автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Диффузионная металлизация при восставновлении деталей из медных сплавов на примере втулок верхней головки шатунов дизелей в условиях ремонтных предприятий АПК

$ 4 í) 9 9 ft

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДНОГО КРАСНОГО ЗНАшьИИ ИНСТИТУТ ИНЗЫШШВ . СЕ Л ЬС КОХ ОЗЯ ЗСТЕЕ ШСГО ПРОИЗВОДСТВА и из ни В.П.ГОРЯЧКИНА

На правах рукописи

ДДОЛАБОВ ЮСУП ШАРШИЕВЙЧ

УДК 631.3.02.004.67:621.733.6:669.3

дшузшшая мьталлизащя при восслновлеши

лйтальй из мшых сплавов на пшшре втулок №еш,1 головки натунов желкй В условиях. ш,шншл пнщшнш апк

Специальность 05.20.СЗ - Эксплуатация, восстановление п рашнг сельскохозяйственной техники

А в г о р в ф g р а т диссвшации на соискание учвиой стапеки кандидата тьхничосних naya

Москва - ЗЭ90

.* . \ ••/ • s

Работа выполнена на. кафедра ранонта и надежности кашин Московского ордена Трудового Красного Знамени института инка не -. ров сельскохозяйственного производства ицени В.II. Горячки на.

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор АЧКДСОВ К.А.

Официальные ошюненты:доктор технических наук,.

профессор Е.Л.ВОЛОВИК,

кандидат технических наук в. а. ось нин

Ведущее предприятия - Кабардино-Балкарский областной АПК

Защита состоится CtyCrficbfb-t' 1990 г. в часов

на заседании специализированного сдлета К 120.12.03 при Московском ордена Трудового Красного. Знамени института инженеров сельскохозяйственного производства имени В .И .Горячки на.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах» заверенных печатью, просим направлять iio, адресу: 127550, Москва, .11-550, ул.Тимирязевская, 58, MilHGII, Ученый Совет.

С диссертацией ыо;кно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "/f1 990 г.

Ученый секретарь специализированного совета / ✓ * к.з.н.,доиент s'-fu;

В.И.Осинов

,.;•;:• -.' ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

■ - Актуальность теми. В Основных направлениях экономического ! '¡гсоциального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до утвврадешшх ХХЛ1 съездом Ш1СС, среди многих задач ~ ЩнЗТшАштривается дальнейшее развитие специализации реионтно-обслунивающей базы агропромышленного комплекса, а такне совер-иенствование технологии, улучшение организации и повышенна качества ремонта машин. В пастояцее врэия низкие качаемо, уровень эксплуатации и ремонта, обусловливают высокие трудозатраты и значительный расход запасных частей.

Одшш из ответствзнпкх элементов, лимлиируювдх ресурс и на-денность дизелей, является сопряжение "потанезой палец - втулка -верхней головни шатуна". Бронзовое, втулки верхней головки шатунов и другие подшипниковые втулки из мздных сплавов при постановке двигателей на капитальный ремонт выпрессовываются и оставляются в утиль, несмотря на известные способы их восстановления. При этой максимальный износ втулок по внутреннему диаметру из превышает 0,11 мм. Я результате этого трибуется ооаьасе количество запасных частей, выпуском котопых занято в настояцев время до 50$ производственных мощностей заводоч1зготовителей.

Повышенная потребность в восстановлении и низкий ресурс оронзовых подшипников их втулок объясняется, во-первых, недостаточной'износостойкостью сопряженных поверхностей втулки и порине-вого пальца и, во-вторых, отсутствием соответствующей технологи::, позволяющей комплексно восстанавливать изношенные втулки с одновременным упрочнением восстанавливаемых поверхностей.

Приведенный в диссертации анализ показа", что существующие спосооы восстановления, в силу присущих им недостатков, не вполне отвечай; предъявляемым к ним требованиям.

Одним из наиболее перспективных способов, в этом плане,' является технологический процесс диффузионной ыэталлизацйи в по-пешках, реализация которого, наряду с восстановлением 100$! ремонтного фонда изношенных бронзовых подшшпикових втулок, предполагает наиболее полное использование ресурсов' ремонтных предприятий за счет применения вторзчпого металла выбрзкованных дата-лей. Способ диффузионной металлизации позволяем получить на пх поьерхностнх покрытия, обладающие внеоной износостойкостью.

