автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Исследование эрозионного изнашивания материалов

ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ НЕФТИ И ГАЗА И. М. ГУБКИНА

На правах рукописи

КРАМЧЕНКОВ Евгений Михайлович

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭРОЗИОННОГО ИЗНАШИВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05- 02- 04 Трение и износ в машинах

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

УДК 620-193.1

МОСКВА — 1995

Ра(х>г"а нипольенн на кафедре "Металловедение н неметаллические материалы" Государственной академии |гчфти и газа им. И.М.Губкина и на. коядре "ПроиЛишленная теплоэнергетика' 'Липецкого государственного техническою унизерентета. '*

Научный руководитель:.

член-корреснондснт РИА, .

доктор технических наук, профессор Сорокин Г.М. /

Официальные оплоненгы. доктор технических наук. профессор П.Ф.Пнчугин; доктор технических наук, профессор И.М.Шаршиков.

Ведущее предприятие: ЛО "ТурОохолод", ■.

ОР

Защити состоится " • .«¿¿О^Л^Л . |уу£года в''шсов на заседании специализированного сонета Д. 053.27.03 по трепню и износу в машинах при Государственной нкалемин нефти и газа нЦ. И.М.Губкин» но адресу: 1172'*>. г.

Мо1гкча. Ленинский проспект. 65. ( - I Ч " •

С диссертацией можно ознакомиться вбНблИогеке Государственной академии нефши газа иМ, II.М.Губкина.

Огзмпы на данный аиюрефери! Ьдйи чкаеиилярах, заоепенные печатью учреждения, просьба присылать гю имшеуканшному адресу н!| имя ученого секрет аря совета.

Автореферат разослан

Учений секретарь • см?1нмлизирошшного совета, канднцаг технических наук, . старшин научный сотрудник

'. О.^-Гтибург

- г -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА l'A КОТЫ

AKTyaJIblll'Clb проблемы. Ii 11ДС1С1ШЦСС ВрСМЯ ОТСЧССТВСНИЫМИ И 'Up)lV,!,IIU!UI

уменьши разраЙспано значительное количество экспериментальных ускшенок и мешаш; дня изучения газоабразивного изнашивания. Вместе с тем, » ли юра туре мало информации о методах исследования газоабразивного изнашивания при отрипатп.ных темпераiypax и содержи 1ся ограниченная информация о поведении различных ма|сриал<>н ги>л воздействие^ двухфазною потока "raí — твердые маетны" мри огртипельпих ■температурах.

Практическими примерами машин и мехаиизмои, нснмпаишошмх воздела в.че низкотемпературного гаюабразивиото потока могут служи 11. ¡уроодпандеры воздухоразделичеш.ных установок, компрессоры воздушных чурбохолодильных. машин, различное криогенное оборудование. Поэтому проблема тушения гачоабраштка о изнашивания в области низких температур является актуальной, чак как в наспиинес время в производстве необходимо внедрян. ресурсосберегающие технологии, а эю возможно при наличии износостойкого оборудования.

Кроме того, tie теряют актуальности проблема создания инженерных методом paciei.i процессов изнашивания и проблема разработки, крлтериеп míiiococio/íkocih при изнашивании в no t оке абразива.

ЦЕЛИ И 1АДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

1. Разработать новую методику и создать экспериментальную уччашыку дли исследования газоабразивно) о изнашивания материалов в диапазоне нчшерагур >1)0. аик. Пршиши действия установки - газодиирмическин.

2. Выявить акснсриметтшьным путем зависимое!и интенсивное m гакибр-пишкло изнашивания or основных itapaMcipoa процесса при различны^ гемпер.иурач ( вкню'кы криогенные).

X Исследовать механизм газоабразнвноТо изнашивания uoaoti высокопрочном стали Д5 ç учешм влияния криогенных rcMiicpaiyp. . '

4. Проанализирован. злшкнчусп, износостойкое!!! нрн rato.iojn кнн.ю ИНШШШШ1ШН от (Boiiciit прочноеjij и гласшчтктм макршыов.

5. Выбран. крШф!И( HJ/iocofTOÜKociii для ¡ачоабразшшоь; нимниш.шия cîj/:ot j применю oriunirii сиял Д5).

Научная помним:

разработана оршхпальиая экспериментальная установка для исследования < нзоабршппного изнашивания мзтерналоп при температурах ЗШ.ДО К. работающая по газодинамическому принципу действия;

теоретически обоснованы режимы н параметры работы установки с целью дек тления нсобходьммх скоростей соударения тверды* абразивных части с поверхностью исследусмьи материалов;

нроисдспы исслсдонания Iазоабразивно! о изнашивания различных материалов при крпоюннмх температурах:

определены зависимости износостойкое-! и новой иысокопрочиой стали ДЗ от параметров («сжима исишнпнП;

установлен кршернн износостойкости при I азоабразшшом изнашивании -произведение предела прочности 'материала на относительнее султннг, который необходимо рассматривать с учеюм угла атаки частиц;

Практический ценность. Газрабоганная экспериментальная установка и методика исследования -позволяют проводил, сравнительные компания »мтсриало« па I а зоп5разив1ь.)с пзнанишагше при отрицательных и комниных чсипера 1\|1ах.

