автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.04, диссертация на тему:Основы технологии восстановления деталей дизелей методом газотермического напыления

I » и ■1

ОАШ-ШЯРЬ/НОС'и ГОС/МРСТЬВШЬк Ш ЬЫгСЛТЬТ ВОД-ИХ лОМЛ/гКлЛцйЛ

На правах рукописи

лг&леЕская 1>энда .ьолеела говна

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ Б0ССГАН0ВЯЕ1Ш дЕТМЕ.1 ДЮЖ/! МЕТОДОМ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЮ НАЛЬЗШШ

Специальность:

05.08.04 - Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного . производства

05.02.04 - Трение и износ в машинах .

Автореферат дассертапии на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкг-летероург -

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В.Н.ИОЛОВИЖШ доктор технических наук, профессор В.И.СЕ^ЦХ доктор технических наук, профессор З.В.КУДШЮВ

Ведущее предприятие - Центральный научно-исследовательский дизельный институт

Защита состоится 14 июня 1996 г. в 10 часов ауд.235 на заседании диссертационного совета Д116.01.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук в Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций по адресу: 198035, г.Санкт-Петербург, ул.Двинская, д. 5/?.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан 14 мая 1996 года.

Ученый секретарь диссертационного совета ДП6.01.01

В.К.ЛОПАРЕВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одной из о сковных задач современного ¡удового машиностроения и ыашинорешнта является повышение надея-юсти, ресурса и экономичности главных энергетических установок, 'есурс судовых дизелей, эксплуатируемых на речном флоте, после апиталъного ремонта заметно меньше сроков службы новых дизелей, то объясняют, как правило, недостаточны« уровнем и технологичес-им обеспечением ремонтного производства, которое включает в себя олный комплекс работ по восстановлению £унктшональных параметров борочных единят: и дизелей в телом.

В более узком понимании восстановление эксплуатационных войств поверхностей деталей занимает главное место в ремонтном роизводстве. Поэтому многие научные исследования направлены на эиск таких технологических процессов ремонта деталей, которые ззволяли бы восстанавливать конструктивно-технологические парамет-1 наиболее ответственных поверхностей и обеспечивали бы эксллуата-зонную долговечность, приближающуюся к работоспособности новых эталей.

Большое многообразие технологических процессов восстановления ¡ношенных деталей практически предопределило и области научных гаишза тага иных исследований.

Газотермпческое напыление в ремонтном производстве получило [рокое развитие. Достаточно исследованными и экспериментально обо-юванныш являются многие конкретные технологические процессы, нако зачастую такие обоснования базируются на енках влияния газотержческих покрытии на функциональные свойства.

Поэтому комплексное рассмотрение процессов газотермического пиления о обеспечением многообразных эксплуатационных; и триботех-ческих параметров деталей судовых дизелей вполне может рассматри-гься как ванная научная и народнохозяйственная задача.

Цель работы. Исследование, обобщение и формирование многокри-риального' метода технологического проектирования процессов газо-жического (плазменного) напыления при восстановлении деталей ) примере судовых дизелей).

Основные результаты работы и их научная новизна. Новыми для юбных научных исследований представляются следующие результаты, 'лпнмке па защиту;

I) классификатор восстанавливаемых деталей судовых дизелей по

конструктивно-технологическим и эксллуагашонно-функшональнш признакам;

'¿) закономерности влияния свойств покрытий на износостойкость поверхностей,применительно к деталям судоеых дизелей, работающих при трении, Фреттинг-эрозии (в узлах трения и посадочных поверхностях, кавитации, твршшклировашга), экспериментально-аналитические зависимости износостойкости в циклической прочности от свойств покрытий ;

3) результата комплексных экспериментальных исследований, определяющих физическую сущность изменений прочностных и триботехнических свойств плазменных покрытии при их послойной и объемной ультразвуковой (УЗО), электрокоятактяой (Э1С0), электроимпульсной (ЗЛО), электроэрозионной (ЭЭО) и хидшкотермической обработке;

4) экспериментальные данные влияния характеристик плазменных струй на свойства плазменных покрытий с установлением зависимостей, позволяющих обосновать выбор плазмотронов;

5) закономерности влияния стоуктурообразования на свойства плазменных покрытий на основе алкминвя применительно к восстановлению вкладышей нодаипника.

Практическая значимость работы заключается в разработке и внедрении следующих технологических процессов и рекомендации:

1) восстановления посадочных поверхностей под кулачки распредвала двигателя НВД-48 и поршневых пальцев с оплавлением ТБЧ (ССЗ

им.Ленина); восстановления коленчатых валов судовых дизелей;

2) сульбоциаЕироЕания покрытий при восстановлении вкладше! подшипников газогенераторов (завод "Большевик");

3) использования материала ПХ20Н80 при восстановлении наружных поверхностей втулок пилиндра с кавитационными повреждениями (двигатель 3 Д6) (НССР, КССР3) и внутренних поверхностей;

4) изготовления и восстановления вкладышей подшипников судовых дизелей с применением впервые порошков «а основе алюминия (ССЗ

им.Ленина); подвесок двигателя М-400;

Апробастя. Основные результаты работы докладывались в период с 1965 по 1995 г. на трех всесоюзных, семи республиканских, а такке межвузовских и внутривузовских конференциях и семинарах.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в печатных трудах, в т.ч. девяти авторских свидетельствах на изобрети и.- .

Структура и объем щссертащт. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы. Она содержит страниц машинописного текста, /¿6 рис., 3<V табл.

СЮдаИНЛЕ РАБОТЫ

БВЩЕ1Е-1Е. Проблема повшения ресурса работы дизеля после капитального ремонта была и остается актуальной. Одной из причин снижения ресурса является повнадапиЗ износ поверхностей деталей, вызванный несоответствие« условиЗ энергетического воздействия на потарх-поогь деталей и свойство?.! поверхности. Ноотоку резежте проблемы соз^5!г!я поверхностного слоя со своЗстваш, снг?лку;шт;и его износ в процессе яксллуатаиин, равнозначно эголог.'ял значительных ресурсов сирья, материалов, энергии. Характер взаимодействия поверхностей деталей в узлах дизеля достаточно сложен: разнообразны материалы деталей, причины изнашивания, условия эксплуатации.

Главная задача технолога, конструктора при решении вопроса госстановления поверхности детали с определенной последующе?! интенсивностью изнашивания при использовании метода газдтершческого на-шиения замотается в выборе из достаточно большого количества порошковых и проволочных материалов таких, которые при определенном способе их нанесения наилучшим образом сопротивлялись бы разрушающему действию при эксплуатации дизеля.

Реализация указанного способа подбора материалов и оборудования для напыления требует исследований и систематизации экспериментальных данных по свойствам плазмеянЕЧ покрытий из различных гате-рналов, их влиянию на износостойкость покрытий при различных видах изнашивания и условиях эксплуатации узлов даяеля. Исследований такого рода и систематизации экспериментальных данных применительно к восстановлению деталей узлов ддзеля пока нет.

ГЛАВА I. УСЛОВИЯ РАБОТЫ Д ЭТАПЕ! ДИЗЕЛЕЙ И ПРОЕПНШ ИХ БОСС ТАНОВПЕНШ

Практически единственным типом судовой энергетической установки, применяемым на судах речного флота, ягляется дизель.

Из дизелей отечественного производства распространены дизели заводов "Двигатель Революпии" (Г-60, Г-70); "Дальдизель" (6 ЧСП 18/22); "Барнаульский Дизель" (ЗД6); "Звезда" (М-400 и др.). Из зарубеянкх -

дизели фирмы &1KL (НФД-48 различных модификаций; НФД-36; 1Щ-26 -различных модификаций), Фирмы "Вяртсиля-22" и др., дизели, выпускавшиеся в Чехословакии, - и др.

Эксплуатационные характеристики дизеля во многом зависят от совершенства его конструкции и,в основном, обоснованного выбора материалов деталей, свойств поверхности сопряженных пар. В настоя шее время на судах России эксплуатируется около 30 типов дизелей, ресурс которых до капитального ремонта составляет от 2 до 40 тыся часов. После капитального ремонта ресурс снижается до 30% от pecj са новых, что уменьшает надежность работы судна в целом.

В большинстве случаев необходимость ремонта определяется пре дельными взносами пилиндро-поршневой' группы иди группы вала (втулки t линдра, поршневые палыш, клапаны, коленчатый вал, подшипники).

Выбор оптимального метода восстановления детали теоретичеси осуществляется на основании методики Шадричева, в соответствии с которой наиболее приемлемым для реализации восстановительным прс пессом является процесс, удовлетворяющий критериям применимости, долговечности и технико-экономической эффективности.

По этим критериям для восстановления деталей дизелей воамою применение многих способов восстановления и упрочнения деталей П] их оптимальной доработке, но при этом с экономической точки зрен: всегда на одном судоремонтном предприятии невыгодно использовать разнообразные способы ремонта.

Кроме того, для выявления оптимального ¡материала, наносимов на поверхность детали при ее восстановлении, какой бы способ реи та ни был избран, необходимо детально изучигь условия работы con. хенных или изнашиваемых поверхностей дизеля, определить номенкла ру унифицированных материалов содрякенных пар, узлов, наиболее х рактерные виды их изнашивания, а такае типичные условия функщюн: рования узлов дизелей.

В этом смысле при достаточно широком спектре функциональных свойств деталей восстановление гриботехническгос параметров сборо них единиц приводит к рассмотрению процессов с большими энергети чесними и технологическими возмокностями, в частности процессов газотермического напыления.

Б заключении главы сформулированы следующие задачи иеследоЕ

I. Разработать классификатор модулей сопряженных соединений основных сборочных единицах судовых дизелей.как основу иеленапра ленной оптимизации и автоматизированного управления газотермичес напылением.

2. Определить критерий свойств покрытий и исследовать их влияние на износостойкость.

3. Определить свойства газогермических покрытий применительно к ит работе в узлах трения, посадочных узлах, поверхностях, подверженных кавнтаттояному юз действию и тврмоциюшрованию.

4. Исследовать влияние свойств изотермических покрытий на износостойкость и циклическую прочность поверхностей узлов тренгя, посадочных поверхностей, поверхностей, подверженных кавиташгояноыу и тергюплнлическому воздействию применительно к условиям работы узлов судовых дизелей.

5. Исследовать физико-зам/этеские явления при формировании газо-терыкческих покрытий в процессе ультразвуковой, электроконтактной

и химикотермичесной обработки с целью повышения их износостойкости.

