Підвищення довговічності відповідальних деталей сільськогосподарської техніки при їх відновленні лазерною наплавкою порошковими сумішами. Визначення способів нанесення матеріалів. Дослідження структури та фізико-механічних властивостей наплавлених шарів.
Аннотация к работе
Це повязано з відсутністю систематизованих даних про звязки параметрів фізико-хімічних процесів при наплавлені з характеристиками лазерного випромінювання, не досліджені питання застосування дешевих наплавлювальних матеріалів, відсутні рекомендації по способах подачі порошкових сумішей на відновлювані поверхні, не обгрунтовані області використання технології, відсутні розробки технологічних процесів лазерного наплавлення конкретних деталей сільськогосподарської техніки при відновленні. е) дати оцінку довговічності відновлених деталей, розробити практичні рекомендації по впровадженню технології лазерного наплавлення в ремонтне виробництво, провести техніко-економічну оцінку її ефективності. Дано теоретичне обгрунтування методів лазерного наплавлення порошкових сумішей. Розроблено технологію зміцнення та відновлення деталей сільськогосподарської техніки лазерним наплавленням, яка дозволяє використовувати дешеві наплавлювальні порошкові матеріали на основі заліза, підвищити зносостійкість і контактну міцність спряжень у 1,92…2,11 рази в порівнянні з серійними деталями. Встановлено, що в якості основних наплавлюваних матеріалів при лазерній наплавці застосовуються порошки на нікелевій основі, які мають певні недоліки: значну вартість, підвищену здатність до тріщиноутворення, необхідність використання спеціальних додаткових технологічних прийомів для отримання якісних наплавлених шарів.Встановлено аналітичні залежності, які дозволяють провести процес лазерного наплавлення, як за допомогою шлікерної обмазки так і методом газопорошкового лазерного наплавлення. Експериментально підтверджено, що для здійснення процесу лазерного наплавлення на сталі 45, 40Х, ШХ15, чавун ВЧ-50 необхідне лазерне опромінювання qн = 6,7.1012 Вт/м2. Дослідженнями показано, що лазерне наплавлення сталей дозволяє підвищити їх зносостійкість у 2…2,7 рази, знизити зношування спряжень “диск-колодка” у 2,12 рази завдяки підвищеній твердості наплавленого шару, його текстурування. Розроблено технологію відновлення відповідальних деталей до номінальних розмірів, як методом шлікерного, так і методом газопорошкового лазерного наплавлення, яке застосоване для широкої номенклатури деталей сільськогосподарської техніки. Проведені стендові та експлуатаційні випробування показали, що відновлення деталей лазерною наплавкою знижує зношування спряжень “кулачок розподільного вала-штовхач” двигуна СМД-60 у 1,92…2,11 рази в порівнянні з серійними деталями.
Вывод
1. Розроблено спосіб лазерної наплавки покриттів відновлюваних деталей з застосуванням самофлюсуючих порошкових сумішей на основі заліза. Він дозволяє отримувати бездефектні наплавлені шари з наперед заданими властивостями при низькій вартості порошкових матеріалів.
2. Встановлено аналітичні залежності, які дозволяють провести процес лазерного наплавлення, як за допомогою шлікерної обмазки так і методом газопорошкового лазерного наплавлення. Це дозволяє керувати процесом і шляхом розрахунків знаходити значення величин цих параметрів, які збігаються з експериментальними.
3. Експериментально підтверджено, що для здійснення процесу лазерного наплавлення на сталі 45, 40Х, ШХ15, чавун ВЧ-50 необхідне лазерне опромінювання qн = 6,7.1012 Вт/м2. Для наплавлення порошків ПГ-Н70Х17С4Р4 потрібна питома енергія наплавлення Е = 3,2.109 Дж/м2, для порошків ПГ-ФБХ6-2 Е = 5,5.109 Дж/м2. Найбільш оптимальною є порошкова суміш складу ПГ-ФБХ6-2(70%) ПГ-Н70Х17С4Р4 (25%) ПАД(5%), для наплавлення якої потрібна питома енергія Е = 4,5.109 Дж/м2. Мікротвердість поверхонь, які наплавлені порошковими сумішами становить 6000...8000 МПА. Введення алюмінію знижує наявність пор та тріщин. Зона наплавки має дрібнодисперсну структуру з включеннями карбідів та боридів.