Ггалншцпп результат»!! раГшты. С помощью разрабо!апнон эксперимснгалмяН. установки проведены сравнит единые испытания матерналоп, нспользусмых для ни оювления допаюк компрессоров и ДС1 лидеров воздушных тур5охолодплыгмх машин. Упапоплсио. 'но и температурном диапазоне 2П'С...-К(ГС износостойкое"!!, полиамидной пластмассы П А-ОМСС ь (.Я...1.1 раза емше, чем износостойкость алюминиевого сплава Ди>Т. ¡¡настоящее врем* лопатки компрессоров дсшпЛсров. работающие при низких кмнершурах тгоУ.ншиваготся нз оластмжсм ПА-МКС.

Апроопипн риЛоты. Материалы дмсссртвциониой работы обсуждались и докл&лывалнсь. на :

I. Исрном Международном симпозиуме по ипаинкс деформируемою твердого гена. С.-Мпсрбург■, |Ч'М г. . ,

Научном семинаре кафедры "Мгиллоисдепис и неметаллические материалы" ГАНГ им И.М.ГуРмны. |'>95 г.

П.пччом семинаре кафедры "Промышленная теилоэнер! стка" Л ¡ТУ. 19У5г.

■ Пуйлигеинн. По результатам исследовании опубликовано -7 печати* чру.чов а иси гралиюн iic'iain, tiojjuiiui заявки па пв юрскос свидетельство.

Структура и оЛым рабиты. Днссер^ция состоит из ииедення, Четыре* глав, выволок, списка использованной jma-paiypu м приложений. Рабочи изболена на 165 Сфаннцах. содержит 74 'рисунка, Л таблиц, 84 наименовании использованном литературы н I приложение.

СОДЕ РЖА 11 ИГ. РЛБО"гЫ

Во введении обоснована акч-уилыгрсгь темы, описаны оснопн'ыс параметры процесса .-•¡мэпи и приведены кинетические крнг.ис изнашивания, •

Нерпа» глава. 1) первой главе описано состояние вопроса п поставлены задачи исследования. '

3 частности, дай cpiiíininc.ii.in.iit анализ процесса газоабразциного изнашивания представлены особенности динамического воздействия абразивных Чйсгин ни ишсрнал.

1Сроме общею списания процессов газоабразнвного изнашивания, большое вниманье в первой главе уделено, описанию действующих экспериментальных установок дня исследования процесса изнашивания под воздействием газоабразнвнот погока.

По способу ускорения абразивных частиц предцаглскя следующая класч нфика ни установок juih проведения испшаииП на газоабразивнос »»нашивание : пневматические, аэродинамические, гравитационные. мехаиичсскне, центробежные.-При згом два первых класса можно характеризовать'объединенным а-ршнюм газодинамические. Имении ли усгамовхи получили наиболее широкое распространение,

Сущспеусг достаточно большое количество установок, работающих но згому способу ускорения чапиц;

И? анализа литературных данных следует, чго для моделировании процесса гизиабршивиой эрозии I» машинах, где она вшавиегся газовым поюмш с (иердими часчицами. усгпновкн с газодииани'к'слим способом ускоренна наиболее применимы, i к. в наибольшей cienciiil имишруюг дсисгинчельныс углов«» jkcnJiyalaitiiH оберчломант Эга установки ткже удобны для исследовании влияния i a koi о параметра коникта при га юабразиыюй эрозии, как lotncpai ура.

И первой |лане представлены различные «зюейбм кощро.н н^рамегрчн тверда* ii6p.i3imm.ix ч.ичин с гюзсрчпосчыо изнаншилыз.

5 ч"

Рассматриваются различимо способы измерения скорости абразивных частик в шпике (скорое! пая фотосъемка, скоростной фоторегистра юр, метод двух дисков, ЛДЛ-анемометр ). способы определения угла атаки, описываются температурные измерения. Час п. первой главы посвящена основным закономерностям тазоабразнвного изнашивания. В зтой части определены зависимости скорости эрозии (газолбразнвного изнашивания) от скорости частиц, их концентрации в Потоке, от угла атаки, размера и плотности чаезтгц. их геометрической формы, механических свойств испытуемого материала и материала частик.

Особое места занимает описание сумеггвукикнх критериев износостойкости материалов при I азоабразнвном изнашивании. Отмечается, что одним из способов оценки • ппосоетопкоста материалов яппяезся метод испытаний в условиях обьемного напряженио-деформироваиного состояния при неравномерном сжатии, разработанный в Госултрствстшои ига,темни нефти и газа имени И.М.ГубхипЛ.

11а основании вымтетлвжетшо! о можно сделать слсдуюшнс выводы:

1. Существует бот,них разнообразие экспсрнмснталмтых установок для исследования газиабраэинниго изнашивания. Их можно разделить на следующие типы: тазодншмичгскис, фашттапиопные. механические. центробежные. Наиболее широкое применение в исследованиях нашли газодинамические н мешробгжнме установки, причем газодинамические уамювкн целесообразнее использовать для модслирооажтя процессов изнашивания двухфазным потоком "таз — твердые частины".