Актуальность таны диссертации нашла отракопав в рэезниях-партии я правительства, направленных на распираний производства

и восстановление деталей машин с упрочняющими покрытиями, в совместном приказе Госагропрома СССР, иинтракторсельхозмаша, Минвдвиааа за № 530-321-301 от 22.09.86 "0 фирменном решите и предпродажном сервисе сельскохозяйственной техники в системе Госагропрома СССР".

Цель работы. Исследование, разработка и внедрение в ремонтное производство технологического процесса восстановления и упрочнения подшипниковых втулок из медных сплавов газофазным диффузионный тшанировакиец б порошках.

Объект исследования. Втулки верхней головки шМунов дизелей СМД-14, СМД-60 и их модификаций, А-ОЕ-1, А-Л1.

Общая методика исследований включает изучение неисправностей, видов и характера износа втулок верхней головки шатунов двигаталой статистическими методами, с обработкой Полученной информации на ЭВМ; анализ оуществувщих способов их постановления и обоснование предлагаемого способа восстановления и упрочнения деталей из медных сплавов; теоретические предпосылки к восстановлению и упрочнению деталей из медных сплавов диффузионным тита-нированием; разработка нового порошкового состава для диффузион- • ного титанирования; исследование И выбор реаимов диффузионного титанирования в порошках методом математического планирования эксперимента, с обработкой полученных данных на йН»1; исследова- . ние физико-механических, технологических к эксплуатационных свойств восстановленных деталей, исследование восстановленных втулок на машине трения СМЦ-2 и в эксплуатационных условиях; разработка технологического процесса восстановления и его технико-экономическая оценка.

Научная новизна. Для восстановления й упрочнения подшипниковых втулок из медных сплавов применен И 'исследован новыл способ газофазного диффузионного титанирования в порошках. Выявлены .закономерности изменения приращения-ли'йеиных размеров и толщины диффузионного слоя от температуры и прЬдолкителЪности процесса. Предложены уравнения и номограммы длй определения режимов диффузионной металлизации. Разработан новый состав порошковой смеси, обеспечивающей высокое качество покрытия (заявка X <1<Л40-1ЬД полоз.решение ). Доказана возможность

восстаноглвния и упрочнения подсшпниковых втулок Из медных сплавов диффузионным титанироьанием.в порошках.

Практическая ценность работы. Разработан новый технологический процесс восстановления втулок верхней головка аатунов газо-

•фазный диффузионный титанированиеи в порошках, позволяющий вос-станавлиьать практически весь объем рзмфонда изношенных деталей, с одновременный повышением их износостойкости.

Реализация результатов исследований. Разработанный технологический процесс восстановления и упрочнения подшипниковых втулок из медных сплавов принят к внедрении Тааяентскиы опытный ре-монтно-механичесшш заводом (ТОРМЗ) при восстановлении втулок верхней головки шатунов двигателей А-ОШ и А-41.

Апробация работы. Основные результаты исследований долояенн, обсунцены и одобрены на:

- научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов Московского ордена Трудового Красного Знамени института инженеров сельскохозяйственного производства ицени ВЛ.Горячкина-в 1939-ТЭ9и годы;

- Московской городской конференции молодых ученых и специалистов "Актуальные проблемы.ремонта и эксплуатации сельскохозяйственной техники" 22-23 ноября В88 года;

- всесоюзной координационном совещании вузовской науки по вопросам использования, надежности и ремонта машин, электронизации процессов и технических средств в сельскохозяйственном 'производстве (26 -29 сентября В89 г., г.Ашхабад);

- областной .научно-технической конференции "Методу и средства-повышения надежности машиностроительных изделий" (25-26 декабря 1989 г., Саранск, борцовская АССР.);

- заседании кафедры ремонта и надежности машин ы1!КСГ1 имени Б.П.Горячкина в марте 199и года.

Публикации. Основные положения диссертации изложены в сечи статьях и получено одно положительное решение на изобретение.

Структура и.ооввц работы. Диссертация состоит из введения, пятя глав, общих выводов, списка использованных источников м приложении. Работа изложена, на 13& страницах машинописного текста, содержит 76 рисунка, \1 таблиц, библиографию из т наименований и о приложений.