6. Исследовать влияние характеристик плазменной струи на свойства покрытий с/целью рекомендации оборудования для восстановления деталей судовых дизелей методом плазменного нападения.

7. На основании энергетически структурного подхода к управлению свойствами покрытий, разработать материалы и технологию нанесения антифрикционного слоя на вкладыиг подшипников судовых дизелей при их восстановлении и изготовлении.

ШВА 2. дагодаки ПРОВЕДЗШ ИССЛЕДОВАНИЙ

В диссертации определяли:

1) прочностные и триботехнические характеристики покрытий;

2) мияротвердость, содерчсание кислорода в покрытии, угол смачивания покрытия маслом, водой, коррозвднностойкой жидкостью; характер охлопывания кавитатаюнных пузырьков.

Кроме "этого исследовали и проводили :

' I) поверхностно-энергетические параметры покрытия;

2) характеристики плазменной струи;

3) износостойкость покрытий при фретташг-изнашиЕашт, кавита-пионном, термошклическом и коррозионном воздействии;

4) металлографические исследования, рентгеноструктурный, рент-генофазовый и рентгеноспектральный анализ.

Напыление образцов проводили на установках УПУ-ЗЦ, Е1-80, "Саг-коНъ.«, пЛ!е±ео-Ю", УПУ-8 от источника Я1Р-404 с различными плазмотронами.

^и^^хля подвергали следующим видам обработки:

- ультразвуковой на установке Томского института СО АН СССР;

- электроконтактной и электроимпульсной ва установке ЛИВТа и

- в -

ВШЛЭСО;

- электроншульсной па установке ИЭСО им.Патона;

- эрозионной на оборудовании ЛПВТа и объединения "Кировски завод" г,Ленинград;

- хикнкотерпической сулыТ.оииаш-роЕанмеи б модернизигюЕанноЛ печи Ц105 с герметичным муаелеи;

- оплавлению с использованием установки ТВЧ ВЧ-I марки ЛЗ 2 хпорбариевой вакпн, установки типя КУЛ, газовой горелкоИ П1-4 и термических пече"; типа УН—6.

Натурные испытания проводились: на судах пароходства Золго-танкер, Ленского объединенного пароходства, Германского порта, Новгородского порта, Северо-Западного пароходства, Гипрорыбфлота Стендовые испытания - на Невском ССРЗ (г.Петрокрепость) и ССЗ им.Ленина (г.Лстраханг).

Основные характеристики методик исследования приводятся в таблице 2.1 (выборочно).

Рентгеноструктурный анализ проводили на дифрактометре УРС-50 ИМ с регистрацией сшштшшщионным счетчиком. Режим работь трубки 20КВТ 10 i¿А. Идентификация £аз по рентгеновской картотеке АЯТ1.1.

Рентгеноспектральный анализ проводили на установке "Комебак< а базовый состав покрытий определяли методом рентгеяофазового анг лиза па дифрактометре "Дрон-2" при Си^ г и Fe,№u излучении ( А = 1,537396 Их). Анализ при следующем режиме: I = 30 мА, U = = 30Ир, постоянная времени - 10 сек; предел измерений - 200 имп/

Структура покрытий исследовалась на электронном микроскопе марки ОйЮЭ 100-005. Разрешающая способность микроскопа 6-Ю-3 - Ю"8 м.

Диапазон увеличения на медленной развертке изменялся от 20 до 20000 крат. Ускоряющее напряяение можно варьировать от 0,75 до 3 кВт. Предел относительной погреппости измеряемой .длины составлю ет ±1С{?.

Методики определения остальных физических величин и более подробное описание указанных в автореферате методик приводятся в диссертации.

Осшшшо характеристики методик проведения экспериментальных исследований

пп

Исследуемая величина

наименование

показатель

Основное содержание методики определения (измерения)

I. Прочностные свойства

2. Триботехнические свойства

3. Цг-лнческая прочность

4. С'.; -уктура и мик-рс :Еврдосгь

5. Пс частость

6. Сс т.еркание кио-

• лг хда

Когезионная

тангенциальная

прочность

Когезионная прочность по нормали

Напряженное состояние

Усилие схватывания и нагрузка разрушения,/^

Массовый износ

На разрывной машине УШ-5 при статическом нагрукенш

По методике М.Д.Никитина

Методом тецзометрирования. По распределению модулей упругости и изменению коэффициента термического расши' рения

На машине трения СЩ-2 по схеме "ролик-ролик" и "ролик-колодка" по моменту трения.

Взвешивание на аналитических Бесах

Па установке СПП-1 по методике ЦНИДИ и ШП по методике ЛИВТа

На микроскопе Ш-0 о увеличением хГОО, хЗОО, х500 и хГООО и приборе ГШТ-З

Штифтовой метод со взвешиванием по методике Хасуя

На приборах "Бальнер" и "Меттлео" завода "Большевик" г.Ленинграда.

«о

ГЛАВА 3. ШССШИЮЩИЯ ДЗТАЛЕЙ даГ7!!, НА СУДО РЕЧНОГО ФЛОТА

Большое количество материалов, из которых изготавливают ~ детали сопряженных пар судовых дизелей, различные условия их эксплуатации (трение, фреттинг, кавитация и т.д.), а также большая номенклатура материалов и оборудования для гаэотерми-ческого напыления усложняют проблем выбора соответствующей технологии восстановления этим методом.

Методика построения технологических процессов восстановления деталей и изготовления новых, исключавдих необоснованный выбор материалов, оборудования и режимов для газотермического напыления, базируется на принципе эквивалентного отображения, -—который-символически записывается~в~следующеи виде:------------

Ф-е— Т,

где $ и Г - векторы соответственно функциональных (эксплуатационных) характеристик восстанавливаемых или упрочняемых деталей, а такне параметров технологического процесса восстановления или изготовления (упрочнения).

Естественно при этом пытаться эквивалентное отображение представить в виде некоторой матрицы взаимосвязи свойств и процессов и формализовать ее таким образом, чтобы можно было, в случае необходимости, не только использовать автоматизированные методы оптимизации, но и обоснованно группировать сборочные единицы по функционально-технологическим параметрам.

Такая постановка задачи.предопределяет важность комплексной классификации и кодирования основной номенклатуры сопрягаемых деталей сборочных единиц по видан изнашивания, материалам трущихся поверхностей и т.п.

В работе приняты в рассмотрение слсдулцие факторы: условия и среда взатя.-о действия сборочной единицы, материалы и структура поверхности сопряженных деталей, виды изнашивания.

Все эти факторы конкретизированы применительно к судовым дизелям, эксплуатируемым на речном флото, а именно среди них выделяли:

1) условия работы сборочной единицы - динамические и тепловые характеристики (относительная скорость скольжения, V ; удельные нагрузки, Р ; температуру, Т и частоту колебаний, J- );

2) среда взаикодействия - воздух, года, в том числе морская, масло, топливо и охлакдакяме жидкости с сернистыми соединениями;

3) материалы основннх и солрягаекнт деталей сборочных единиц -широкая номенклатура конструкционных легированных сталей, чутут, баббиты, бронзы (олошно-фосфористые, оловяяо-свиниово-цинкозие), алшиниеЕые сплавы (типа АШ и А09), гальванические и прочие покрытия;

4) структура поверхностного слоя сопряженных деталей - без термообработки, после закалки, цементации с закалкой, азотирования, прочих видов химико-термической обработки, структура гальванических покрытий и подслоя;

5) виды и причины изнашивания - трение скольжения, фреттинг, ка-витагшонные и коррозионные разрушения, термоциклические и ударноме-ханкческие нагрузки.

Основу классификации и кодирования составило формирование шести классов (по числу рассматриваемых факторов) и десяти подклассов для каждого такого класса. В результате образована (табй.ЗД) функционально-технологическая матрица из шести строк и десяти столбцов, которая позволяет группировать модули сопряженных деталей сборочных единиц судовых дизелей.

Всего для практических условий сгруппировано 35 наиболее характерных модульных пар, восстановление функциональных свойств которых газотермическим (плазменным) напылением является важной задачей ремонтного производства и требует своего более строгого экс-териментального обоснования.

ШВА 4. ИССВДОВАШЕ СВОЙСТВ ГАЗОТЕРШЧЕСКИХ ШЖРНПЙ В У2ЛАХ ТРЕНИЯ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ

Анализ функциональных свойств поверхностей деталей из компактах и напыленных материалов в сборочных единицах трения судовых ди-елей, а такяе научных исследований в области теории трения и изна-ивания многочисленных ученых показал алеющее:

I) износ liobuij^os.u'tu деталил возникает и развивается за счет хзатывания, сопровождаемого образованием борозд, изменения струк-/рных составляющих, пластических деформаций и отслаивания мелких зстип;

Таблица 3.1 Классификация и коды сопряженных модулей

Класс Наименование и код подкласса в числителе

Код Наименование и код модуля 5 знаменателе

10 Причина изнашивания Трение сколь,"Кения 01 Фреттинг 02 Кавитация 03 Термоциклические нагрузки 04 Коррозия 0!

II 12 13 14 15

20 Материал детали Сталь 45 40Х 65 Г 50Х 20 X 10 20 12ХНГС8А. 01 Сталь 18ХНВА 40Х10С2Н 1ХГНВА. 40Х10С2Н 02 Сталь 8ХМЮВ 40Х10С2 ХВГ ШХ15 03 Чугун 04 БрОФ 01

21 22 23 24 25

30 Структура поверхности детали Без термообработки 01 Закаленная 02 Цементированная 03 Азотированная 04 Гальваническое покрытие 0!