2. Природа »азоабразивного нзнатквания заключается в реализации при динамическом воздействии тазоабрз'знвного ноюка двух явлений — микрорезання при небольншЛ >глах атаки и достаточной пластичности материала претрадм и полндеформаниенною ударного пронесся при углах атаки Слизких к 90° и унруюпластнческом попечении Мгпсрнлла прстрячы. .

3. Опорные киомомерчосит процесса газоабразттвнои? изнашивания определяются рядом внешних факторов. К наиболее значимым следу с I от пест скорое и> абразивных

чагтон. т Кпткмграцню. утол атаки, прпчнопныс и механические свойства материалов образна набразива, тгмпературу. '

~ Ь -

4. Наиболее приемлемым кршерием для оценки износостойкости мсишло» н условиях динамического воздепешия снободтио потока шердых абразивных части елсдуп считан, предел прочпост при объемном сжатии.

5. II лнира1уре о чет. мало информации о влиянии 01рнцагедыюп темпер^иуры на процесс I азолбразивногн изнашивания.

Эт выводы позволили сформулирован. следующие задачи исследования:

1. Разработан. новую меюднку и создан. ори1 инал1.иую зкенериметальнун. у иконку для исследования I азоабразивпого изнашивания в диапазоне темпера^ р ЗОН. XII К". Принцип действия установки газодинамическим.

2. Ныявшь зкенернметальпым путем зависимости ишсисивносгн |.тзол0раи№нои изнашивания от основных параметров процесса при различных темпершурах < включая криогенные).

Л. Исследован, механизм газоабр.'шшного ишашни.лш» ноь-он высокопрочной слали Д5 с учеюм влияниа криогенных темпера |ур.

4. Проанализирован, зависимо™, износосюнкости при инмбразшиюм изнашивании от свойгго прочности и пластичное'!и ма !сриалов.

Цель исследования получи п. новые сведения о механизме ыюлоратнпот нныншвкнпя с учеюм влияния офншнельпмх тсмгира1ур.

Пи>рии глава. Вторая глава содержит: анализ исходных предпосылок для разрабои-н

новой мегодики экспериментальном исследования, I а м>лбр,пивною иш.пншыи.ы: обоснование и описание прштнпиальноа схемы зкспсримппалыюн ус |.н1овкн. разработку «тематической модели ускорения лираШ1Лни чипиц <аювым цоююм н определении на основании модели размеров ускоракицих каналов, выбор. сред» н» измерений эмиернмешильш./х неннчни.

Рассмщрснные современные метды неслсмои-шнк 1 аю.шрашииич ¡ритм при пониженных кмпера |урах не ощичаюяся шисршсиспмм и не даю! цолмечо предоанлення о механизме н особенное!яч щнашпнання при отрин ire.ii таи 1емнера|ур.1Х. Анализируя характерные ммцпкншш.к рсньтны и рсзуу.ьина

ЯСС. 1С,ВЛИПНИ ПОЛНО СдеЛ.Н!. НЫВО.1. Ч!>) В ИдС|иЯ1ШН1 ЧС1КМ1 т.ЛЧ'ЙИЮ со1.'..1Л1',*„ поли» ^иирмминальцой \Ct.niOFKH .иа 1!с\\.сдг,|м.|ПМ Ги Н'аГци*мт1мч> ньи-илии-ши*

рабенакинеи по ! а '..лческоу у икн.о<>> ^ я сочини ч.нтиц

Iii основании рассмотрения различных способов создания низкотемпературной зоны было принято решение о. конструировании установки на базе гелиевых криостатои КГ" -I5/I5H »I KT" - 60/300. Использование этих крностаюп позволяет поддерживать в рабочей камере темпера туры до 4.2 К (при наличии жидкого i елия). Крноста i 1С Г - 60/300 был применен дня нспосрсдсзпениого размещения ncni.nyeMi.ix материалов, устройства ускорения абразивных части, усцюпстпл для измерения скорости гаЗоабразивиого поз ока и вспомогательных систем. Крностаз КГ - 15/150 использовался в качестве кнлообмспиого аппарата для предварительною охлаждения газа-носнтсля абразивных части. Разработанный нами зжектор ;иш создания двухфазного поiока позволяет ускорять абразивные час им на различного размера до CKopocicii oi нескольких дссяткоп метров в секунду до нескольких coich.

Принципиальная схема экспериментальной установки приведена па рисунке 1. Газ - постель (зерлых части содержится в баллоне I, снабженном запорным вентилем 2 и через редукционный сен тиль 30 и измеритель расхода 4 движется по газовой магистрали в направлении к рабочей камере установки. Давление газа до и мосле редукционного нсипыя 2 кошролирулгя показывающими нанометрами 3. Далее газ - носитель может пттупап. через, иеншн. 5 в рабочую камеру криостата 41 ( типа КГ - 15/150 ) или п трехходовой раулнруклимй вентиль 6. Назначение вентиля 6 -- смешение теплого потока таза, который минует, тепжюбменньй аппарат предварительною охлаждения таза -посшеля н холодною''потока, прошедшего через указанный теплообменник. Смешение гокжов позволяет регулировать температуру газа - носителя. Подробная конструкция системы предварительного охлаждения газа - поен геля описана в П. 2.2