СОДШАНШ. РАБОТЫ I. Состояние вопроса и задачи исследования

На основе анализа литературных источников и статистической обработки износяой информации установлено, от мзясииальянЯ износ выбраваьаткх бронзовых поишрпнияовнх втуяок горхиов голо?кя

шатунов двигателей А-01-Ы, А-41, ащ-14, СМД-60 и их модификаций па превыпает 0,11 мы. При выпрессовке втулок верхней головки шатунов, кроме того, теряется натяг по наруккому диаметру до 0,07 ш. Позтшу, ремонтные воздействия необходимы и по кап по внутреннему, так и наружному диаметрам.

В настоящее время самым распространенным спосооом, при восстановлении втулок верхней головни шатунов, является замена изношенной втулки новой. Высокая стойкость изготовления втулки и перерасход цветного металла при ее изготовлении делают этот способ крайне на экономичным.

Анализ существующих спосооов восстановления показал, что-они не нами широкого применения или. ¡¡и воооще не применяются. Это объясняется ток, что к бронзовым подшипниковым втулкам предъявляется такой комплекс требований, удовлетворение которым этими спосооами невозможно или нецйлесоооразно с экономической точки зрения.

Разработке современных и перспективных спосооов восстановления бронзовых подшипниковых втулок посвящены работы К.Т.Королько-ва, Н.Г.Вавилонской, А.Г.Кудровой, К.Д.Соколова, Б.Н.Орлова-и других ученых, ибзор методов восстановления совместно с анализом износ'ной информации показал преимущества диффузионной металлизации, заключающейся в возыокности восстанавливать и одновременно упрочнять бронзовые подшипниковые втулки любой конфигурации.

Исходя из изломанного, в настоящей работе поставлены следу-ющ"е задачи:

- теоретически исследовать механизм образования покрытий из форротитана и цинка на бронзовых и латунных подшипниках скольке-ния и оценить возможности диффузионного титанирования для их восстановления и упрочнения;

- выбрать и обосновать рэяимы газофазного диффузионного ти-танировавия в порошках;

- последовать влияние состава смеси и режимов газофазного диффузионного титанирования в порошках на изменение линейных ра^ меров деталей при их восстановлении;

- исследовать физико-механические, эксплуатационные и другие свойства титанового покрытия;

- исследовать надежность'и работоспособность восстановленных ттанироьанлви бронзовых подшипников сколько ння;

- рааработать технологический процесс восстановления под-

шипниковых втулок из медных сплавов газофазный диффузионным титанированиеы в порошках;

- дать технико-экономическую оценку способа восстановления и разработать рекомендаций производству.

2. Теоретические предпосылки к восстановлению я упрочнению подшипниковые втулок из медных сплавов диффузионным титанированием

Для того, чтобы в полной маре использовать эффект изменения линейных размеров деталей при диффузионной металлизации, необходимо рассмотреть механизм образования диффузионного слоя.

Для получения нового состава поверхностных слоев диффузионной металлизацией, т.е. гетеродиффузии насыщающего металла в поверхностный обвей насыщаемого необходимо протекание следующих основных процессов:

- активация поверхности, очищение ее от диффузионных пЯе-нок, препятствующих химической адсорбции и диффузии насыщающего злеиента. Ыо достигается их восстановлением, растворением непосредственно основной окружающей средой или активаторами, вводимыми в нее. В процессе активации могут принимать участие также компоненты насыщаемого металла и .насыщающий элемент;

- химическая адсорбция атомов насыщающего металла на поверхности изделия. Она протекает в результате стремления к понИке-нию поверхностной энергии, разницы в химических межфазных потенциалах насыщающего элемента и могвт выражаться реакциями восстановления молекулярных соединение, содержащих насыщающий элемент

с атомами поверхности, твердофазным взаимодействием и др.;

- гетэродиффузия на границе адсорбированный насыщающий металл - поверхность изделия. Она мокет иметь одно- или взаимно-напра-леиний характер диффузии компонентов покрываемого металла и адсорбированных атомов. Обусловливающими факторами являются разница в иеафазных потенциалах, возможность взаиморастлоримос-ти, температурные условия, обеспечивающие возможность тепловой подвижности атомов. Характер направленности определяется раз1.о-, им химических потенциалов и кинетическим параметром, соотношением парциальных коэффициентов диффузии насыщающего металла и компонента изделия.

