттів.// Тез. доп. IV міжнародної науково-технічної конференції „Нові технології, методи обробки і зміцнення деталей енергетичних установок”, Запоріжжя-Алушта 25-30 сентября 2006 года.

13. Маркович С.І. Дослідження звязку зносостійкості з фізико-механічними властивостями покриттів, нанесених електродуговим напиленням різнорідних дротів // Проблеми тертя та зношування. - Київ, 2007. - №46. С. 16-18. Автор встановив залежність зносостійкості з когезійною і адгезійною міцністю та залишковими напруженнями в КП.

14. Маркович С.І., Марчук В.Е.Дослідження звязку зносостійкості з фізико-механічними властивостями покриттів, нанесених електродуговим напиленням різнорідних дротів // Тез. доп. міжнародної науково-технічної конференції „Авиа-2007”. - Київ, 2007. С. . Автор особисто встановив залежність зносостійкості з когезійною і адгезійною міцністю та залишковими напруженнями в КП.

15. Маркович С.І. Оптимізація складу додатків в шихту порошкових дротів для електродугового напилення зносостійких покриттів //Зб. наукових праць Кіровоградського технічного університету „Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація”. Кіровоград. - 2007. №18. С. 158- 164.