Охлажденный таз - носитель nocrynaei в систему подачи абразивных части, состоящую из двух трехходовых венпшей 18. двух запорных вентилей 29 и 32. бункера абразива'.!!, снабженною фильтром 35 lt калиброванной насадкой .13. Система нодачи зродгнгя выполняет следующие функции:

I. Ьходажнг.лнмс абразивных частиц .14. которое происходит при закрытом встпиле 24 и комбинации nein имей IR. обсспсчивакмпей подачу i.rm - носшсля через калпброч.шпую иасплку 33 снизу вверх. Прп згом происходит охлаждение абразивных частиц т> псс11Чоожн:(.спном слое. Высокие коэффициенты тстшоо1лачи в пронсссе охлаждения гюзппляюч понизим. icMiicpaiypy частиц абразива До темпера |уры таза -пгчшеля та до; | а точно короткое время.

? Подача ¡ннных ча:|ии в элекюр. При частично оiK'pl.iroM венгиле 24 и закрытом венги/ц; 321 а} - носитель тошег нскоюрос избыiочное д^гменче пал слогм абразивных

Рис. -i С5щая схема.установки для исследовали* пкзиитемпера-гурного гичоабразипного изн&шисаж'.я Ооолтчтия à тексте.

частиц 34. Вешили IX работают таким обратом, что пропускают основную массу таза в э/кск юр 26, снабженный ускорительным соплом 23 и отсекают тазовую Mai истраль 27 от трубопровода 28, по которому движутся абразивные чает ины.

Газ - носитель и абразивные частниы, поступая в эжектор 20, образуют двухфазный ноюк, который ускоряется и сопле 23 н действует на образец испытуемого материала 22. 'Эжектор размещен на горизонтальной монтажной платформе 25, а neni.nycMi.ic образны крепятся к платформе 24. Обе платформы смонтированы на вертикальном валу 19. Пял имеет две опоры качения, установленные в крышке 17 крноетата 42 (типа КГ • 60/300). Крышка снабжена псиопояиуретановоК теплоизоляцией. Крностат имеет вакуумную теплоизоляцию 16 и азотную рубашку 15. В рабочей камере смонтированы труба 14 для предварительного захолажнвания рабочего пространства и труба 21 для эвакуации отработанного газа • носителя. В нижней части расположен поддон 13 для сбора отработанного абразивного материала.

Для эвакуации газообразных крнопродукroe ( отработанный газ - носитель, пари хладагента р азота нз рубашки ) предусмотрены вытяжные венгиляюры 36, обеспечивающие подачу газов в газгольдеры для повторного использований, либо отвод их из помещения лаборатортн г агмлцкру.

Создание стабильных низкотемпературных зон обеспечивается крнососудамн 7,9,12. Крнососуд 7 предназначен для подачи по трубопроводу 8 газообразного хлада теп та в систему предварительного охлаждения таза - носителя ( криосгат КГ - 15/150 ). Принцип поч.тш хладагента описан вт.ттпе. Крнососуд 9 используется для заполнения азотых рубашек крностаюв 41 и 42 но трубопроводу 10. или для заполнения азотных рубашек других крнососудов (гелиевых и др.). Крнососуд 12 обеспечивает подачу жидкою хладагента в крноспмы 41 и 42 и служит для быстрою захолажниапия криоааюи непосредственно перед и для обеспеченна температурной стабильности в процессе эксперимента.

Принцип подачи жидкою азота и хладатенга -- повышение давления над изободной поверхностью жидкости за счет кипени» жидких крнопродукюв на специальных pc'Jiiciopax, помешенных в обьем жидкости.

Разработанная схема экспериментальной установки позволяет проводин, испытания на газоаоразнвное изнашивание в широком интервале температур и моделирован, pc.i тытые процессы итзоабразивното ншашивання в которых фотонные нонреждення i'; i m.tivuoi ся дгл \í|i.i шым потоком "газ— тнерлые частицы".

Определенно скоростей láctiul или определение размеров ускоряющего качала ля* создания определенной скорости части возможно, на основании разработанной маггма пиеской модели. На «сновании уравнения движения част!mi.I пол действием силы аэродинамического сопротялсния н силы тяжести ( I ) и баланса мощности ш'О алиаба гиото двулично! о потока в дифференциальной форме ( 2 ), уравнения Ксрпулли е учетом потерь энергии в днффсрснииалмюН форме ( J ) можно получить систему /тиффсрспии.-шьимх ураспснни для определения полной температуры raía ( 4 ), давления (5). скорости таза ( 0 ) и скорости частиц ( 7) но длине ускоряют« о канала.

</w„

= о?,, - «>) > !«■ - «Iv.+ : <0

р»№ - -l-)wfílrN] : (2).

. , b т ' «к/г _

Л + --г—- - s 0: 0)

W. «г - скорость i аза н чип ним соотсювеино; C,i — котффннист сопротивления: .S.W плошал!, мидглсвого течения члетииы; Г •• нлошяд». сечения ускоряющего канала; !>о — полная удельная ( массовая ) зщальппя газа: t - прсмя; Fj - сила гидродинамического сопротивления; N¡ - расход чапнц: р - давление; р. Рг - плотность |язэ и матгрналя чаепшы cooinctri пенно; р - динамическая вязкость taia; b « константа для вычисления коэффициента ipcrni* в (нлрашшчег'кн гладкой трубе.