31 32 33 34 35

40 Материал сопрягаемой детали Баббит Б-83 01 Бронза о£ 02 Бронза обц 03 Бронза 04 Сплав АСМ 0

41 42 43 44 45

50 Среда работы Воздух 01 Вода 02 Масло 03 Жидкости с сернистыми соединениями 04 Топливо 0

51 52 ЙЗ 54 55

60 Условия работы узла V , м/ I 6-10 6-10 12-14 12-14 6-10

Р , Н т,*с гч 2000 80 50 01 3000 80 50-100 02 4000 100 50-100 04 4000 100 18000 04 6000 100 150000 С

01 (Л 63 64 65

Продолжение табл.3.I

Класс Наименование и код подкласса в числителе

{од Наименование и код модуля в знаменателе

:о Причина изнашивания Ударно-механические нагрузк! ОЕ 07 08 09 00

16 I? 18 19 10

0 Материал детали БрОСЦ Вр08С12 БрОСЗО 06 Сплав алюминия 07 Сц-Рь 08 Ж Рь 09 00

26 2? 28 29 20

3 Структура поверхности детали Химико-термическая обработка 06 Подслой 07 08 09 00

36 37 38 39 30

) Материал сопрягаемой детали Сплав АОТ 06 Гальваническое покрытие 07 Чугу! 08 Сталь без термообработки 09 Сталь закаленная 00

46 47 48 49 40

1 Среда работы Вода морская 06 07 08 09 00

56 57 58 - 59 50

Условия работы узла V, м/с Р , н т , °с / > гч 10-12 6000 100 150 06 0? 08 09 00

66 67 68 69 60

г) разрушение компактных материалов происходит в розультатв нарушения структурной энергетической связи, которая определяется пределом прочности материала, дислокационными процессами, усталостной и структурпо-когезионкой прочностью;

3) йкзическио свойства покрытий, воспроизводимые газотермическим напылением, несколько отличаются от литых; поэтому факторы, обусловливакшие триботехнические и другие характеристики свойств монолитных материалов нельзя однозначно переносить на газотермические покрытия;

Изучение физических закономерностей трения и изнашивания в машинах начато давно п к настоящему Бремени накоплены большие экспериментально-теоретические результаты, основанные на фундаментальных работах по физической и прикладной теории трения и изнашивания.

Сроди этих теорий наиболее распространенными являются термохимические, теплофкзические, молекулярно-механические, энергетические и прочив.

В частности, молекулярная теория объясняет многие триботехнические явления в парах трения силами Ван-дер-Вальса и изменением поверхностной энергии. При этом доказывают, что при сухом и граничном трении превалирует износ на основе схватывания, а разрушение происходит на некоторой глубине (так называемое глубинное внрнваяие

В последнее время появились многочисленные работы по влиянию энергетических параметров поверхности на трлботехннческие характеристики. Так, для оиенки триботехническнх свойств компактного материала предлагается структурная константа, характеризующая критический порог разрушения - энергоемкость, которая косвенно определяется по началу трешняообразования. При рассмотрении критической плотности дислокаций в основном учитывают возникакше напряжения.

Термодинамический подход предполагает, что поверхность разрушается тогда, когда плотность внутренней энергии, накапливаемая в деформированном объеме, достигает некоторой критической величины.

Заслуживают определенного внимания работы по выявлению свойств поверхности из-за изменения работы выхода электронов как одного из фундаментальных положений в электронной теории металлов.

Таким образом, наличие большого количества теорий для описания трхзботехнических процессов в сборочных сопряжениях и отсутствие единых критериев для опенки и прогнозирования работоспособности соединений приводят к е;л',с;.;; - . ''—обоснования и фор-

мирования функциональных свойств поверхностей деталей является в

большей степени экспериментальной.

В главе приводятся результаты исследований закономерностей из-

яашиЕания газотермических покрытий от следующих функциональных и технологических параметров: когезионной прочности, (эк; нагрузки схштнвания, Рек; коэффициента трения, Ктр ; угла смачивания маслом,^ ; напряжений в слое, 5н и пористости, Г1 •

Исследовали 20 составов порошков и проволок (табл.4.1), которые используются при восстановлении деталей аналогичных сборочных единиц судовых дизелей. Свойства покрытий определяли по методикам, приведенным в главе 2. Напыление производили на установке "CaSiofLn " с использованием плазмообразуюшего газа смеси аргон + 1С$ Hg, на режимах, оптимизированных дая данных материалов, исходя из адгезионной прочности.

Исследования проводили в паре с образцами из серого чугуна, оловянисто-свинцовистой бронзы и сплавов на основе алюминия. Удельное давление и скорости сколькения принимали соответствующими эксплуатационным режимам сборочных единиц судовых дизелей.

Результаты исследования (рис.4.1-4.2) износостойкости Шзн ) от когезионной прочности покрытия ( 6"к), нагрузки схватывания (Pcx) и коэффициента трения ( Кт*) показывают следующее:

1) износостойкость покрытий имеет тенденцию к увеличению с повышением когезионной прочности, нагрузки схватывания и снижением коэффишг нта трения; исключение составляют покрытия на основе порошков ПХ20Н80 в паре с бронзами и сплавами ACM, а также ПН80Ю15,

, достаточно высокая когезионная прочность покрытия на основе 1Ш0Н80 не приводит'к ожидаемому увеличению износостойкости, в то время как покрытие ПН85Ш5, легированное нитридом титана (71W), наоборот, при меньшей когезионной прочности имеет большую износостойкость;

2) наилучшими триботехническими свойствами обладают покрытия с наибольшими когезионной прочностью и нагрузкой-схватывания, а также наименьшим коэффициентом трения; в частности покрытия из молибдена (порошок M 14); однако дефицитность молибдена и низкая коррозионная стойкость существенно ограничивают область его применения;

3) все покрытия по износостойкости можно ранжировать в ряды по когезионной прочности, нагрузке схватывания и коэффициенту трения, которые могут явиться основой дая практического использования при выборе материалов дая напыления;

4) в отдельных случаях улучшить антифршпшонные свойства покрытий, например ПГ-АН9, мояно введением в его состав 1,5-2,5% фосфора, поЕшагошие Адв;

5) введение в состав Ni.-U?-.fc> карбида вольфрама при постоян ной когезионной прочности увеличивает нагрузку схватывания (порошки }i 1-4.7); покрытия из порошков на основе железа отличаются достаточ-

Химический состав материалов для напыления

Таблица kj

пп

Материал

Содержание химических элементов, % Примеча--:-ние

A tz 71 К С gL Fe. Л Си Мо

Осн. - 3 0,5 3,5 3 - - - C-WlA

Осн. 16,5 - 2 0,8 3,7 - - - г

Осн. 13,5 - 1,4 0,3 2,6 - - - -

Осн. 16 - 3 0;5 3,5 - - - - 2

- 14 - 4 0,5 3,5 Осн.

Осн. - - 3,5 1,3 3,7 3 - - -

Осн. 6-10 - 3,5 0,5 3,5 - - - - C.WTÓ

Осн. - 45 - - - 0,2 - - -

- 10 - - - - Осн. - - 10 г - - 2 - - - Осн.-

Осн. - - - - - 15 - -

Осн. - - - - - - 30 - -

Осн. 20 - - - - - -- -С01

- - - - - - - -- Осн. Ре. 0,1 0,25 0,25 - - 0,6 0,37 Осн. - 0,2 -

- - - Осн.0,8 - £rv6

- - - - - - Осн. 0$ - РиЛб-]

1. ВСНГН-88 порошок

2. ПГСР-4 порошок

3. ПГСР-З порошок

4. ПГАН-9 порошок

5. Юв порошок

6. ПГАН-7 порошок

7. ПТ12НВК порошок

8. ПН55Т45 порошок

9. Fe.Cr.Mo порошок

10. ПТ1901 порошок

11.17Н85Ю15 порошок

12. ПН70ЕВ0 порошок

. ПХ20Н80 порошок

14. Мо

.5. 65Г

проволока

16. А06 порошок

17. А020 порошок

18. ¿г02

19. ПН85Ш5

21. ПИ851С15 н-ТсД/

Осн. -

- 15

10,5 0,02 - 0,02 0,0о и,-.

%AlO

W6C.C СеО.О;

101

-z

—V -o— \ Nfi

N <N| i ^

«1 V. *»•-. <M Ni y— «Ni •w ca cr» Os oo cavo

V N O-

\ le, V V "S

, Si"

5 «=3 «M «o

• «« V.

-< 9Í

O >V. a** "«V wí «m

M O

0

«

1

" %

6« es O R

g n

O M

So»

S o ffl

(3

9 g

II

s a

<D ti K

lf

II

— <D

«l

0

01

23 •

as

O -<}

0 o

1 I

I

I

0

1

o ¡

0

1 ?

lO OI & i

o 2 • M • <D H

• O x>

ñ ft

O- v

-ie -

о

£ «L

о"

N ta

Ч \

\ N ÏÛ

«A 4 N CÜ ra

N S

4 N

i N > 4

> \

«а - Л s

j (О \

т i о • «г /С 7-- •

/ / *

СМ s V г

/ / 1 -

— <3

Ж с

<

■ •

1 ,

S о к

£ S1

о ж

£1 Ж S»

Iй « й

<5 S

g ш ||

i g

й! s a.

« ч

ф

s к ra ..

к «Q О H о о tu О tr

s a

8 a

0 H

1 °

Ш S

S g.

ci о * g

о S

£ и

«л O«

о

w

яо еысокой нагрузкой схватывания;

6) покрытия на основе порошков интерметаллидной группы сильно отличаются по работе выхода электронов: так если покрытия на основе С^7 . Ре И/имвют высокое значение работы выхода электронов, то у покрытия ННВ5Ю15 и ПХ20Н60 эти значения заметно меньше и не позволяют использовать их при больших удельных нагрузках.

Зависимость износостойкости от , и Кте , полученные при обработке экспериментальных данных по программе ©«г а/гфирмы Ъ, показывают пиеваллрушев влияние когезионной прочности на износостойкость плазменных покрытий при работе со следугацими

"П.^уми алшиния Т1.3Н. = £2. ¿'РОЗ-сГ ' -С

Из этих выражений следует, что наибольший износ покрытий имеет место при работе покрытия в пара с бронзой и чудном.

Износостойкость оопряяспнкх пар в узлах трения с покрытиями удовлетворительно описывается равенством (контртело бронза)

1лэй.=И,2.Чэ8-е -е_______ -..СГ .... .

На основании гипотетического предположения, что изнашивание газотермических покрытий происходит за счет глубинного вырывания при развитом схватывании поверхности трения, особенностей образования трептин в тонком поверхностном слое плазменного покрытия и анализа экспериментальных данных были получены выражения:

иън.-попзгр^и гЬн-соп^.6"/?^; (*) Ц-£.опЛ- Ктр3^

которые подтверждают усталостно-адгезиопный характер изнашивания.

Дополнительно исследовали поверхностную энергию напыленных покрытий и ее влияние на износостойкость напыленного слоя. Тонкий поверхностный слой как компактного, так и плазыенно напыленного на атомном уровне покрытия имеет сложное строение. Теоретический расчет поверхностной энергии, позволяющий определить ввод компонентов в напыляемый материал для повышения нагрузки схватывания, представляет трудную задачу.

