Дослідження впливу конструкції, фізико-механічних характеристик та фазового складу покриттів, твердості основи на зносостійкість та довговічність зразків при терті ковзання і кочення. Оцінка ефективності технології зміцнення поверхні підшипників кочення.
Аннотация к работе
Їх зносостійкість і довговічність в багатьох випадках визначає працездатність і довговічність машин та обладнання в цілому. Питання впливу конструкції, фізико-механічних характеристик, структури та фазового складу покриттів на зносостійкість і довговічність підшипників кочення вивчені недостатньо, не розкрито механізм їх руйнування та не розроблено заходів щодо підвищення цих експлуатаційних параметрів. Вперше проведено комплексні теоретико-експериментальні дослідження впливу конструкції і властивостей покриттів на напружено-деформований стан та на процес зношування при терті кочення з проковзуванням, на основі яких розроблено рекомендації і нову технологію зміцнення поверхні для підвищення довговічності підшипників кочення. Дослідженнями встановлено, що: величиною напружень в контактній зоні при терті можна керувати за рахунок зміни конструкції і фізико-механічних характеристик покриттів; зносостійкість і довговічність підшипників кочення збільшується при збільшенні товщини та твердості (до певного оптимального значення) покриття, зменшенні градієнта твердості по товщині покриття, збільшенні твердості основи, наявності в покритті залишкових напружень стиску та легуючих елементів.В розділі описується вплив контактних напружень в зоні контакту та структурно-кінетичні закономірності мікропластичної деформації та зношування поверхневих шарів підшипників кочення без покриттів, розглянуто існуючі способи підвищення зносостійкості та довговічності підшипників кочення. На основі проведеного аналізу зроблено висновок про те, що недостатньо вивчено вплив покриттів, зокрема їх фізико-механічних характеристик та конструкції і твердості основи, на яку наноситься покриття, на напружено-деформований стан, зносостійкість і довговічність композиції «покриття-основа» при терті кочення з проковзуванням, що має місце в підшипниках кочення. 1) з різними фізико-механічними характеристиками (товщиною, модулем пружності, градієнта властивостей по глибині), різною конструкцією: покриття з поступовою зміною властивостей по глибині (варіанти 1-8), що моделювали дифузійні покриття; одношарові покриття різної товщини з різкою зміною властивостей на границі з основою, що моделювали покриття одержані методом осадження; покриття з нанесенням тонких низькомодульних шарів на поверхню і на певну глибину від поверхні високомодульного покриття (варіанти 4 і 5 табл. Їх величина залежить від товщини покриття hп, коефіцієнта дотичного навантаження ?, модуля пружності покриття Еп та його співвідношення Ке з модулем пружності основи і зростає зі збільшенням цих параметрів. Вплив характеристик покриття на НДС композиції «покриття-основа» зручно оцінювати за допомогою коефіцієнта К? (1), що дозволяє порівнювати ефективні напруження в досліджуваній точці з їх значенням в матеріалі без покриття при дії ідентичного навантаження.Зносостійкість і довговічність підшипників кочення залежать від конструкції, фізико-механічних характеристик, залишкових напружень, хімічного та фазового складу покриттів і при оптимальних значеннях цих показників для певних умов експлуатації досягають максимального значення. Нанесення зміцнюючих покриттів викликає перерозподіл контактних напружень між покриттям та основою, збільшуючи їх величини в покритті та зменшуючи в основі тим більше, чим більшими є товщина покриття та відношення модуля пружності покриття до модуля пружності основи; Зменшення еквівалентних контактних напружень в покритті досягається збільшенням товщини покриття та зменшенням градієнта властивостей по товщині.