<{»■- hv)'

- Il -

</w =

(cy-H»'-J<crï)J^r~,>r ~ 24„И '-Kw'-HCJ)

Jr,

(6)

сЛ»> =

£ + 0.75 —

Ч"-^)" /I-

p,

jy,

Jr,

O)

где r,n — константы дли определения коэффициента iилролнпамичсского сопротивлении; Ce " удельная Массовая изобарная генлосикскть (аза: К - иювая постоянная данною law:'Г и*Г« -температура и пл/шая iсм пераiура 1аза cooibctcibchiio.

Сискма уравнений ( 4 ) — { 7 j позволяет определять еюросш части Н|>и различных размерах ускоряющих каналов, разных газах-ускоришцх и для различных диамс!роа часищ. U ыагсмашчсскэй модели предложен ысюд. Позволяющий рассматривай, движение массы частиц,.имеющей различные распределение диаметров часгин но массе ( логарифмически * нормальное распределение или распределение Созина - 1'аммлера ).

lia рис. 2 приведены кривые, характеризующие ускорение частиц днамс-ipon Я) мкм. яр» различной длине ускоряющею канала и различных газах - ускоряют. Для измерения параметров /свухфазного потока в схеме. экспериментальной упаковки были использованы следукнцнс устройства измерения и кош роля:

для измерения температуры « диапазоне 4....КН) 1С крисчсиныс зермоморы на основе резисторов типа ТОО • 0.125, разработанные в набора юрнн высоких терши Обьс.ашенислоинснпута ядерных Hccjiau>eauHH. . .

для ишереНия скорости Часгин в логокс был иеполт.юпаи меюддвух дисков | Double Diie ТссЬпЦис );

для измерения давления гаме при эксплуатации упановки нрименяюкя механические пружинные манокстрц гкпа МТ со шкалой 0-25.0 Mlla и классом ычности 2.$ и o6i"aJHoaiac манометры со щкадой (4D.0 МОа и классом hvhiocih 0

обьемный раскол «аза • носителя измерялся показывающим рламсчром СМ 2 5Г.

Третку (.им. Третья |лава носващеиа описанию рстулыа.ов jxcnqiitMeHjiuD.iioio неследовлш« ia»oa6pjiit,iiioio нзнашнвашы, полученных ш разрабошлмй «.снернмеш.мымП установке.

Рис.2 Зависимость скорости "Частиц от относительной дляиы сопл*. Дадосгор «стш* 50 мкл. Г»з - рско/чпиь: 1 - гм«1, г - юздуг; 3 - «/го*.

В качестве мазернала дм проведения нелишний использовалась новая высокопрочная сталь Д5. Характеристики износостойкое m пади Д5 ера впивались с результатами эксперименте, полученными для стали 111X13.

Представляло ни icjkc определить износостойкость новой высокопрочной сзади Д5 и условиях газоабразниного изнашивания. Для анализа износостойкости стали Д5 в условиях газоабразнвного изнашивания иа разработанной установке был проведен рад эксперимента. Перед экспериментами образцы из .сгали Д5 были подвергнуты термической обрдбшке при следующих условиях: патрев под закалку К70°С, выдержка в течение 30 мнпуг, охлаждение в во,-е i затем отпуск при различны* температурах (Ulü»C...600uC) в течение полутора чаеои. [>ыли проведены измерения шердости ИКС образной при каждой температуре отпуска н проанализирована микроструктура мак^чьша при каждой температуре отпуска. ■

Па. нсриом этапе исследований были в1.шолнсны эксперименты но влиянию температуры отпуска, твер/ьчти материала, yuiu атаки п скорости Частиц на износостойкость сталей Д5 и 111X15.

Экчт epHMCiriu проводились под воздействием газоабрлзивного поiока, содержащею . остроугольные частицы кварцевого песка зернистостью 200...3I5 и км, при углах атаки 15, -15 и V0 градусов, комнатной температуре, сре/шей скорости частиц 51) м/с и расходе абразива 0.02 г/с. Масса абразива, приходящаяся на каждый образец, состаьнла 100 трамнои. IS качестве газа-носн'сляабразииных часта использовался api oiт.

На рисунке 3 предстаилены Зависимости износостойкости сталей от температуры озпуска. Полученные результаты сиидстслитвую), что максимальная износостойкость стали Д5 при газоабразивиом изнашивании наблюдается при угле атаки 15° ;тля всех температур отпуска. Повышение температуры отпуска ведет к уменьшению износостойкости. Минимальная .износостойкость соогвстствуст углу а1;тки 4.V при температурах отпуска больших 200°С. Для температур отпуска меньших 21№°С минимальная износостойкость соответствует прямому углу атаки. Это можно обьясштп> высокой твердостью и хрупкостью стали при таких температурах отпуска. Для утла аикн VU" наблюдается тендештия повышения износостойкости стали при увеличении температуры отпуска, а и области высокой твердости углы атаки 15° и 4S* создают прсдпост или равной или близкой износостойкости.