Экспериментально поверхностную энергию определяли по работе Еыхода электронов согласно методике, изложенной в главе 2. ' Установлено, что доя исследованных шести составов покрытой (табл.4.2) нагрузка схватывания возрастает пропорционально работе выхода электронов. В частном случае при интегральном значении работы выхода электронов 4,5 Эй с поверхности напыленного слоя состава J4-Cr-6;. нагрузка схватывания при работе с бронзой составляет 190 Н. Введение в состав материала карбида вольфрама интегральная работа выхода электронов повышается.

Таблица 4.2

Результаты исследования поверхностной энергии покрытий

Параметры

Состав покрытия (по табл.4./)

I 2 3 4 5 6

Ток насыщения,А 0,37 70,8 86,3 36.10-2

Удельный ток о насыщения, А/ы 0,31 601 438 30,53 28.6.1СГ5 48S5'

Температура п поверхности, С 2000 1800 1600 Г600 1600 660

Работа выхода, Аэв. эВ 6,0 4,5 4,0 6,0 4,0 2,3

Рех . И зооо 2800 1900 3000 - -

Примечание: образеи: диаметр - 15 мм;

длина - 25 мм: плогаадь-1178 мм .

Исследования влияния состава масла по углу смачивания на износостойкость пар трения с плазменными покрытиями показывают (рис.4.3), что максимальная износостойкость достигается при углах смачивания в пределах 30-50 градусов. Слишком малый угол смачивания способствует растеканию масла, при котором выступы микронеровностей не всегда закрываются маслом. Это естественно приводит к

О/

003 с>08 0,0? qo6 ops

004 <0,03

00/

ooos о

! — 1 1 10

j

!

1 1 1 ! I

1 1 1 i 1

\ \ ■ 1 •

1 \ / /

\ >1 : i '

\ -V / /о f />

° J

од

0J&

ол

0,<

£Цг

io ¿0 30 АО ¿О GO ?а 9Q зо С<, zfic/d^

Рис.4.3. Влияние угла смачивания на износостойкость покрытия в паре с Бр08С12: ♦ г - левая шкала —О---о— - правая шкала

повышенному износу. В го же время угол смачивания более 75 градусов способствует уменьшению количества масла в порах согласно гидродинамической теории и разрушению пористого покрытия в результате расклинов.

Рассматривая группу'материалов, исследуемых для рекомендации в узлах трения, можно установить, что введение в состав JYi-Cr-&< карбида вольфрама повышает нагрузку схватывания не снижая когези-онной прочности. Отсутствие С г с увеличением количества никеля в порошке состава 6 не повышает нагрузку схватывания и, несмотря на повышение вязкости, износостойкость покрытия из этого материала в паре с чугуном, бронзой, сплавом АСМ мала (табл.4.3). Составы материалов на осноге железа имеют достаточно высокую нагрузку схватывания. Введение бора несколько снижает поверхностную энергию, нагрузку схватывания, вязкость. Повышенные триботехнячесние свой-

сгва покрытия Ре£гМСу 65Г, по всей вероятности, связаны с наличием пленки Ре.0, а при пользовании проволокой марки 65Г еще и малая пористость и отсутствие окислов между частицами. Монотонность изменения момента трения от удельной нагрузки и длительности испытания, а такие высокая циклическая прочность материалов Ре , Сг , Мо и 65Г позволяет рекомендовать эти материалы для использования в узлах трения судовых дизелей. Материалы интерметаллидной группы на основе Л1 № , М 71 имеют различные работы выхода в зависимости от структуры. Так «Л£71с имеет высокую работу выхода, электронов и высокое усилие схватывания. При напылении материала ПН85Ш5 на установке ОТУЗД основной структурной составляющей является , которые обладают низкой работой выхода электронов, что не позволяет использовать иг в парах трения судовых дизелей без дополнительной обработки. Покрытие ПХ20Н80 обладает высокой вязкостью, а также монотонным изменением момента трения от нагрузки и длительности испытаний, что показывает на наличие пленки с высокой степенью связи. Однако покрытие из ПХ20Н80 обладает низкой работой выхода и низким усилием схватывания, что не может позволить его использование при высоких удельных нагрузках (без добавки Са), Экспериментальные исследования подтвердили снижение когезион-яой прочности напыленных слоев о повышением пористости покрытия, а такхе хорошую корреляцию напряженного состояния покрытия и когезионной прочности с нагрузкой на индентор прибора шхротвердости, соответствующей началу траидасобразования.

Исследования циклической прочности напыленных покрытий проводили на установках СПП-1 и ЖВТ-63 по методикам, указанным в главе 2. В результате этих исследований (рис.4.4) установлена зависимость циклической прочности от когезионной прочности покрытий в виде (для <Ок ^ 130 Ша)

• Л = (6)

где Л/ц - количество циклов до разрушения; б* - когезионная прочность, Ша;

зависит от состава порошка. Аналитические зависимости износа газотермических покрытий от усилия схватывания, когезионной прочности, коэффициента трения, пористости покрытий в работе устанавливали на основе моле-кулярно-механичаской и энергетических теорий трения. При этом предполагали, что изнашивание происходит в результате следующих

Рис.4.4. Зависимость оикличеокоЯ прочности покрытий от когезионной прочности

- и -

воздействий:

1) схватывания и глубинного вырывания сравнительно крупных частип поверхности трения;

2) царапающего абразивного воздействия грубых выступов, имеющихся на поверхности контртела;

3) динамического внедрения сравнительно крупных частиц, находящихся в зоне сопряжения.

Особенность структуры неоплавленных плазменных покрытий состоит в том, что напыленный слой пористый и представляет собой совокупность сильно деформированных чечвницеобразных частиц. Сцепление частиц друг о другом характеризуется когезионной прочностью <ок. Поскольку обычно когезионная прочность определяет прочность ..ениц, то ojpub частицы с -поверхности напыленного покрытия возможен, если (э^^-бд ( б*е - предал прочности материала нтротел^).

Для отделения частицы от поверхности необходимо, чтобы площадь локального очага схватывания к моменту отрыва оказалась (рис.4.5) сопоставимой с площадью свободной поверхности рассматриваемой частицы в при этом образовалась трещина длиной Ясопоставимой с диаметром частиц cLi , а раскрытие трещины достигло критического значения б^ .

Очевидно, что при отсутствии пластического течения тонкого поверхностного слоя скорость роста площади локального очага схватывания должна быть равной скорости раскрытия трещины от исходной до критической величины.

Согласно схеме рис.4.5 начальная поперечная трещина является эллиптической изолированной трещиной. Под действием локальных yen лий она растет в плане и по глубине, а также способна искривлятьс распространяясь под днище вырванной частицы.

В диссертации исходя из работа(А)по критическому раскрытию трещин с учетом аналитических зависимостей взносов при схватывай получено выражение для мощности деформации при схватывании и глубинном вырывании частиц.

Для четырех металлов, входящих в состав контртела для детал цапф судовых дизелей, .известна а ( 2 • J удовлетворительная корреляция между критической скоростью скольжения li"<f, и относительной темп ера турой схватывания ©л /Тпл Е виде кубической за!

сиыости /г\ / \s

^tonsl (eVrJ, (7)

что позволило вывести зависимость износа в узлах трения.

- 2о -

Рис.4.5. Схема образования трешииы на поверхности

плазменного покрытия: I. Вал с покрытием; 2. Подшипник; 3-4. Епзнячные объеш материала подлинника и вала.

Кроме того, на основании классических переходов и преобразований получили следующее уравнение адгезионного изнашивания

где молекулярная составляющая критического значения коэф-

фициента трения; Рсх - нормальное усилие, вызывающее износ трибосопряженного схватывания;

раскрытие поверхностных трещин; (£- когезионная прочность;

отношение критической температуры схватывания к температуре плавления более пластичной детали трибосопряже-ния;

/V- показатель степени; V- объем вырываемых частиц; Л/ - число циклов нагружения. Из последнего равенства вытекает частная квадратическая зависимость адгезионного износа от усилия схватывания

иАИ=сопЛ/р^ , (5)

где Сош£ - опытная постоянная.

На основании принципа суперпозиции результатов и рис.4.8" получили зависимость объемного износа плазменных покрытий от усилия схватывания

соЫ/р^ (10 )

По аналогии зависимость износа от коэффициента трения при адгезионном взаимодействии £/3н= / • а УРавнение изнашивания можно преобразовать к виду уравнения усталостного разрушения

= ^/<гн )*я (Ъ/к(Гн Ш)

где - критическое число внешних силовых воздействий, достаточное для превращения объема в продукты изнашивания; - среднестатистическое значение амплитуды внешнего напряжения.

to

о.в

Об.

0

X /

п « >7 V

? \> к

$ \

¿/31, г

о,о8 0,06

0,04

ооа

бо до /оагома а)

р..н °'ао*

с} ОООб

к

i V Г

] sr о

л 9* >

PcfH

So So +00 f^o/io

б)

Рис.4.*. Зависимость износа от нагрузки схватывания

а) вкладышей из сплава АСМ с плазменными покрытиями;

б) плазменных покрытий с материалом АСМ.

В соответствии с этим выражением износ плазменного покрытия прямо пропорционален остаточным напряжениям и обратно пропорционален когезионной прочности.

ШВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ГАЗОТЕШИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ, РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ ПОСАДОЧНЫХ СОПРЯЖЕНИЙ КАВИТАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ, ТЕН.ЮЦЮТИРОВАШИ , КОРРОЗИОННО-ЭРОЗИОННОГО ИЗНАШИВАНИЯ УЗЛОВ СУДОВЫХ Д13ЕЛЕИ

Исследования работоспособности газотермических покрытий в условиях фреттинг-изнашивания проводили в три этапа. На первом этапе изготавливали образиы с газотермическим покрытием, напыленным на установке УПУ-ЗД по режимам ЛИВТа, ИЭС им.Патона, ЦН.Щ1. Затем определяли когезионную прочность этих покрытий и нагрузку схватывания при испытаниях на мадшне СКЦ-2. Третий этап включал определение износостойкости напыленных образцов на магнитострикторе с виброконтактным взаимодействием с контротелом из материалов, используемых е посадочных узлах судовых дизелей. Анализ результатов эксперимента (рис.5.1) показывает, что при одинаковой частоте вибраггаи основным фактором, определяющим износ, является нагрузка схватывания.

