ХАРКІВСЬКИЙ національний
Автомобільно-дорожній УНІВЕРСИТЕТ
Хар’яков андрій васильович
УДК 669. 715. 621. 43
Підвищення довговічності деталей нанесенням зносостійких покриттів плазмово-порошковим методом
Спеціальність 05.02.01 – "Матеріалознавство "
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Харків – 2008
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Харківському національному технічному університеті сільськогогосподарства імені Петра Василенка Міністерства аграрної політики України
Науковий керівник:доктор технічних наук, професор Скобло Тамара Семенівна, Харківський національний технічний університет сільськогогосподарства імені Петра Василенка, кафедра "Ремонт тракторів,автомобілів і сільськогосподарських машин", професор.
Офіційні опоненти:доктор технічних наук, професорД’яченко Світлана Степанівна, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, кафедра “Технології машинобудування та ремонту машин”, професор;
кандидат фізико-математичних наук, доцент Аулін Віктор Васильович, Кіровоградський національний технічний університет, кафедра “Експлуатація та ремонт машин”, професор.
Захист відбудеться "20" березня 2008 року о "1200" годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.059.01 Харківського національного автомобільно-дорожнього університету заадресою: 61002, м. Харків-МСП, вул. Петровського, 25
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківського національногоавтомобільно-дорожнього університету за адресою: 61002, м. Харків-МСП,вул. Петровського, 25
Автореферат розісланий "12" лютого 2008 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради І.В. Кіяшко.
Загальна характеристика РОБОТИ
Актуальність теми. Умови експлуатації машин та устаткування висувають високі вимоги до якості, надійності та довговічності їхніх деталей, як в умовах виробництва так і при технічному обслуговуванні. У процесі зношування деталей рівень їхніх властивостей, як правило, знижується. Це пов'язане з тим, що зміцнена робоча поверхня в процесі експлуатації в умовах тертя піддається відпуску і має місце деякий спад твердості й зниження їх властивостей. Одночасно відбувається знос та накопичення й розвиток пошкоджень.
Для забезпечення необхідних споживчих властивостей деталей і стабільної роботи машин й устаткування необхідно мати високу якість робочого шару. Це можливо отримати шляхом вибору ефективних матеріалів, параметрів і технології обробки, які б не змінювали лінійних розмірів при обробці, не вимагали б наступного правлення, забезпечували стабільність структури й властивостей матеріалу деталі, а також необхідні умови експлуатації спряження.
До числа найбільш ефективних технологічних процесів зміцнення та відновлення деталей у першу чергу відносяться способи з використанням висококонцентрованих джерел енергії - лазерна, плазмова, електронопроменева та електроіскрова обробки, які не призводять до структурних змін та властивостей у підшарі. Крім того, застосування цих методів, завдяки локальному нагріванню поверхневого шару, не знижують втомної міцності відновлюваних деталей і забезпечують одержання необхідного по товщині покриття. У 90% деталей, особливо тих, що працюють у спряженні, величина зношування не перевищує 1,5мм.
Найбільш доступним, з погляду устаткування й вартості обробки, є плазмово-порошковий метод, що дозволяє зміцнювати, а також компенсувати зношений шар до 2,0 мм та не вимагає спеціального екологічного захисту. Цей метод особливо ефективний для деталей, які працюють в умовах знакозмінних навантажень, таких як колінчасті вали автотракторних двигунів і хрестовини карданних валів.
Нанесення покриттів цим методом може бути використане на різних машинобудівельних та ремонтних підприємствах, оскільки устаткування легко монтується на базі будь-якого механізму обертання металорізального верстата.
Тому напрямок робіт, пов'язаний із забезпеченням високої якості робочої поверхні деталей, підвищення їх довговічності є важливим і актуальним.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні матеріали дисертаційної роботи викладені у звітах з госпдоговірних науково-дослідних робіт “Розробка технології зміцнення та відновлення колінчастих валів плазмовим методом” та “Розробка технології забезпечення довговічності деталей машин плазмовим методом”. Напрямок виконаної роботи відповідає госпдоговірній та держбюджетній тематиці ХНТУСГ, що проводилась в період з 1997 по 2006р. Робота виконувалась згідно програм: “Стратегічні напрямки енерго- та ресурсозберігаючих технологій”, “Найважливіші проблеми АПК на період 1997 – 2010 р.р.”.
Мета і завдання досліджень. Метою роботи є підвищення довговічності відповідальних деталей шляхом розробки ефективного матеріалу і параметрів технології нанесення покриттів з використанням плазмово-порошкового методу.