Дад сравнения износостойкости спиш Д5 с другими стилями были проведены ucnepautHTa.'U.tiue исследования газоабразианого изнашивания стали ШХ15.

• Обшнс тетиендин tuMe>ieimû нз;кхосюйкостн стола coarujutoi с характером миснеияа саойсга сгодл Д5. На рис. 3 'тСГко п^слеж;(гаскя резкое снижение

-H -

ii««íV

то SM . • 5Q9 ш soo sao I

f.'-

í1 *c 3. Заансииостк. »wociscnjiibxi» cj.\.stä Д5 ai IllXtb ai от иvesa

тпнососюнкости пали Д5 при tí =15° по мере повышения температуры отпуска. При

(1-45° при (с* же температурах отпуска нзнососюнкосп. ciami /15 была фактически ноеючннл. i.e. фиксируется. линия равной износостойкое ш.

Минимальная innoeoeioiikocn. спали I1IXIS соо1встствуст yuiy атаки 'Л)° в большем лиана tone icMiicpaiyp шнуска (101ГС...50(ГО. Сравнение рстулмшов г. чя обей* riajieii покаило. чго сталь Д5 во веем диапазоне icMnepaiyp ошуска и при всех yiifax лыки имеет существенное преимущество перед сгалыо 111415. При уптс шакн 15" л о отлнчис соскнтлас! З.Л...2.2 pa та. при уыте анткн -IS" .. 2.3...1.7 pata и при унте атаки W - б.3...2.7 paw.

Учшытыя, чю тнерлоеп. С1алн уменьшается с ростом температуры отпуска, было основание полатпть. чю ыннсимпаь нх шшчостойкосш от твердоечт имеет обратную спязь. i.e. чем вынтствсрдоСТЬ. тем выше нзпоеосюнкооь, чю,полное!т.к» подтперждапея длимыми рисунка 4. Максимальная тптюочЧонкосп. стали Добыла И|ч> уше атаки 15". минимальная - при 45" в диапазоне твер.'кччен 2. .5 <• I lla и при утле атаки W" в диапазоне шаченин |вердоете1|. больших 5.4 Illa. Для умы атаки 45° |ин!Ч0с|0ИК0С1Ь мало записи г от 1г.срдоС|и. Нт сравнения износостойкости сталей Д5 и 111X15 в зависимости от нх 1ВСрлог1н видно, что сталь Д5 имеет cym.vi tvnnoc препмушеенто перед Оалио 111X15.

Hi исследовании ртече и-црм. о зарубежны» ученых нцнттно. что уюл aiaku является одной из наиболее тзажимх Характеристик та юабр.тзийнон» изнашивания. Для неслсдовапчя влияния утла лтакн Tia HUTOciwioiiKocib стали Д5 ты разработанном экспериментальной уаановкс бына проведена серии экспериментов. Для утлоп атаки IV2o,JiM5,Mi,75 и W традусов мгпышиалист. образцы стати Д5. нолзченные нрн температура! отпуска 21ЧГС. 41)1)4' н WMPC. Параметры испытании (скорость удара, размер и концентрация чат щи. масса абрашва) соответстопа.ти ука ыпным шипе

Дапшае рисунка 5 ноказыпают, что для пссх кривых, хниосяштга к i-iani я характерен вязкий режим ратрункчшя (К> этом можно судии, lio юму. чю минимум износостойкости во всех грех случаях был при уиых атаки меньших чн'

Иная Карины получена для ста ти I1IXIV Для юмиератхр imiyiKa 2<ЯТ ( и 4НП С характерен хрупкий режим разрушения, о чем свидеклыгшус! миннмчм ншососюнкоои при прямом vine атаки. Образцы, ощущенные при МИРС разрчныюкя но ии\ком\ |>e + iiMV

lltVl.Liit зависимость нзнокосюйкосш матерпалов о| скорости аымюшнх частиц Ллч получения этой зависимости были проведены опыты п днанакше скорое тси vov ларепия '.f1 11'0 e частицами размером зол ...TI5 uk\i Ike образцы <i.'¡k' i истнлиннеч на

Рнс. Л. 3aBsc»;f.--cïb износостойкости стал«* Д& к 111X15 ai ym-jj/sxih.

износостойкость подвергались мкалкс с последующим о i пуском при 150" С. Угол атаки i азоябразивното потока соолплял 90". Данные, полученные о ходе экспериментов были обработаны Методом наименьших квадратов с целью получения функциональной зависимости ira locociof ¡кости от скорости частиц. Для стали Д5 получена зависимость:

4 = 1.36 х 10*и (Я)

с коэффициентом корреляции ».W); дня стали'111X13

H = 0.4JYIOV(,'!'. (V)

с коэффициентом корреляции П.УУК.

"Эш зависимости подтверждают мнение друтнх исслсдонатслси, указывающих, что износ при laToaGpaTiiziioM initan'tni^.i' пропорционален скорости части в скисни от двух до трех.