Изн.. мг

6

5 4 3 2 I

1 - ПХ20Н80 2 - ПГАН9 3 - ПГСР-4 4 - ПТ45Н55 5 - ИТЮ5Н 6 - Те СъЛ/о 7 - ПХ2Ш80 + С

<

\\

■ 'I Р \ н \

(2 ц-Я № 6 2 ■

3

50 "100 150 200 ¿50 300 Р<ЗХБ х1(

Рис.5,1. Зависимость износа при фреттнг-изнашизанш от усилия схватывания

• -в паре с чугуюм;о- с закаленной сталью.

Рентгеноструктурным анализом обосновано снижение износостойкости при фреттинг-изнашивании покрытий с интер металлидами J^i^i и Atz . Повышение износостойкости покрытий с интерметаллипами

, Ж 71 , Ж Р подтверждается введением в состав материала на основе Jb-Ci-ßt фосфора.

Обработка цанннх эксперимента по методу наименьших квадратов позволила выявить зависимость *

которая определяет апгезионно-усгалостнкй характер изнашивания покрытий и предопределяет влияний когезионной прочности.

На основании выполненнкх исследоевний разработали специальна кротки (Те.-£•<-/Ъ > которое используются как механическая смесь с латунью (авт.свис. » 1619Ö79 26.12.89 г.).

При исследованиях износостойкости напыленных покрытий г условиях кавитационного изнашивания исходили из того, что прочностное характеристики напыленньтх покрытий определяются адгезионной и то-гезионной прочностью. Поэтому покрытия напыляли на таких режимах, которые обеспечили адгезионную прочность не ниже 0,5 МПа, и при зтих условиях исследовали влияние когезионной прочности на кави-тационную стойкость покрытия.

В результате обработки "кспериментальньтс аанньтс получены следующие зависимости кавитаиионного износа от когезионной прочности: для сплавов 1ГАН-9; ПХ7СНВ0; MC* ; ПТ-КЗН; М и ПТ19Ш1

и^^чо*-^" ; (а)

ял я сплавов ПГСР-4; ПН85Ю15 и ПН55Т45 м ~ui6

и, = i-fO <0 (1Ь)

SH *

В ^тих формулах UJH - износ, полученный после магнитострикционной обработка, г; - когезионная прочность, МПа.

Кро«*е того, показано, что введение графита в состав покрути«7 из никель-титана, не влияющего на когезионную прочность, привосит к повелению кавитационноГ: стойкости, а легирование покрктия из нихрома добавками £лМл Sl угелтивает кавитацяонную стойкость и пре-вьтпает г четире раза износостойкость литой латуни Л-6Г, материала общепризнанного кавитациснно стойким.

С другой стороны, исследованиями механизма кавитациоиного разрушения подтверждено то, что энергия динамического воздействия на кавитирующую поверхность зависит от свойств тцЛлрнио^Изменяя эти свойства (поверхностное натяжение) можно управлять процессом замыкания полости и добиваться снижения кавитаиионного изнашивания.

Ъшо сделано предположение, что при нанесении газотермических покрытий поверхностным натяжением можно управлять за счет подбора материала покрытий.

При испытаниях установлено, что наименьшее изнашивание напыле ных образцов имя^т место при углах смачивания 30-60 градусов, кото рые, .... в частности, характерны для покрытий из ПГСР-4, ПГАН-9 и др.

Для выявления целесообразности применения того или иного ыате риала для восстановления поверхностей деталей, работающих при тер-моииклических нагрудрах, были проведены исследования свойств покрь тий различного состава на изно со стойкость в парах трения с чугуноь и гальваническим хромом и эрозионную стойкость при воздействии на покрытие твердо-жидких частиц серы, углерода, молибденита в камер« с температурой среды 300-800°С. В качестве материалов для напыления были приманены порошковые материалы из сплавов на основе Со (ЭП616, ЭП619), 2/- 02, (ПН85Ю + А?г0£), (ПН85Ю15 + 02),

Таблица 5.1

Влияние свойств материала покрытия на изнашивание и термоциклическое отслаивание

Штерна л покрытия Гятервал детали Изн. мм3 <5а Ша С* МПа Ю6

ПН85Ю15 40ХНСИ 2 6 16 0,09 500

ПН85Ю15 + ТсН Сч24 1,9 4 14 0,06 480

ПН85Ю15 +2$. 0? 30% хвг 3,8 4 8 0,06 200

ПН85Ю15 + А оОо 10$ Сч24 4,0 3 9 0,07 200

ПН85Ю15 +1гОг 20% Сч24 2,8 4 10 0,08 280

ПН85Ш5 № Сч24 1.5 5 12 0,07 450

ЭП616 Сч24 1.0 6 19 0,08 700

ЭП619 40X4 1.2 5 16 ОД» 600

2*02 Сч24 3 3 7 0,05 150

ПН85Ш5 + Мэ Сч24 1.3 6 16 0,06 500

Результаты исследований покрытий в камере о сернистыми соеди-¡ниями приведены в табл.5.

Таблица 5.2

Сравнительные исследования износостойкости покрытий при испытании их в камере с сернистым соединением при бомбардировке распыленны.! графитом

1аименование ' ' <5", Изн. Н/Нт

латеркала №■10 Ша*Ю г/10Г2

1ГСР-4 20 б 4,1 55/24

1ГСР-3 18 4 5,1 50/24

а2о3 В 3 • 9,0 60/40

ЗП616 20 6 2,0 •55/24

Стелл ит( литой) 20 - 2,0 62-30

ИН85Ю15 + 47/30

м20 3 12 5,5 4,5

2г02 9 • 3 8 . 60/40

ПН85Ш5 + 50/34

Нг02 12 4.5 3,9

Р^

- твердость при температуре 2(Рс

- твердость при темперануре 600°С Нт/Н.

Наибольшая износостойкость соответствует наиболее высокой ко--гезионной прочности.

ГЛАВА 6. ИССЛЕДОВАН® МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ГАЗОТЕНШЕСКЙХ ПОКРЫТИЙ В УЗДАХ СУД0В1Х ДОЗЕЛЕЙ

В работе исследовали следующие технологические процессы повышения работоспособности газотермических, покрытий:

1) ультразвуковой обработки;

2) электроконтактного, электроимпульсного " ■ ".......- ) воздействия;

3) электроэрозионной обработки;

4) оплавления самофлюоушихся покрытий;

5) сульфовдалироЕания.

Исследования по влиянию ультразвуковой обработки (УЗО) на свойства плазменных покрытий проводили в два этапа:

1) напыление образцов;

2) определение свойств покрытий и их влияния на износостой-

Н

кость и циклическую прочность.

Напыление образцов производили на установке УПУ-ЗД с последую-~ей послойной обработкой ультразвуком на установке УЗГ-10. Режимы чапыления для каждого материала принимали по рекомендациям ЦИДЦИ. Режимы ультразвуковой обработки на установке УЗГ-10: мощность -10 кВт; частота - 22 кГц; амплитуда 10-20 А; диаметр индентора 10 ь интервал изменения нагрузки на индентор 50-400 Н.

Для напыления применяли порошки сферической формы с гранулэмет рическим составом 40-100'мкМ.

Анализ результатов исследований (рис.6.0 показывает:

1) с повышением нагрузки Рн на индентор уменьшается пористость П во всех группах покрытий (самофлюсующихся, интерметаллидных, литых, композиционных);

2) изменение когезионной прочности 6"* от нагрузки на иццентор носит экстремальный характер; наибольшая прочность воспроизводится при нагрузке на индентор около 200 Н, исключение составляют покрыть из порошков \ причиной снгасения когезионной прочности при увеличении нагрузки на индентор свыше 100 Н в покрытиях этого соста ва является искажение кристаллической структуры;

3) по большинству свойств напыленных покрытий наилучшие резуль таты получаются при нагрузках на индентор 100-200 Н.

Анализ полученных результатов указывает на повышение когезионной прочности в покрытиях из всех исследуемых нами материалов после '/30. При этом нагрузка схватывания снижается у интерметаллидных покрытий, повышается у покрытий на основе железа и остается без изменения у покрытий ПХ120Н80. Коэффициент трения покрытий при обработк ультразвуком изменяется неодинаково. Нагрузка разрушения и цикличес •;ая прочность покрытий увеличивается. Износ плазменного покрытия при обработке ультразвуком снижается в 1,5-2 раза по сравнению с покрытием без УЗО (рис.б.2 ).

Характерной особенностью ультразвука является то, что в отличие от тепловой энергии, которая распределяется довольно равномерно по всему объему деформированного материала, акустическая энергия поглощается, главным образом, границами напыленных частиц, дефектами кристаллической решетки, то есть избирательно. Структура покрытия создается в результате высокоскоростной деформации частиц. 3 результате, как показывает рентгеноспектральный анализ, при УЗО на поверхности частиц появляется аморфное диффузное гало, которое способствует повышению сцепления мелду частица!.та.

Повышение когезионной прочности при испытании образцов с послойной в процессе напыления УЗО можно, также объяснить наличием

Рис.6.1. Изменение свойств покрытий от режимов УЗО I. ПГСР-4; 2. ПП8500; 3. 65Г; 4. А06.

аморфных фаз.

Другой причиной повышения прочностных свойств покрытия после обработки УЗ можно считать изменение структуры слоя и формирование частиц напыленного покрытия в виде продолговатой пластинки.

Уменьшение коэффициента Ктр и повышение нагрузки схватывания может быть достигнуто введением в состав порошков элементов с большой степенью аморфизации, например 8> , Ьв , ?ч , С .

Исследования позволили установить, что создание аморфных стр} тур при УЗО понижает коэффициент трения поверхности покрытия. Инге сивность УЗО, в результате которой происходит только искажение кр! таллической решетки, повышает коэффициент трения поверхности покр

Ультразвуковая обработка плазменных покрытию ки^ии-^,«. _ зень растягивающих напряжений вплоть до полной релаксации. Знак качение остаточных напряжений оказывают большое влияние на изно-гойкость покрытий и особенно их усталостную прочность. На осно-ии результатов проведенных исследований модно предположить, что менение ультразвуковой обработки погасит физикомеханические йства покрытий, применяемых для восстановления и создания дета-[ судовых дизелей?и будет улучшать их.эксплуатационные характе-угики.