Основними завданнями досліджень є:
- Розробка ефективної порошкової композиції для нанесення покриттів на шийки колінчастих валів і шипи хрестовин;
- Оцінка впливу хімічного складу покриття на властивості та експлуатаційні показники – зносостійкість та міцність зчеплення його з основою;
- Проведення теоретичної оцінки та експериментальних досліджень з вибору ефективних параметрів обробки, що забезпечують технологічність процесу та необхідні властивості деталей, які обумовлені нормативно технічною документацією;
- Промислові випробування і впровадження результатів розробок. Оцінка їх якості та економічної ефективності.
Об'єкт дослідження. Зміцнюючі зносостійкі покриття, що наносяться на деталі виготовлені із середньовуглецевих і низьколегованих сталей.
Предмет досліджень. Підвищення довговічності відповідальних деталей нанесенням зносостійких покриттів плазмово-порошковим методом.
Методика досліджень. Методологія досліджень включала проведення експериментальних оцінок по обґрунтовуванню матеріалу, що рекомендується, забезпечення міцності зчеплення покриття з деталлю, теоретичні оцінки температурного поля, яке формується при обробці.
При проведенні досліджень використані методи визначення механічних властивостей, структури, мікророзподілу компонентів покриття і перехідної зони, а також методи математичного моделювання з розробкою спеціальних комп'ютерних програм. При розробці нового матеріалу та оцінки впливу параметрів його обробки на властивості отриманого покриття використовували метод планування експерименту.
Для оцінки і підвищення міцності зчеплення покриття з основою проводили лабораторні і експлуатаційні випробування.
Практичне значення отриманих результатів. Для підвищення довговічності деталей, що працюють в умовах тертя та знакозмінних навантажень, запропоновані хімічні склади порошкових композицій, які забезпечують технічні вимоги на їх експлуатацію.
Порошкова композиція на основі Fe легована системою елементів Ni - Cr - Si – B – Mn – Мо – Cu, забезпечила підвищення довговічності деталей в 1,5 разів у порівнянні з виготовленими по існуючій технології (термообробленими по режиму: нормалізація з наступним поверхневим гартуванням та високим відпалом) деталями.
Запропоновано параметри і технологічні операції нанесення покриттів плазмово-порошковим методом. Вони забезпечують оптимальні властивості, а також мінімальне значення довжини перехідної зони і термічного впливу.
Розробки впроваджені на Шевченківському РТП, а споживачами відновлених деталей є Сумська, Полтавська, Харківська, Луганська і Чернігівська області України. Фактичний економічний ефект від впровадження розробок склав 279,093 тис. грн. на рік.
Наукова новизна отриманих результатів.
- Комплексними експериментальними дослідженнями встановлено вплив компонентів порошкових композицій (основа Fe), що включають систему елементів Ni - Cr - Si – B – Mn – Мо – Cu на структуру, фазовий склад і особливості формування зносостійких покриттів;
- Виявлено особливості структуроутворення при зміні параметрів обробки плазмово-порошковим методом. Показано, що зміцнююча фаза Ме23С6 містять від 40,0 до 44,0% Cr, 13,0 – 17,3% Mn та забезпечують стабільну роботу покриття;
- Розроблено математичну модель і програму розрахунку температурного поля при нанесенні покриттів плазмово-порошковим методом. Це дозволило одержати картину впливу тепловкладання на формування структури та розподіл температур по перерізу покриття і перехідної зони та регулювати їх.
Особистий внесок здобувача. Особистий внесок здобувача становить від 25 до 100 % обсягу опублікованих статей, звітів і тез доповідей. У публікаціях особистий внесок складався в проведенні експериментів з вибору ефективної порошкової композиції, що забезпечує необхідний комплекс фізико-механічних й експлуатаційних властивостей деталей, які зміцнюються.
Виконано математичне моделювання та експериментальні дослідження з визначення оптимальних параметрів обробки плазмово-порошковим методом.
Апробація результатів дисертації. Результати проведених досліджень доповідалися на щорічних (1997 - 2006 р.р.) науково-методичних конференціях ХНТУСГ, а також на: конференції “Високоефективні технології в машинобудуванні” (28 - 30 жовтня 1998р., Харків); міжнародних науково-практичних конференціях: "Напрямки розвитку технічного сервісу у ХХІ сторіччі" (ХДТУСГ м. Харків, 2000р.); "Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки" (ХДТУСГ, м. Харків, 2001р.); 8 -й та 13 – й міжнародних науково-технічних конференціях “Фізичні та комп'ютерні технології” (Харків: ХНПК “ФЭД”, 2003, 2007р.); міжнародних конференціях “Устаткування та технології термічної обробки металів і сплавів”. - ОТТОМ - 5 та ОТТОМ - 7, міжнародній науково-практичній конференції “Досвід, проблеми і перспективи розвитку технічного сервісу сільськогосподарської техніки" (Бєларусь, Мінськ, БГАТУ, 2006), міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми та перспективи розвитку механізації агропромислового виробництва” (Полтава, Полтавська державна аграрна академія, 2006).