Кроме того, необходимо выполнение следующих основных уело- '

вий:

- при получении покрытий., ¡состоящих лз тверцых растворов, атомный диаметр насыщающего элемента не должен превышать атомный диаметр насыщаемого метал да более •чем на 15-16$;

- принадлекность диффувдируеиого элемента и металла - растворителя к одной и той аш груше периодической системы Д.И.Менделеева или к смавным родственным группам.

Выбранные для диффузионного насыщения деталей из медных сплавов ферротитан и цинк .отвечают вышеперечисленным условиям.

основной ¡механизм диффузионных процессов в твердой фазе при диффузионной (металлизации - вакансионный. На рис.1 показана схема диффузионное® (процесса насыщения из-твердой фазы.

Характерной чертой •воех «твердофазных реакций яв-ляется локализация -реакционной зоны -на границе раздела фаз и наличие по меньшей ■мере двух обязательных стадий: диффузионной и химической.

В процессе насыщения, в общем случав., происходит взаимная диффузия элементов А и Б и образуется диффузионная -зона, состоящая из непрерывного ряда твердых растворов на протяжении толщины покрытия. Характер роста диффузионной зоны зависит от соотношения скоростей диффузии элементов, т.е. парциальных коэффициентов диффузии Т)к и Х)б Если 1)б>Т)к , получается беспористое покрытие, размер образца увеличиьает-ся. Достигаемое при этом перемещение границы образца названо в диссертации положительным направлением.

Образование покрытий, состоящих из хи^пческих сое-

Рис.1.Схема диффузионного процесса насыщения из твердой фазы:

А - подлохка; Б - посоаковая смесь; I - активная зона; 2 -.диффузионный слой;

Я«« - скорость диффузионного потока; - скорость потока адсорбции; С - концентрация элемента наснцзния; С- - глубина насыаения.

динениН ТсСц ДйСиъ .Т'ьРеа и других, ооусловливается реакционной диффузией. Механизм роста таких покрытий характеризуется твм, что новые фазы на поверхности изделия возникают только после того, как концентрация элемента насыщения превышает предел его растворимости в исходной растворе. Если покрытие многослойное, под последним фазовым слоем в глубине материала подложки находится твердый раствор, а на границе ыевд фазами существует скачок концентрации насыщаемого элемента.

Опираясь на теория диффузии Н.Г.Вавиловский, В.З.Сергеев пилучил математическую зависимость, характеризующую приращение линейных размеров стальных деталей при их диффузионном насыщении, а именно и , г-1 .

а= -4-слД мкд,

^(тнфС^СаХСгй);

■]* - коэффициент, зависящий от разности концентраций насыщающих элементов;

11,11. - стехиометрические коэффициенты;

К - константа, выражающая удельную скорость течения реакции замещения, т3/о;

С^Сг- концентрации диффундирующих элементов па поверхности ( образца, т/им3;

С, - концентрация диффундирую № элементов в приповерхностной твердой фазе, отвечающая ее равновесию с данной газовой срадой, г/мм3;

парциальнме коэффициенты диффузии элементов, под действием собственных градиентов концентрации, ш^/с;

1^12^)21- перекрестные коэффициенты диффузии элементов, под действием градиента концентрации другого,' мм /с.

Рассмотрен*: я зависимость используется длт исследования процесса диффузионного насыщения деталей из медных сплавов. Для этого в нее вводятся экспериментальные значения парциальных

ад

22 и перекрестных

коэффициентов диффузии-соот-

ветствующих элементов.

Б процессе диффузионного насыщения деталей из медных сплавов происходит изменение линейных размеров - уменьшение диаметра отверстий и увеличение диаметра валов. Ь работа показано, что толщина наращиваемого слоя на внутренний диаметр втулки равна

й = i+ мм •, (г)

где • Ь- износ втулки по внутреннему диаметру, ым;

- припуск на механическую обработку, мм;

уменьшение внутреннего диаметра втулки при ее запрессовка в верхнюю головку шатуна, мм.

Толщина наращиваемого слоя на наружный диаметр втулки равна

§г= (3)

где I - износ втулки по внешнему диаметру, мм;

- припуск на механическую.обработку, мм.