Результаты исследований покрытий из порошковых материалов сос-за Ж. Сг-, Ж-£п-показывают, что усталостная прочность их полается. Tax разрушение напыленного слоя -из АОб да образце из ста-10 происходит при (9-10) •10® циклов, а при воздействии ультра-.ука в процессе напыления - (12-14) -10® циклов. Образцы из стали с напыленным покрытием порошком ПХ20Н80 без УЗО разрушаются при >•10^ циклов, а при послойной обработав покрытия и основы УЗ при МО® циклов. Покрытия TLX20H80 без УЗО отслаиваются от исследуемо» образца до излома, а при УЗО отслоеш.з > тоисходит даже после злома образца.

Микроструктурный анализ свидетельствует о том, что в покрыти-х с ультразвуковой обработкой происходит размельчение и вытягива-ие частиц в слое, изменение структурв напыленного покрытия.. Струк-ypft. основного материала образцов из стеши и чугуна после ультра-¡вутсовой активации приводит к повышении циклической прочности де-.'алей с напыленным покрытием в целом, циклической прочности покрытия и материала под напыленным слоем.

Исследования по влиянию электроконтактной (ЗГО) и алектроимпульсной (ЗЮ) обработки на свойства газотермических покрытий проводили с использованием материалов, гранулометрический состав которых составлял 40-100 мк. Напыляли образцы на установке УПУ ЗД по режимам ИЭС им.Патона и ЛИВТа. При исследовании определяли влияние тока и усилия на ролик при ЗКО и амплитуда импульса тока и нагрузки при ЭИО на свойства покрытий. Ролик изготавливали из титана марки ЗТЗ диаметром 60 мм и шириной 20 мм.

Анализ результатов исследований при ЭКО показывает, что влияние тока и усилия на ролик неоднозначно при воздействии на покрытия из различных групп порошков. Так при обработке покрытий из са-мофлюсущихся материалов увеличение тока и усилия на ролик приводят к снижению пористости, повышению когезионной и циклической прочности, снижению напряжения в слое. При этом почти не изменяется нагрузка схватывания и коэффициент трения с контротелом из

Ре*.Н 35 О

45

Ш

ги гю м

*0' }0 20 Рн Н

\

X ЛЗЛ

ч \--

. N ч4^

5>Н

■20 20 Р«И

-А

т

зл-

~г

22 го 17

ш

ю го :

Кт

а

. 4«

го юР„»

1

1 1

N

ю го ы /?лН

<

>

£

ц

— —

'/о го зо р„н

Рис.6.3. Влияние режимов послойной электроконтактной обработки на свойства покрытий I. 11ГСР-4; 2. ПН35С0. 3. 65Г. 4. Л06.

Рис.б.4. Влияние режимоз ЕИО на свойства покрытий

- за -

бронзы, чугуна,сплава АСМ. Повышается циклическая прочность покрытия. При обработке покрытий из интерметаллидов уменьшается пористость, однако с повышением тока свыше 100 А и усилия на ролик свыше 20,0 Н когезионная и циклическая прочность~покрытия"снижаются;— При изучении влияния тока и усилия на когезионную и циклическую прочность покрытий из сплавов на основе алюминия можно отметить наличие максимума. С увеличением тока до 100-200 А и нагрузки на ролик 10,0-20,0 Н прочностные свойства покрытия увеличиваются, но при дальнейшем повышении тока и усилия на ролик снижаются.

При электроимпульсной обработке покрытий повышается когезионная и циклическая прочность всех групп материалов. Однако с увеличением нагрузки на ролик свыше 20,0 Н когезионная и циклическая прочность несколько уменьшается. Электроимпульсная обработка покрытий значительно снижает напряжения в покрытиях. Сравнение триботех-• нических свойств покрытий после ЭКО и ЭИО показывает, что ЗКО по сравнению с ЭИО приводит к большему изменению усилий схватывания и снижению коэффициента трения.

Технологические режимы ЗКО различным образом влияют на свойства покрытий. Так, скорость вращения напыляемого и обрабатываемого электроконтактного ролика влияет на нагрузку схватывания, износостойкость, нагрузку и длительность до разрушения, микротвердость, коэффициент трения покрытия. Исследование группы самофлюсующихся материалов покрытий из порошков на основе алюминия, меди (бронз) и на основе железа (в основном проволок )показывает, что износостойкость покрытий повышается с уменьшением скорости перемещения поверхности' детали относительно ролика. Износостойкость покрытий из интерметаллидных порошков, наоборот, понижается с уменьшением скорости вращения детали с покрытием. С повышением относительного перемещения ролика по отношению к поверхности детали повышается нагрузка разрушения у интерметаллидных покрытий.Нагрузка схватывания такке возрастает при увеличении относительного перемещения детали и ролика при использовании всех групп исследуемых нами материалов.

Микротвердость покрытия растет с увеличением нагрузки на ролик. Увеличение тока вызывает повышение микротвердости у самофлюсующихся покрытий и снижение у интерметаллидов.

Оплавление газотермических покрытий как способ влияния на их свойства имеет смысл только в том случае, когда для напыления используют так называемые самофлюсующиеся материалы (порошки). В настояло: t „ , - большая номенклатура такого тип" на основе Mi-Сг-В; иЯе-Сг-В" с различными легирующими добавками. Эти сплавы имеют низкую температуру плавления 980-1080°С на ни-

келевой основе и 1000-1250 С на железной основе. Наличие в составе порошка бора и кремния способствует эффекту самофлюсования. При самофлюсовании образуются боросиликатные шлаки &„ О, 0 , которые легко всплывают на поверхность покрытия.. Самофлюсующиеся материалы могут применяться без дополнительного оплавления. Однако в некоторых случаях, например, при восстановлении и изготовлении поршневых пальцев, впускных и выпускных клапанов, требуется повышенная коге-зионная прочность. При оплавлении покрытия не следует доводить до полного расплавления, так как в этом случае первичные кристаллы карбидов и боридов хрома переходят в жидкий раствор и при последующей кристаллизации образуют, грубую структуру, ухудшая качество покрытий. При нагреве таких покрытий за счет расплавления легкоплавкой составляющей структуры эвтектики яидаая фаза появляется за 100°С до их полного расплавления. Б го же время исходные составляющие структуры сплава твердого раствора и карбиды остаются в твердом состоянии. Возникшая твердая фаза заполняет образовавшиеся при напылении поры, в результате чего происходит формирование покрытий. Кроме основного состава в покрытие входят различные легирующие элементы, которые определяют когезионную прочность и триботехнические характеристики покрытия. Для оплавления покрытий применяют различные способы: газовые горелки, нагревательные термические печи, хлорбариевые ванны, установки токов высокой частоты (ТВЧ).

Для определения.целесообразности применения того или иного способа оплавления при восстановлении и изготовлении деталей судовых дизелей (поршневых пальцев, клапанов) были проведены исследования влияния способов оплавления на прочностные и триботехнические характеристики покрытий. Результаты исследований оценивали металлографическим анализом образцов и триботехническими свойствами. Микроструктуры шлифов,"полученные в работе, позволяют надежно судить о влиянии способа оплавления на свойства покрытий. Получено, что при оплавлении ацетилено-кислородным пламенем покрытия из материала ПГАН-9 образуются укрупненные зерна структуры. При оплавлении этого же материала ТВЧ у зоны соединения образуются мелкие зерна боридов. Исследование триботехнических характеристик покрытия из сплавов ПГСР-4 и ПГАН-9, оплавленных ТВЧ, показали уменьшение Ктр при высоких скоростях вращения детали. При оплавлении сплава на зкелезной основе применение ТВЧ приводит к мелкозернистой структуре боридов, что увеличивает твердость поверхности, а также создается фаза Рс а л .п.оиынает коэффициент трения, увели"«-—я

схватывания. При оплавлении на малых скоростях при использовании термических печей и хлорбариевык ванн несколько увеличиваются зер-

на структуры составляющих боридов, возникает легированная фаза, которая создает предпосылки к снижению усилия схватывания. Недостатком оплавления в ::лорбариевой ванне такяе является возможное корродирование покрытия и особенно стальной основы, на которую на-посится покрытие при проведении процесса в нераскисленной ванне или наличие примеси Ва С£^в ванне.

Недостатком процесса оплавления самофлюсующихся материалов является снижение усталостной прочности детали, на которую наносится покрытие.

Следовательно, эти покрытия можно использовать только при восстановлении деталей, имеющих достаточно большой запас усталостной прочности.

Исследования, проведенные с применением различных способов обработки, показали, что для повышения циклической прочности и триботехнических свойств однозначного материала необходима мелкозернистая структура с пластинчатой морфологией и высокой когезион-ной прочностью (прочностью соединения меяду частицами).

Экспериментальные данные показывают, что при оплавлении самофлюсующихся материалов получить пластинчатую морфологию сложно и поэтому все действия могут быть направлены только на получение . мелкозернистой структуры с наименьшими напряжениями в слое.

Сравнительные данные триботехнических и прочностных характеристик покрытий из самофлюсующихся порошков свидетельствуют, что применение ТВЧ приводит к повышению триботехнических характеристик.

Циклическая (усталостная) прочность покрытия, оплавленного в хлорбариевой ванне, термической печи и горелкой (газовой) шске, чем при оплавлении ТВЧ.и при послойной обработке ШиШ,

Исследования свойств слоев, нанесенных методов газотермичес- . кого напыления; порошками марок ПГТ9-М01, ШЖ5Ю15, Юв (ПГР-Х4Г2 ) и проволоками Св08, Св08Г2С и 65Г диаметром 1,2 мм с последующим сульфоцианировашем проводили на режимах: Т = 520°С, выдержка 3 часа в продуктах карбамида и серы (тиоыочевины). Состав газовой атмосферы печи при Т = 520°С: Л/Иь ,С0, , , Н^.

Исследовали триботехнические, прочностные, металлографические и рентгеноструктурные характеристики покрытий.

Металлографическими исследованиями шлифов с покрытиями из порошковых материалов ПГТ9-М01, ГОЙ5Ю15 и др., нанесенных на подложку из стали 45, установили, что все покрытия толщиной до 2 мм име-

Гт.-по-иггм лплистость. В месте соединения покргт"^ ° .........."

имеет место карбонитридная зона.