План
Основний зміст дисертації
Вывод
Проведені дослідження показали, що покриття мають значний вплив на процес зношування підшипників кочення. Зносостійкість і довговічність підшипників кочення залежать від конструкції, фізико-механічних характеристик, залишкових напружень, хімічного та фазового складу покриттів і при оптимальних значеннях цих показників для певних умов експлуатації досягають максимального значення. Дослідженнями встановлено: 1. Нанесення зміцнюючих покриттів викликає перерозподіл контактних напружень між покриттям та основою, збільшуючи їх величини в покритті та зменшуючи в основі тим більше, чим більшими є товщина покриття та відношення модуля пружності покриття до модуля пружності основи;
2. Наявність дотичних навантажень в зоні контакту викликає збільшення дотичних напружень як на поверхні так і в глибині композиції «покриття-основа». Із збільшенням дотичних навантажень максимум дотичних напружень, що знаходяться на певній глибині, переміщується до поверхні та при значенні відношення дотичних навантажень до нормальних 0,5 - виходить на поверхню;
3. Зменшення еквівалентних контактних напружень в покритті досягається збільшенням товщини покриття та зменшенням градієнта властивостей по товщині. Нанесення на покриття тонких плівок меншого модуля пружності, ніж у покритті, приводить до зменшення еквівалентних напружень в покритті та підвищення довговічності конструкції при багатоцикловому навантаженні в процесі кочення;
4. В упорних підшипниках кочення відбувається проковзування кульок відносно кілець, величина якого прямо пропорційна коефіцієнту проковзування, коловій швидкості рухомого кільця в точці контакту з кулькою та часу руху підшипника. Максимальне значення коефіцієнта проковзування збільшується зі збільшенням навантаження на кульку та зменшенням радіусу кульки і спрямовуючого жолоба;
5. Фізико-механічні характеристики, фазовий склад і залишкові напруження стиску дифузійних покриттів, що наносяться методом іонного азотування та іонного оксіазотування, можна змінювати в широких межах за допомогою технологічних параметрів дифузійного насичення. Одержано математичні залежності товщини і мікротвердості азотованих шарів та інтенсивності їх зношування в мастилі І-20 при терті кочення і ковзання від технологічних параметрів дифузійного насичення при іонному азотуванні сталі ШХ15. Визначено оптимальні значення технологічних параметрів, що забезпечують найменшу інтенсивність зношування сталі ШХ15;
6. Фізико-механічні характеристики і фазовий склад покриттів мають великий вплив на інтенсивність зношування при терті ковзання, особливо в період припрацювання. Для дифузійних покриттів, одержаних методом іонного азотування, вона може відрізнятися в цей період на порядок залежно від властивостей покриття;
7. Основним видом зношування підшипників кочення в середовищі мастила є втомне зношування. Покриття на поверхні кочення не змінюють механізму її зношування, а лише впливають на протяжність стадій цього процесу;
8. Зносостійкість і довговічність підшипників кочення збільшується зі збільшенням товщини покриття та твердості його поверхні до певного оптимального значення, зменшенням градієнта твердості по товщині та збільшенням твердості основи;
9. Порівняльні дослідження зносостійкості зразків з різними покриттями при терті кочення з проковзуванням показали, що найменшу інтенсивність зношування і найбільшу довговічність мали зразки з дифузійними покриттями, одержані методом нітрогартування за оптимальним режимом. Інтенсивність зношування цих зразків із сталі ШХ15 є в 2,2 меншою, а довговічність майже в 2 рази більшою порівняно з гартованими зразками;
10. Для збільшення довговічності підшипників кочення рекомендується нанесення дифузійних покриттів максимальної товщини з оптимальною мікротвердістю поверхні (7600-7800 МПА для нітридних покриттів) і мінімальним градієнтом твердості по глибині на основу максимальної твердості. Такою технологією, що забезпечує зазначені рекомендації, є запропонована технологія нітрогартування.
Список опублікованих праць здобувачем за темою дисертації
1. Каплун П.В. Дослідження напружено-деформованого стану пластини з покриттями при контактному навантаженні // » Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах», - 1999, - №4. - С. 179-182.
2. Каплун П.В. Влияние характеристик покрытий на величину и характер распределения касательных напряжений при контактном нагружении // Зб. наук. праць. За результатами VII наук.-техн. конф. «Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах». - Хмельницький, - 2000, - С. 246-251.
3. Каплун П.В., Люховець В.В., Глущак Г.С. Дослідження трибологічних характеристик та довговічності конструктивних елементів з дифузійними і комбінованими покриттями. // Вісник Технологічного університету Поділля: ТУП, - Хмельницький, - 2000. - Ч. 1. - №5. - С. 85-87.
4. Каплун П.В. Донченко О.А. Вплив технології азотування на механіку руйнування, міцність і довговічність конструкційних елементів // Вісник Технологічного університету Поділля: ТУП, - Хмельницький, - 2000. - Ч. 2. - №3. - С. 33-35.
5. Каплун П.В., Кіницький Я.Т., Кузьменко А.Г. Швидкість проковзування кульок в упорних підшипниках кочення // Вісник Технологічного університету Поділля: ТУП, - Хмельницький, - 2001. - №1. - С. 110-115.
6. Каплун П.В. Кинетика износа сталей с диффузионными покрытиями при контактном циклическом нагружении // «Проблемы трибологии», - Хмельницкий, - 2001, - №1. С. 199-204.
7. Каплун П.В., Паршенко А.В. Дослідження спрацювання і довговічності підшипників кочення і зміцнювальними покриттями. // Машинознавство. - Львів. - 2001. - №6. - С. 50-52.
8. Каплун П.В., Паршенко А.В., Кухар В.І. Вплив покриттів на процеси зношування при циклічному контактному навантаженні // Вісник Технологічного університету Поділля. - Хмельницький: ТУП - 2001, - Ч. 1. - №3. - С. 12-16.
9. Каплун П.В. Вплив покриттів на зносостійкість і довговічність підшипників кочення // Проблеми трибології (Problems of Tribology). - Хмельницький. - 2003. - №4. - С. 131-140.
10. Патент UA 33099A B29C47/00. Вузол екструдування та спосіб підвищення його довговічності / В.Г. Каплун, П.В. Каплун, М.О. Мазур, В.С. Павлов/. -28116001. Заявл. 12.11.1998. Опубл. 15.02.2001. Бюл. №1.