Прело!лвляки tiiHcf.cc результат, полученные при офшмгельиых mtnepaiypax, коюрыс от комн.11Ш.1Х TCiinepaiyp до -2ШГС. 1'сзулыап.| представлены на рис. f>. Эксперименты проводились и следующем режиме: скорость абразивных частиц (кварцевый чесок размером 2Ш)..,\?!5 мки> составляла 5н м/с. расход части 0.02 т/с. масса абразива/приходящаяся на один образец -- ИИ1 граммов, углы а гаки составляли 15.45 и W ipanycon; .для nciibiraiinii были использованы закаленные образцы и отпущенные при температуре 150°С . Данные рисунка 6 позволяют заключи п.. что обе стали при понижении темпер;! туры вплоть до температуры -200°(.' увеличивают свою износостойкость яри ушах атаки 15° и 45° н уменьшают се при прямом yute атаки. И в эти случае износостойкость стали Д5 во вссх. режимах превосходит износостойкое!!, стали 111X15. Максимальная износостойкость стали Д5 была при угле атаки 15° , минимальная - при У0°. Эта тенденция справедлива и для стали 111X15. Такой результат можно .объяснить тем, что при понижении «емпературы происходит возрастание прочносш и твердости сгалсн, что, естественно, при пашах углах атаки ухушиаст возможность эффективного микрорезания частицами абразива поверхностного слоя

- 1Л

И»«"*, г'1

--- -ЦЪ --ШХ\5

'Ьотп°200°1

Л \л

&тп"400*С ^У^ 1 — . £Ьот =200* к 'и С

X К: 'б втл 600*С >0— — —'< _ о — —Л

15

12

го

40 • во

80 100 ераЗ.

Г и с 5 'Ьии1'импгт1. износостойкости сталей Я5 и 111X1» от угла атаки.

1'ис Ii 'tiienc'iiuikïi. n MU)4*' UJrtHK'i и ст.'к й JI.'i и 111X15 oí юмтратури Mv'KUrdMHK

«стадам, С «ругой стороны, охрунчивание ста лен при их охлаждении прннотнт к .увеличению тзоабразивнот износа при прямом угле жаки.

Делалась пот.мка выяпип. критерии hthococtoííkociti при тазоабразиином изнашивании, Пыл проведен анализ зависимости износостойкости стали Л5 от предела n¡jo4»ocrn Оп, предед.т текучести (Уп\ предай, ш.лкчлклостн G i, OTiiuciiiau.noixt удлинения д. огпостст.пою сужения i¡i ч ударной вязкое!и KCV при углах а/аки 15". 45° и 40°. Ми одна из -оих хараккриеппе не может служить крщерисм износостойкости, так как зависимое! I. илюсос тонкое'Н от каждою из лих cooiícia является неоднозначной, то сен. одному значению любой характеристики соответствуют несколько значений

1ПНОСОСЮПКОСН1.

И одной из работ Г.М.Сорокина предложен одни нз варианте комплексною кртерня и тосостонкосш K=CTiiX4». т.е. в виде сочпання юстированных харак|срнпнк предела прочмосш и относительного сужения.

Оказалось, tro между н шососгонкостмо рада сталей п их К имеется почш линейная зависимость, причем повышение крин-рня К. ведет к улелнчепню износостойкости. На основании проведенных зкеперимешов 6i.uiii Построены зависимости износостойкости спит Д5 от указанною кршерия, представленные на рисунке 7. Набтюдзстся качественное отличие зависимости иишсосюнкост от критерия К по сравнению с зависимое!ями износостойкое!!! от свойств пртчностн и плапичноети. Это указывает на правомерность считать произведение С1вХ!|/ критерием износостойкости при газоабразнвпом изнашивании.

Чстя?ргза глава. Результат!.! исслеловлчий нашли применение мри анализе сравни 1СЛЫЮЙ износосюйкопи коисгрукниоииых м-иериалов, используемых • в турбохолодидьном машииопроснии. При эксплуатации иоздушных турбохолодильных машин ( ВТХМ ), произподим!.!х АО "ГУl'BOXUJIОД", возникла проблема эрозии лонаюк !у|)бокомирсссора и турбодепшдера, обычно изготавливаемых из алюминиевого сплава Д1ЛТ Газоабразивное изнашивание лопаток происходитт в результате воздействия потока воздуха, содсржтиието мслкиетвсрдЫс частим, при температур -25°С...-8П°С. По предложению конструкторов ВТХМ (АСТуобохолод") нами был выполнен сравнительный анализ износостойкости сплава Д16Т II полиамидной модифицированной пластмассы ПА-М>КС. Зависимость объемной износостойкости от температуры для обоих матх-рналов приведена на рис 8. Видно, что при коинатиьйс температурах и ниже изпоссчтойкость пластмассы выше, чем сплава Д16Т. При попиженнн температуры значения износостойкости сближаются, и при температуре -87"С становятся равными друг дру|у. При дальнейшем понижении температуры выгоднее использовать п качестве материала лолаюк з.томннисимГ) сплап ДНЯ-, тяк как ею нлюсостонкость

7. и<н*J"ütociK u.úfccK-'íH cu-Ja Лгг»ч кркij К

выше, чем у пластмассы ПА-МКС. Эксплуатация лопаток турбомяшнн при расчешем режиме работы установки происходит в температурном диапазоне -30°О...-?0вС, становится очевидным. что необходимо использовать дня изготовления лопаток материал ПА-66КС. Применение пдаомассы имеет следующие экономические преимущества:

1. Стоимость единицы веса полиамидном ппаегмаеем мшьнге стоимости единицы веса алюминиевого сплава Д (6Т: так как плотное п. пласт массы меньше, то расход ма!сриала из ттотопление лона!ок одной машины уменьшается.