На границе раздела покрытия с основой, где появляется белая полоса (рис.6.5), почти нет обычной дефектной зоны, которая харак-

:ерна для несульфоцианированных покрытий и является причиной низ-гай прочности сцепления с основой. Тагосе на самой границе нет рвз-:ого перепада микротвердости. Микротвердость сульфоцианиро ванных |бразцов по глубине покрытия резко отличается от несульфоцианиро-занных. Отличие, в основном, проявляется на границе раздела "пок-зытие - подложка", т.е. там, где образуется карбонитридаая прослой-са. Изменение микротвердости начинается примерно за 50 мкм до гра-шцы и заканчивается в 100 мкм от границы. Анализ зависимости мик-хэтвердости от глубины (рис£,&)показывает, что за 50 мкм до гра-шцы микротвердость падает, а затем происходит резкий скачек наверх ; постепенным или резким падением в зависимости от толхцины покрытия. Это падение ыикротвердости связано с наличием микродефектов, полученных при напылении. Максимальная

пперотвердость 6500...6600 Ша наблюдалась в 10... 15 мкм от границы раздела. Сульфоцианиро ванные покрытия до самой границы никаких изменений не претерпевают. Не сульфоцианированные образцы имеют тенденцию к снижению микротвердости за счет микродефектов. И в том í в другом случае микрогвердость на границе раздела составила . > 5500...4000 МПа. Сульфоцианирование покрытий кроме того п^и^рбрме^ отдельных частиц изменяет структуру, уменьшает дефектность покрытий.

Исследования трибогехнических и прочностных характеристик покрытий, напыленных на установке АПР-404 с использованием плазмооб-эазующих газов и воздуха показали следующее.

Покрытия после сульфоцианирования имеют более высокую нагрузку схватывания. Толщина покрытия не оказывает влияния н^ нагрузку гхватывания. С увеличением пористости сульфоцианиро ванных покрытий цо 6% нагрузка схватывания возрастает. В то же время усилие схватывания покрытий без сульфоцианирования при изменении пористости практически остается постоянным. Наряду с повышением нагрузки схватывау пия при сульфоцианировании несколько повышается коэффициент трения. Эти изменения коэффициента трения при длительных испытаниях носят монотонный характер. Покрытия без сульфоцианиро вания, имея существенно меньшие значения в начале испытаний могут значительно изменить коэффициент и момент трения при увеличении нагрузки дли длительности испытания.

Износостойкость сульфоцианиро ванных покрытий!выше, покрытий .без сульфоцианирования, при этом для покрытий на основе бронз содержание кислорода в сульфоцианиро ванных покрытиях увеличивает его износостойкость.

Сулъфоцианирование приводит к дтгп'Т'т-^т р^—рпип адгези-

Л„:Ю,МПа

50 100 150 200 250 300 Ъ,мкм

а) изменение микротвердости по глубине

1 - после оульфоцианирования;

2 - без сульфоцианирования

П00 и НООО

б) структура покрытия дп - покрытие; 5»кн- карбанитридаая зона; В^иут диффузионные

Рис. 6.5. Структура н микротвердооть оульфопианированного покрытия ШТ9-М01 на отаяь 10.

нной прочности покрытий без подслоя из термореагирующих материа-ов. Проба на угол загиба, проведенная согласно ОСТу 24346 при спытании антифрикционных материалов, показала, что сульфоциани-ование повышает угол загиба и пластичность напыленных покрытий.

Сульфоцианирование покрытий увеличивает когезионную прочность а 25-30#, увеличение толщины на когезионную прочность сульфоциа-ированных покрытий на оказывает влияния, пористость свыше нижает когезионную прочность сульфоцианированных покрытий по таим же закономерностям, как и без сульфо цианирования. Содержание ислорода в покрытии до н£ приводит к снижению когезионной рочности сульфоцианированных покрытий. .

Металлографическими исследованиями и рентгеноструктурным яализом на поверхности образцов сразу после сульфоцианирования 5наружена свободная сера и углерод;. В матрице образцов с покрыти-г, напыленным материалом ПГ19-М01, Бр08С12 зафиксированы мелкие сличения,- состоящие из легированной меди, нитридов алюминия и /льфидов.

Были также получены следующие структурные составляющие меди

I и железа Ре. (¿/У), ,

, Яег 0Ч , Р&^А/. Показано увеличение структурных составля-цих окиси меди с возрастанием кислорода в матрице покрытия при шылении бронз на установке с плазмообразующим газом - воздухом. >держание кислорода определялось на приборе "Бальцер".

В матрице шлифа зафиксированы мелкие включения, состоящие из згированной меди, нитридов алюминия, /СРе., легированного железа,

гльфидов железа и меди. В зоне соединений обнаружены Ре. (СЛ/){, » .

Таким образом, газовое сульфоцианирование напыленных покрытий отводит к повышению когезионной прочности, нагрузки схватывания, | при этом повышается коэффициент трения и снижается теплопровод-|сть. Повышение когезионной прочности, угла загиба биметалличес-к напыленных деталей связано с возникновением карбонитридной зо-[ в зоне соединения основы с напыленным слоем.

Процесс сульфоцианирования газотермических покрытий можно ре-мендовать при восстановлении посадочных поверхностей, поверхнос-й, подверженных кавитационному изнашиваниями в узлах трения при лых скоростях перемещения и высоких нагрузках.

На технологию упрочнения вкладышей подшипников тихоходных ди-лей, фрикционных дисков и фланцев отбора мощности получены авгор-ие свидетельства № 4898573 от 22.07.1992 г. и № 4911555/02 от .11.1991 г.

_Исследования влияния технологических параметров оборудования

на свойства газотермических по крытий "прово дили~с "целью-выбора-обо— рудования и параметров его работы ддя конкретных технологических процессов восстановления судовых дизелей.

Оценку оборудования производили по влиянию характеристик струй, воспроизводимых различными установками (турбулизации струи, напряжения на дуге, скорости истечения струи) на свойства покрытий.

Исследования выполняли на установках ЕИ-80, JUe.-Le.o-60, УПУ-ЗД, УПУ-8 и др. с источниками питания АПР-404 и плазмотронами Т-225, НИКЖ'Т, УПР, В2СЗ, ПВК-1 при равномерной подаче порошка. Использовали порошки грануляции 40...100 мкм и плазмообразумщие газы: аргон + 10?: азота; аргон + 10:5 водорода, воздух, воздух + природный газ.

Степень турбулизации струи определяли на установках оптического измерения' характеристик струи. Анализ изображений ореолов струй и характера их истечения из плазмотронов различных типов показало, что наибольшая турбулизация струи происходит при использовании плазмотрона УПУ-8 и наименьшая плазмотрона от установки фирмы "</!/е£«з-60", Ей-80 и С2ВЗ. Ка рис.6.б представлены данные влияния степени турбулизации струи на свойства покрытий. Степень турбулизации (Тд) оценивалась по ореолу струи для каждого плазмотрона по методике, разработанной в академии им.Можайского.

Из анализа результатов эксперимента видно, что порошковые покрытия, имеющие высокую температуру плавления и малое сродство с кислородом менее чувствительны к степени турбулизации струи. Так (рис.6.6), в покрытиях, напыленных материалами ПГСР-4 и ПН85Ю15 с повышением степени турболизации когезионная и циклическая прочность, износостойкость изменяются незначительно, тогда как при напылении материала 65Г "I" происходит изменение циклической прочности с 12*10® циклов до 7-Ю^циклов. При напылении порошков состава

- на установке ЕИ-80 с турбулизацией 5?4 содержание кислорода в покрытии составляет 0,396, а'при напылении на установке УПУ-8 - 1,7% (ив том,, и в другом случае использовался плазмообра-зующий газ аргон + 10& азота).

Изменение скорости истечения струи и повышения напряжения на дуге однозначно влияет на свойства покрытий. При использовании газов + Н2", "кг+/1/^4 воздух" увеличение скорости истечения струи приводит к уменьшению пористости, повышению плотности покрытий, когезионной прочиоси и^ ^ьшов ПН8Ы015, ПХ20Н80,сплавов на основе IV

Мо

24 20 <9 <8 17 1в <5 №

5 /О 15 20 25 5а Ъ5Тд% .„)

мЛ'^7 45 2 0 7 5 30

3,0

2,5 2,0

' Ц}И 10*,г Л

V ... ./г? 5

/ >

4

2

5 <0 15 20 25 30 3575,7, ^

5 <0 /5 го 25 3о- Ъ5Тр%

5 10 15 20 25 ю Ъ5Т}%

гни.и.и илтшие параметров плазменной струи

на свойства покрытий I - ббГ; 2 - ПГСР-4; 3 - ПН85Ю15; 4 - А06

3

3

Анализ результатов эксперимента показывает, что с повышением "Ъ^з^пористость~уменьшается"при_на1Шлении~на~разл11ЧНЕпс~установкахт

Исследования влияния угла наклона плазмотронов различных кон струкии:' к напиляемой поверхности па когезионпую прочность покрытий ПГСР-4, 1ШЬ5Ы5, 65Г свидетельствуют о том, что увеличение уг ла наклона всех плазмотронов от 30 до 50 град/сое увеличивает ко-гезконнуп прочность покрытий. Для покрытия ПН85Ю15 эта зависимост для всех лляз\:сгроков, кро?.:е плазмотрона С2ВЗ, имеет ллней'.чй характер. Достаточно резкое повышение когезиснной прочности с Еозра станием угла наклона от 30 до 60 градусов связано с высокими скоростями истечения струи при малой турбулизаиии ламинарного потока Наилучшие результаты для покрытия 11НЬ5ыЕ5 получены на плазмотроне "Ме^со-60", УПУ-ЗД и СсЗЗ.

Угол наклона плазмотронов влияет также на содержание кислорода в покрытии, циклическую прочность, износостойкость.

Когезяояная прочность материала А06 при напылении под углом 45 градусов снижается в даа раза по сравнению с ксгеззопной прочностью покрытая, напыленного под углом 20 градусов. Исключением являются напиленные сдои, выполненные плазмотроном с меньшей степенью турбулизаиии струи с подачей плазмообразуютего газа без элемента завихрения. В последнем случае когезиояная прочность покрытия А06 снизилась на 20%.

Исследование свойств напыленных покрытий с использованием плазмотрона ПЕК с угольным электродом и пропанбутаном с воздухом в качестве плазмообразущего газа показали, что морфология, фазовый состав, микротвердость и другие характеристики покрытий отличаются от тех Ее параметров покрытий, нанесенных на других типах установок. Покрытия обладают более высокой твердостью, низким содержанием кислорода, видимо, связанным с восстановительными процессами в струе, гак как низкой степенью турбулизации плазмотрон ПВК не обладает. За счет высокой энтальпии проиесса покрытие обладает высокой адгезионной прочностью; например, баббит, напыленный на бронзу, имеет адгезионную прочность, равнопрочную баббиту -6 Ша, однако при напылении баббита толщиной 0,5 мм он разрушается при циклической нагрузке 2 млн.ииклов.