3. Программа и методика экспериментальных исследований

Для газофазного диффузионного титанирования в порошках применялась электропечь сопротивления периодического действия СН0-4.8.2,5/13-И1 с автоматическим регулированием температуры (*1СРС) и в вакуумной электропечи сопротивления СНВ-1.3.1/16-ИI, позволяющей проводить процессы в инертном газе при давлении не более 0,12 Ша. Исследуемые образцы вырезали непосредственно из выбракованных бронзовых подшипниковых втулок и латунных прутков, которые упаковывались в контейнеры с плавким затвором. В качестве насыщающих элементов применяли ферротитан марок ФТ и 65 и ФТ и 30 (ГОСТ 4761-80) с грануляцией 0,2-0,4 мм; хлористый цинк (2пС£а) ГОСТ 4529-78; фтористый кальций (СаРа.) ГОСТ 7167-77; порошковый цинк ПЦ-4 (ГОСТ 12601-76) и оксид алюминия Ш2.О5 ) ГОСТ 8136-76 или ТУ-6-09-426-75.

Выбор состава порошковой смеси проводили серией экспериментальных исследований, варьированием компонентов в различном процентном соотношении.

Выбор ракиыов диффузионного насыщения осуществляли с'прице-нениец теории математического планирования эксперимента.

Контроль качества покрытий включал в себя: визуальный осмотр, проверну общей толщины диффузионного слон и изменение ли-

нейных размеров, проварку поверхностной твердости, проверну плотности внешней зоны диффузионного слоя на образцах' и детрпях.

Замеры общей толщины диффузионного слоя, изменение линейных размеров и твердость по глубине диффузионного слоя проводили с помощью оптической системы приоора ПМТ-ЗМ.

Для измерения диаметра деталей до и после диффузионной металлизации применяли индикаторный нутромер повышенной точности модели 109 с ценой делания 0,001.им; микрометры МК25, МК50 и МК75 с точность!) измерения 0,003-0,004 им;

Для определения сплоаности внешней зоны диффузионного слоя использовали трави те ли, содержащие 5 г FeCi-ъ , 30 мл KCl, 100 мл й20 или 5% раствор азотной кислоты.

Металлогпафические исследования пронодили на микроилифах • с помощью микротвврдомера ПМТ-ЗМ и металлографического микроскопа МИМ-8.

Твердость замерялась на-твердомера ТКС-ik по ГОСТ 22975-78 при нагрузке 147 Н, а микротвардость - на микротвардомера ПМТ-ЗМ по ГОСТ 9450-76 при нагрузка 0,98 Н.

Полный качественный спектральный анализ проводили на спектрографе фирмы "Хильгер".

Шероховатость поверхности оценивали в соответствии с ЛЭСТ 2789-73 на профилографе-профилометре модели 252 завода "Калибр".

Сравнительную оценку износостойкости сопряжений проводили на машине трения СМЦ-2 по схеме "диск-колодка". Износ определяли весовым методом по потере массы диска и колодки,'взвешиванием на аналитических весах ВЛА-200 о точностью до 0,0001 т (ГОСТ 19491-74).

Ускоренные стендовые испытания проводили на обкаючно-тор-мозном стенда КИ 5540 по РТМ 70.0001.078-82.

Эксплуатационные испытания двигателей с восстановленными втулками верхней головки шатунов проводили в хозяйствах Кабардино-Балкарской АССР.

Полученная информация обрабагыэалась методами теории вероятности и математической статистики с использованием ЭШ "Электроника ДЗ-38".

Экономическая эффективность предлагаемых мероприятий рассчитывалась по методике АН СССР, в соответствии с рекомендациями ка-*едры "Экономики и организации сельскохозяйственного произьодст-за НИИ СП имени В.П.Горячки не ".

4. Результаты экспериментальных исследований

Экспериментальными исследованиями установлено, что необходимое приращенио линейных размеров деталей достигается в насыщающей смеси состава: РеТ(. + 2гм + 7% ЪпЫо. * + КЕг.0з с грануляцией порошка 0,2..-.6',^ мы при рабочей ¡температуре 650-700°С и времени' выдержки- £-2' часа. Пра ыом приращение линейных размеров де-Тала» сосФавит 0,4-0,6 ш, что достаточно для восстановления 100$ рвмфо-нда изношенных деталей.

Изменение линейных размеров де:]!ало-й из бронзы Бр 05Ц6С5 происходит наиболее интенсивно в пе-рвые 3 часа процесса насыщения (рис.2,). Увеличение линейных размеров деталей из бронзы Ьр 05Ц5С5 в зависимости от тегпературы процесса носит параболический характер (рис.3). В диссертации исследовано влияние режимов насыщения на детали из бронзы Бр.05Ц5С5 и Бр.ОЦЮ-2; лату-ней Л63 и ЛС59-1.