2. Существенное влияние на экономичность оказывает и способ изготовления лопаток. Лопатки из алюминиевого сплава изготовляются методом ли п.я п кокиль с последующем механической обработкой. Лопатки из полиамидной пластмассы также отливаются, но последующей обработки (обточка, шлифование и др. ) не требуется. Процесс литья пластмассы значительно экономичнее литья цветных металлов из-за значительной разницы в температурах плавления материалов ( Д ГбТ - 680"С ПА-66КС

• 42ТС).

Л. Более высокая износ«тонкость полиамидной пластмассы ПА-^бКС позволяет увеличить срок службы воздушных турбохолодильнмх машин в Ы...1.5 раза.

4 Существенно влияние качества поверхности на внутренний относительный КПД турбоманшн. Использование полиамидной пластмассы для лопаток позволяет поддерживать КПД в расчетном диапазоне значений более длительное время, что приводит к некоторому положительному экономическому эффекту.

5. Лопатки из полиамидной пластмассы повышают эксплуатационные качества воздушных турбохолодильиых м.Цпнн. При поломке лопатки из полиамидной пластмассы возможна ее замена без последующей баланси|ювки ротора турбомашины, что невозможно глслатьпри использовании лопаюк ИЗ Д МГГ.

"Экономически!) эффект от внедрения результатов диссертационно!) работы составляет 5...7 процентов ог стоимости воздушной гурбохолодилыюй машины. Стоимость серийно иг,[пускаемой ноздуншой турбохолодшк.ной машины Т.ЧМ1-25Р во втором квартале 1995 юла составляет 72 миллиона рублей.

l' ко. 8, Орммительиа* хярактирмстмк» тчоаЙра.ичного изнашивания ши»-мимшнмгд cnnaiib'JUGT и тадианидмой пластмассы flA-tîGKC.

ОСНОВНЫЕ ВЫ ПОДЫ

t. Анализ схем лабораторных установок для изучения газоабразнг.ного изнашивания показал, но в настоящее время не создано оборудование и не г методов, позволяющих проводин, испытания па глзоабразивиос изнашивание в широкий диапазоне ншепепня режимов испытании, включая з емпера I уру.

2. Создана оригинальная установка и разработана методика цепьмапий, на газолбразтшос изнашивание при температурах .100 IC...XIJ К. в дна пи ¡оне скоростей соударения 10... 150 м/с, при углах атаки 15...90*.

Установка смонтирована на базе iелневых крностпгов КГ - 15/150 и КГ • «V.VI0. U схему установки входит двухдисковое устройство для шчерения скорости твердых абразивных частиц, система контроля параметров потока (TCMncpaiypa. да имение, расход) if система предварительного охлаждении я тза-носитсля. Принцип действия у:танопки -газодинамический.

i. Для выбора размеров устройств.! ускорения частиц н потоке газа разработан!, математическая модель, учитывающая баланс монлости для идтбагного двухфазного потока ( уравнение ( 2 J). С помощью модели оирсдслс.ты размеры сопел /ля ускорения абраишл пр.) использовании частиц различных размеров и различных газов ускор'пс/к ft.

4. С помошмо опытной установки npoeivieiiw эктпечимечтальные исследования закономерностей гаюабразив1кчх> изнашивания сталей Д5 ч UIX!5. Определены зависимости Hirrciicumiocm гвзоабразивного изнашивания от утла атаки, тггрдостн материала, температуры испытаний н скорости улара. Проведенные ьпьптя показали ^оррекзность разработанной методики и позволили получить новые данные о природе газоабразивно! о изнашивания с учетом влияния отрицательной температуры .

5. Проведен ■ анализ, зависимостей износостойкости стали Д5 от характеристик ■ прочности и. пластичности зюй стали (лредеч прочности, предел гекучести, преде):

выносливости, спгогитслт.иос сужение,' относи icjíuioc )',г'1«нс:гие. ударная еккоеп!. П|,т.'!.~нз отсутствие уломгтвортослыюй корреляции мехлу иткосостойкостью стиш и с? механическими свойствами-

(>. Впервые получена новая зависимость износостойкости cnum Д5 о г комплексною критерия К, преде|аш1яющсю собой произведение предела прочности на относительное, сужение;. jiu¡ критерий являйся наиболее приемлемым дня опенки износостойкости других сталей лрН тазоаброзивном изнашивании.

7. Сравнительные испытания шноминневот о сплава Д16Т и полиамидной модифицированной пластмассы ПА - МтКС, применяемых для изготовления лотшок компрессоров и детандеров воздушных гурбохслодилытих машин, показали,. что в температурном диапазоне от комнатных до -К7°С обьемпаа износостойкость полиамидной пластмассы выше, чем у алюминиевого огшаиа. Результаты этих исследований внедрены» практику в АО "ТУРБОХОЛОД". •