При напылении сплавов на основе алюминия и меди происходит аналогичное разрушение, при этом было определено значитальное повышение твердости при ки^чуить« окислов. Увеличение твердости происходит в результате внедрения ионизированного углерода, в кристаллическую решетку напыляемого покрытия.

Комплексными исследованиями в работе показано влияние на три-

_ 4V _

ботехнические параметры газотермических покрытий скорости истечения струи плазмообразующего газа, плотности и гранулометрического сос-.:;ч)' ¡сов, давления транспортирующего ;.............

в частности, экспериментальные данные позволили установить эмпирические зависимости пористости и когезионной прочности покрытий в зависимости от плотности порошковых материалов, скорости истечения струи и давления транспортирующего газа. При определенной схеме подачи порошка и энтальпийных условий расплавления порошков (эксперименты проводились при использовании легкоплавких порошков )

<£- 5.1 1Г/"', (<5) С- 9.8/(Г/", «6)

f= 2,7 г/см3 , Г= 8,0 г/см3

(£;= 3,6 (Г/-'3 , П = 80/0/5-3

f = П,3 г/см3;, 8; 0; II; 3; 2,7 г/см3

Более подробные результаты этих и предадущих исследований приводятся в диссертации.

глава 7. технология газотешического плазменного нашж1ия ашв5рйкци0ншх слоев при изготовлении и восстановлений ВКЖДИЕЛ подапников судовых дизелем

Выполненные комплексные исследования газотермических покрытий по широкой номенклатуре напыляемых материалов, режимов, свойств и технологических факторов фактически подготовили научную базу для практического проектирования технологических процессов восстановления основных деталей судовых дизелей.

При научных консультациях автора работы в течение 20-25 лет в Ленинградском институте водного транспорта (ныне С.-Петербургском государственном университете водных: коммуникаций ) разработаны технологические процессы плазменного напыления на стали (коленчатые валы) , чугуны (фундаментные рамы), алюминиевые сплавы (порвди и подвески коленчатых валов) и т.д.

Поэтому в настоящем исследовании автор ограничил область применения полученных результатов до применения их к восстановлению вкладышей подшипников коленчатых валов, наиболее чувствительным к различного рода изменениям функциональных параметров и эксплуатационным условия?,т.

Разрабатывали технологический процесс восстановления вкладышей коренных подшипников двигателя 8шд 48а-2у плазменным напылением ан-

тифрикционного слоя А020 (20% Я^; 0,8%Сц; ; ост.

_При этом вьшолнили полный комплекс исследований для указанных

конкретных условий, включающий в себя

1) обоснование и выбор материалов;

2) исследование циклической прочности антифрикционных покрытий и нагрузки разрушения;

3) изучение влияния ЖО и УЗО на износостойкость напыленных материалов;

4) исследование покрытий в зависимости от технологических (факторов, а такте фазового состава и структуры напыленных слоев.

Поскольку все эти исследования являются частным развитием общих научных результатов, то из-за ограниченного объема реферата здесь не приводятся, а в полном объеме содержатся в диссертации.

Стендовые и натурные испытания восстановленных вкладышей в пол ной мере подтвердили их работоспособность в соответствии с ТУ на капитальный ремонт дизелей 8нфд-48А-2У.

ВЫВОДЫ

1. Структурно-эксплуатационный классификатор деталей судовых дизелей позволяет оптимизировать исследования влияния свойств плазменных покрытий на износостойкость поверхностей деталей при различных видах изнашивания.

2. Установлены зависимости влияния свойств покрытий на износостойкость и циклическую прочность покрытий в виде 1Ьн.=соп5^>;

х(Гн/(Гк 5'5; Изн.=соп5^/Рсх5'5; ЙЗН.=С0П5£ =С0П5"£б^.

3. Основным свойством, влияющим на износостойкость, термоциклическую прочность и эрозионное разрушение покрытий, является когезионная прочность.

4. Твердость покрытия не является свойством, определяющим износостойкость покрытия.

5. Износостойкость покрытий в посадочных узлах зависит от нагрузки схватывания и описывается э&тирическим выражением:

Изн.= З.бб-К^/Рсх5'5

6. Когезионная прочность, покрытий определяет кавитационную стойкость напыленных слоев в соответствии с уравнениями."

Изн.= 3,9.Ю4/Гк4'16; Изн.= ЗДО4/^4'16

7. Послойная ультразвуковая обработка УЗО при использовании генератора, с чол^чгю^ кГц в диапазонах нагрузки на инжектор (волновод) 50-200 Н при амплитуде 10 А приводит к снижению порис-

?и покрытий^ напряжений в покрытии, повышению когезионной и гаческ&й прочности.

8. СКО и ВИО плазменных покрытий повышают их прочностные свой-I без снижения циклической прочности основной детали.

9. ЭЭО увеличивает адгезионную прочность покрытий.

10. Оплавление ТВЧ по сравнению с оплавлением в термической т, хлорбариевой ваше и газовыми горелкам приводит к более жой износостойкости и низкому коэффициенту трения. Основной гиноЛ улучшения свойств является дисперсность структуры.

11. Газовое сульфоцианирование плазменных покрытий на основе эза, меди и других элементов увеличивает циклическую прочность, иационную стойкость и износостойкость покрытий за счет образо-ш карбонитридного слоя в зоне соединения "покрытие - основная 1ль" и сульфидов в слое.

12. Плазмотроны с повышенной степенью турбулизации струи(типа -в)не оказывают значительного влияния на качество покрытий при ллении самофлюсующихся материалов.

13. Скорости истечения струи, плотность материала частиц и тение транспортирующего газа при подаче порошка на срез сопла пот на пористость и когезионную прочность покрытий в соответст-с зависимостями;

5.1.^**; б;= з,б.с"

2,7 г/см3; 8,0 г/см3; 11,3 г/см3

1 = -¡Г*г <Г= 8.0; П,3; 2,7 г/см3

14. Покрытия, напыленные порошковым баббитом Б-83 и порошком гава "алюминий - олово" имеют более высокие трйботехнические 1ктеристики, чем литой баббит и литые и напыленные покрытия на эве "медь - олово - свинец".

15. Покрытия из материалов состава "алюминий - олово" отли-гся повышенной циклической прочностью.

16. Наилучшим химическим составом покрытия на основе алюминия критерию циклической прочности является 9 л. &%; Со 0,Ш; — мьное. По критерию триботехнических свойств 20%\ Си. 0,8$;

остальное. Состав покрытия по триботехническим и прочностным Яствам равноценный с покрытием фирмы "М1ва" имеет химический гав 16,7% 0,8% ; ^-ост«^.

17. Технологический процесс изготовления и восстановления

гсадышей судовых дизелей с антифрикционным покрытием на основе

сминая внедрен в Ленском речном пароходстве и пароходстве "Волго-«ер".

Основные публихашш автора по работе

-1_Мешдака_Еыб.ора_технологии восстановления судовых дизелей

газотермическим напылением. Судоремонт 'L-лота рыбном промышленности, 19ь6, 62, с.¿3-26.

2. Погодаев Л.И., Хмелевская В.Б. Изнашивание плазменных покрытий при трении скольмения.- Проблемы машиностроения и надежности машин, ISSI, Г» 4, с.64-74. Обработка экспериментальных материалов

3. Влияние свойств газотермических покрытий на кавиташонную стойкость поверхностей узлов судовых дизелей.- В сб.: Охрана окружающей среды и труда на водном транспорте.- JQET, IS88, с.5-13.

4. Восстановление чугунных Егудок тшшндров судоеых дизелей газотермическим напылением,- Судоремонт флота рыбной промышленности, 1986, В 62, с.¿5-29.

5. Исследование плазменного проиесса при восстановлении деталей судовых машин и механизмов на предприятиях №5.- В кн. : композиционные покрыта: Хитошр, 1980, с.22-25.

6. Восстановление деталей методом плазменного напыления. -Речной транспорт, 1981, 7, с.28-30.

7. Фролов Ю.В., Хмелевская В.Б. Материалы и способы напыления в судоремонте. - М. : ШНТИ MPS РСФСР, 1988, с.49. Редакшя.

8. Восстановление деталей газотермическим напылением с последующим оплавлением. Влияние электроимпульсной обработки на свойства газотермических покрытий. В сб.: Достияения в области технологии газотермических покрытий и методов их диагностики.- Апатиты, 1280.

9. Влияние свойств плазменных покрытий на износостойкость при УЗО.- В сб.: Физикохимические исследования новых конструкционных материалов СО АН СССР, Томск, 1986, с,56-60.

10. Электроэрозионная обработка материалов газотермических покрытий.- В сб.: Труды ЛШТа, 1987, с. 13-15.

11. Влияние стабильности системы ирточник питания - плазмотрон на качество напыленных покрытий. В сб. : Труды ЛИБТа, 1986, с.23-33.

12. Основы технологии восстановления деталей методом газотермического напыления.- М.: ЦБНТИ МРФ РСФСР, 1980, вып.II, с.50.

13. Научно-теоретические основы технологии восстановления деталей дизелей газотермическим напылением. Депонированная рукопись . - М.: ЦБНТИ MPS РСФСР, 1980-1989.

14. Погода ев Л.И., грекагс З.Б. Исследование плазменных покрытий на основе алюминия. Проблемы машиностроения. 1993, Je I, C.ÏI4-I24. Обработка экспериментальных материалов по злектроконтакт-ной обработке.

Авто реки е сеидс тольства

1. ПорошкоЕп;': материал. В 1616579 от ¿6.12.69.

2. Способ химико-термической обработки покрытий (сульфоииа-:рование). Л 4911555/02 от 13.11.91.

3. Способ изготовления вкладышей подшипников скольжения ■ульй'оцианирОЕапие). .'.'< 1Ь9и573 ¿¿.07.89.

4. Наплавочный сплав. ¡'г 1619579 I9.06.I9B9.

5. Порошковый материал для защитных покрытий. $ 120601 08.88.

6. Способ восстановления деталей. 1487329 15.0^.89.

7. Способ получения многослойных покрыта]-!. & 1465'¿¿£> 11.88.

8. Порошковый материал. 17-828-35 4/06 1992 г.

9. Способ изготовления тонкостенных вкладышей. Г? 1^345 5.09.95.

10. Материал для напыления антифрикционного покрытия.' Патент 99026620 ШК 6С 29 С 4/08.

сорив с змг ?3/г>ир 4е