Показано, что при температурах насыщения менее 650°С замедляется скорость'приращения линейных размеров, а при температурах свыше 750°С и выдержи более 3 часов - резко уменьшается толщина

. исходного состава подложки тонкостенных подшипниковых втулок за счет увеличения общей глубины диффузионного слоя. Это кокет привести к потере несущей способности под-иипниковой втулки. При этом детали могут насквозь протк каш рожаться и 0х-' рунчигаться. Установлено, что применение в качестве активатора хлористого цинка в сочетании с фтористым кальцием, обес-печиьает увеличение линейных размеров деталей из медных сплавов в несколько раз больнее, чем с хлористым аммонием, фготщсным натрием или фтористый кальцием нр раздельном их при-'

- 10 -

12.0

и,о

!од

с!

м. ПРИРАЩЕНИЯ --ЮАЩИНА СЮЙ

3'

У /

!Г7з. с.-——————

0

\

Продолжительность нлсыш,Ения,

Ч

Рис.2.Б.1И(»ни(? продолжительности С ^См ) диффузионного насыщения на изменение линейных размеров и общую глубину диффузионного слоя дет а лай из бронзы Бр .0511505 при теипвййтуре,0С: I - 65Ц°С: г - 70000; 3 - 75003.

Темперашура насыщения, °с

Рис.З.Влияние температуры процасса насыщения на изменение линейных размеров деталей: I - Бр.01ЦО-2: 2 - Бп.05Ц5С5 3 - Л53; 4 - ЛС5Э-1 [ = Зч)

на прироста линейных размеров.

Рис Л.Диаграмм а приращения линии-ных размеров деталей из

бронзы Ьр;и5Ц5<35.

- -

менении.

В диссертации представлены диаграммы, характеризующие изменение толщины диффузионного слоя и приращения линейных размеров исследуемых деталей из медных сплавов от температуры и продолжительности процесса (рис.4;.

Оптимизация реаимов диффузионного цианирования проводилась о использованием математических методов планирования эксперимента. Для реализации матрицы планирования был выбран оптимальный композиционный план типа В качестве параметра оптимизации принята брдичи-

Уравнания математических моделей, описывающие влияние исследуемых факторов на, параметр оптимизации, имеют вид: . I) У=0,Э56+0,359X^0,24X2+

+0,063Х1Х2-0',Ю9Х£ -

- для бронзы Бр.05Ц5С5;. 2.) У= 1,14^+0,346X^0,29ХХ2+

+0,055Х'1Хг+0,1Х^ -

- для бронзы ,Бр<0Ц10-г.; Ъ) У=1,180+0,353Х,Г+0.1;192Х2+

+0,08X^2-0,-

- длп .дагуна Л 63;

4) У='1,:Ш+0,272ХГ+0,К5Х2+

,+0,58X^2-0,258X1 -

-0,058х| -

- для гвагунм лС5Э-1.

Анализ полученных уравнений регрессии позволил выбрать оптимальные режимы насыщения: температура насыщения - 650°С при времени выдержки 2 часа; температура насыщения 700°С при .времени ввдеркки I час. При данных режимах насыщения получаются приращения линейных размеров деталей, достаточные для восстановления 10056 ре и.фонда.

Ыикротвердосгь диффузионного слоя, полученного на деталях слоя, полученного на деталях после диффузионного титанирования в порошках, превышает более чем в два раза микротвердость серийных дегчлей (рис.5). Микроавердость диффузионного слоя снижается по глубине, достигая минимального знавания в основном металле. О повышением температуры насыцгния микротвердобть диффузионного слоя несколько снижается. Однако, по всей глубина диффузионного слоя имеются включения твердых растворов,'насыщающих компонентов смеси, имеющие мияротвердость до В500 Ша и более.

Экспериментальные исследования показали, что твердость деталей из медных сплавов изменяется от ^5-47 единиц на серийных деталях и до 52-58 единицы по иКМ\5 на титанированных деталях.

Проведенные металлографические исследования показали, что формирование диффузионного покрытия происходит вследствие диффузии компонентов насыщающей смеси в материал изделия. Металлографические исследования показали, что толщина диффузионного слоя в два раза больше величины приращения линейных размеров. При . полном качественном спектральном анализе обнаружено наличие в диффузионном слов таких элементов как Т1 1 Яе , , Си »и,

» Мо » «V/ • Рентгеноструктурный анализ показал наличие в диффузионной слое таких фаз как ЛсСи »ИСц^ИРег. и других.