4. Встановлено, що міцність зчеплення при лазерному наплавлені досягає 312 МПА, шорсткість наплавлених поверхонь складає Ra 80…120 мкм. Залишкові напруження в поверхневому шарі наплавлення складають 180...200 МПА.
5. Дослідженнями показано, що лазерне наплавлення сталей дозволяє підвищити їх зносостійкість у 2…2,7 рази, знизити зношування спряжень “диск-колодка” у 2,12 рази завдяки підвищеній твердості наплавленого шару, його текстурування. Контактна міцність покриттів з порошкової суміші оптимізованого складу знаходиться на рівні контактної міцності термообробленої сталі 45.
6. Розроблено технологію відновлення відповідальних деталей до номінальних розмірів, як методом шлікерного, так і методом газопорошкового лазерного наплавлення, яке застосоване для широкої номенклатури деталей сільськогосподарської техніки. Для реалізації технології лазерного наплавлення відновлюваних деталей розроблена спеціалізована оснастка.
7. Проведені стендові та експлуатаційні випробування показали, що відновлення деталей лазерною наплавкою знижує зношування спряжень “кулачок розподільного вала-штовхач” двигуна СМД-60 у 1,92…2,11 рази в порівнянні з серійними деталями.
8 Річний економічний ефект від запропонованої технології складає 538939 грн. при програмі відновлення 2100 шт. розподільних валів СМД-60 і 1300 шт. вторинних валів КЗП трактора Т-150.
Список опублікованих робіт, які висвітлюють основні положення дисертації
1. Мажейка О.Й., Сторожук М.В., Сидоренко С.В. Дослідження процесів зношування матеріалів пар тертя. // Проблеми підвищення надійності та довговічності машин. Зб. наук. праць - Кіровоград: КІСМ, 1996. - С. 26-28.
2. Мажейка О.Й., Сторожук М.В., Сопов П.Ю. Властивості шарів нанесених методом лазерної наплавки. // Проблеми підвищення надійності та довговічності машин. Зб. наук. праць - Кіровоград: КІСМ, 1996. - С. 65-67.
3. Сторожук М.В. Стендові випробування деталей, відновлених лазерною наплавкою. // Збірник наукових праць Кіровоградського інституту с/г машинобудування / техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. - Кіровоград: КІСМ, 1998. - Вип. 4. - С. 65-69.
4. Сторожук М.В. Суть та види обробки деталей лазерним променем. // Збірник наукових праць Кіровоградського інституту с/г машинобудування / техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. - Кіровоград: КІСМ. - 1998. - Вип. 4. - С. 69-72.
5. Мажейка О.Й., Сторожук М.В. Вибір аналітичних виразів для технологічних параметрів лазерної наплавки. // Придніпровський науковий вісник. - 1998. - № 108 (175). - С. 9-10.
6. Мажейка О.Й., Сторожук М.В. Технологія лазерної наплавки та зміцнення відновлюваних деталей: Методичний посібник. - Кіровоград: КІСМ. - 1998. - 16 с.
7. Мажейка А.И., Сторожук Н.В. Оценка возможности лазерной наплавки порошков. // Вісник Інженерної Академії України. - 1998. - № 3-4. - С. 89-91.
8. Мажейка А.И., Сторожук Н.В. Теоретический анализ процесса подачи порошковых смесей в зону лазерной наплавки. // Труды / Таврическая государственная агротехническая академия. - Мелитополь: ТГАГА, 1999. - Вип. 2, т. 7. - С. 59-65.
9. Власенко Н.В., Мажейка А.Й., Сторожук Н.В. Светолучевая обработка деталей дорожной техники // Тез. докл. регион. научно-практ. конф. “Проблемы разработки, производства и эксплуатации подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин”. - Кировоград: КИСМ. - 1994. - С. 45-46.
10. Мажейка О.Й., Сторожук М.В. Властивості порошкових покриттів нанесених методами лазерної наплавки. // Тез. 5 регіон. науков-практ. конф. “Проблеми розробки, виробництва, експлуатації та ремонту підйомно-транспортних, будівельних та дорожніх машин”. - Кіровоград: КІСМ. - 1997. - С. 27-28.