Исследования износостойкости по описанной выше методике показали, что износ опытных образцов в 1,5...2 раза меньше по сравнению с серийными (рис.6,).

Повышение износостойкости восстановленных образцов мокно объяснить увеличением их поверхностной твердости после диффузионной металлизации, приводящей к образованию многокомпонентного покрытия, состоящего из рзличных фаз химических соединений.

Исследования ыаслоемкости показали, что соответствующий показатель опитых образцов до 1,5 раза больше, чем у серийных. Ьто объясняется тем, что получанное многокомпонентное покрытие является

н,„

МП." зооо

2500

2000

1500

1000

500

О

тг — ) - — -

__ * уг Л

— — —

- —-• —

— — ;

103 200 ЗОО 400 500 600 700 ЗОЯ Расстояние от поверхности покргтия. мгм

Рис. 5.Изменении поверхностной твердости по глубина диффузионного слоя бронзовых втулок: I - БП.ОЦ10-2: 2 - подложка Бр.ОШО-2; 3 - Бр.05Ц5С5; 4 - подлой а Ьр.05'+5С5

.пористым. Частицы пасла, задеряиьающиэся в микропорах покрытии, способствуют снижению коэффициента троиип в сопряженной паре, увеличивая том самым износостойкость опытных образцов.

На повышение износостойкости полученного покрытия сказывается, очевидно, и присутствие в приповерхностном слое покрытия мзди, которая способствует повышению триболо-гичоских характеристик сопря-ко ни я.

Механическая обработка деталей с диффузионными покрытия™ из фарротитана и цинка производится на оборудовании и режимах-серийного про-

изводства, оез увеличения трудоемкости.

s

бр 05 l1.5c5

серийные

опытные

Эксплуатационные испытания двигателей с мулками, восстановленными диффузионной металлизацией, показали их высокую надея-тгасть. Отказов двигателей в эксплуатации но вина установленных втулок не наблида-лось.

Рис.6.Сравнительный износ серийных и опытных образцов диска из стали ' 12ХНЗА и колодки из бпонэы Ьп.и5Ц5С5.

5. Внедрение результатов исследовании и их экономическая эффективность

Разработанный технологический процесс восстановления и }про-• чнения подшипниковых втулок из медных сплавов газофазным диффузионным титанированием в порошах позволяет восстанавливать изношенные детали в полной объеме с одновременным упрочнением. Результаты исследователей приняты к внедрению Ташкентским опытные ремонтно-ыеханическим заводок (ТОЕ.'З).

Сравнительный экономический эффект от внедрения нового технолог чаевого процесса, по сравнению с заменой втулки на новую, за расчетный период (1990...1936 гг.; провисит 200 тыс.рублей.

ВЫВОДЫ И Р^КШЕЛДАШи!

1. Анализ износов шатунно-поршнавой группы показал, что сопряжение "поршневой палец - втулка верхней головки шатуна" является лимитирующим. Все втулки верхней головки шатунов посла их выпрессовки из шатунов подлежат восстановлению по обеим поверхностны сопряжения.

2. В результате микроматралшх измерений изношенных втулок верхней головки шатунов установлено, что наибольший износ втулок двигателей СМД-14 и ого модификаций равна 0,11 им; двигателей д-0Б,1, А-41, СМД-би и ого модификаций - 0,10 мм. Максимальная овальность г. конусность составляй!1, соотзетствошю 0,07 и 0,04 мм,

3. Анализ существующих способов восстановления втулок верхней голоьки шатунов показал, что они, в силу присущих им недос-

. татков, но вполне отвечают предъявляемым « ним требованиям.

4. Наиболее перешжтивным способом восстановления является диффузионная металлизация, позволяющая восстанавливать линойныо размеры изношенных втулок с одновременным упрочившем восстанавливаемых поверхностей.

5. Разработан состав порошковой смеси для диффузионной металлизации, позволяющий целенаправленно изменять фазовый и химический составы диффузионных слоев, линейные размеры и свойства восстанавливаемых деталей из медных сплавов .... ...■..•..

6. С помощью теории математического планирования эксперимента получены модели, выпекающие зависимость изменения линейных размеров деталей ий бронзы марок Бр.05Ц5С5 и Бр.0Щ0-2, а таккэ

- 14 -

латуней марок ЛбЗ и ЛС59-1, от режимов насыщения порошковой смесью следующего состава: ферротитан - ЦО%, порошковый цинк -2%, фтористый кальцин - хлористый цинк - 7"' и оксид алюминия - Ц-4%.

7. Установлено, что оптимальными режимами насыщения являются: рабочая температура - 650°С и 70СРС; продолжительность насыщения - 2 и I час.соответственно.

8. Диффузионное насыщение ферротитаном и цинком подшипниковых втулок из медных сплавов, на рабочих режимах, обеспечивает необходимые степень упрочнения и изменение линейных яазмеров деталей до I мм на сторону с восстановлением 100$ реы.фонда.

9. Исследования структурообразования и физико-механических свойств деталей после диффузионного насыщения ферротитаном и цинком показали возможность повышения поверхностной твердости

в 1,5...2 раза.

10. На основании результатов металлографического, рентгепо-структурного и полного качественного спектрального анализов установлено, что при диффузионном насыщении деталей из медных сплавов ферротитаном и цй'якои образуется комплексное покрытие, состоящее изТ1 , , 51 , Си , Ъп , КЕ. , Мо и \л/ , основной упрочняющей фазой которого является ТсСи I ТиСиь И

ИРСа. .

11. Износостойкость диффузионно-насыщенного поверхностного слоя восстановленных втулок не уступает износостойкости серийных втулок верхней головки шатунов.

12. Механическая обработка восстановленных втулок, имеющих поверхностную твердость 2о00...ЬЬОО Ша, производится на серийном оборудований и инструменте.

13. Н'а основании результатов проведенных исследований раз-пабот'ана технология восстановления и упрочнения ^одшшниковых втуло'к из медных сплавов, которая принята к внедрении Ташкентским опытным рвмонтно-механическим заводом.

й. Сравнительный экономический эффект от внедрения разработанной технологии восстановления на программу бООиО втулок верхней головки шатунов превысит 200 тыс.рублей в год.

По теме диссертации опубликованы следующие раооты: I. Диффузионная металлизация как способ восстановления деталей из медных сплавов // Тез.докл.2-ой Московской городской конференции молодых ученых :: специалистов. "Актуальные проблемы

- 15 -

. ремонта и эксплуатации сельскохозяйственной техники", г.Москва, ГОСНИТИ, 22-23 нояиря, 1983 г., С.60...63 (соавторы Ачкасов К.А. и Бугаев B.H.J.

?. Применение тормодиффузионного ферроттанирования для восстановления и упрочнения латунных деталей.- М.: АгроНйПТ&ИИТО, ii 2, 1989 г., стр.ТО (соавторы Ачкасов К.А. и БугаеЕ В.Н.).

й. Восстановление и поверхностное упрочнение деталей машин методом тормодиффузионного ферротитанирования //1ез.докл. на Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация производственных процессов технического обслуживания и раыон-та сельскохозяйственной техники", г.^ииск,. 18-20 апреля 1989 г., стр.38 Соавторы Ачкасов К.А., Бугаев В.Н.).

■i. Диффузионное титанирование как способ восстановления и упрочнения деталей из медных сплавов // Тез.док л.Всесоюзного координационного совещания вузовской науки по вопросам использования, надеаности и ремонта машин, электронизации процессов и технических средств в сельскохозяйственной производство, г.Ашхабад, 26...29 сентября, 1989 г., стр.62 (соавторы Ачкасов К.А. и Бугаев B.H.J.

5. Износостойкость диффузионных покрытий на бронзовых подшипниковых втулках // Тез. док л.Мордовской областной научно-технической конференции: Методы и средства повыаенип надежности маши пост роите льньгх изделий. - Саранск, 1989. - С. 78.

6. Восстановление бронзовых подшипников сколькения: Сб.научн. трудов ЙШСП. "Динамика и прочность конструкций сельскохозяйственных машин", 1989 г., стр.37-41. ■

7. Исследование износов втулок верхней головки шатунов дизельных двигателей для восстановления диффузионным планированием..-М.: АгроШИТЗИИТО, »I, ГЭЭОг., стр.7...8.

8. Состав для диффузионного насыщения изделий из медных сплавов.-Положительное рест.ение Госкомизобрвтений СССР по заявке

J5 4814043/2 • (соавторы Ачкасов К.А.

Бугаов B.H.J.