автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение ресурса восстановленных деталей сельскохозяйственной техники композиционными гальваническими покрытиями на основе железа

ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА "ЗНАК ПОЧЕТА" СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ р 6 Ой ИНСТИТУТ ЗАОЧНОГО ОБУЧЕНИЯ

- 7 ГСОИ 1993

На правах рукописи УДК 631.3.02-77:621.793.3(043.3)

ЦДЙНА' ЕЛЕНА ШАЙЛОВНА

ПОШШЕНИЕ РЕСУРСА ВОССТАНОВЛЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ КОМПОЗИЦИОННЫМИ ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ! ПОКРЫТИЯМИ НА ОСНОВЕ НЕДЕЗА

Специальность 05.20.03. Эксплуатация, восстановление а ремонт сельскохозяйственной техники

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1993

Работа выполнена в лаборатории гальванических покрытий Института прикладной физики Академии наук Молдовы и на кафедре "Ремонт машин" Кубанского государственного аграрного -университета в 1989-1993 гг.

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент ^ Г.В.Гурьянов.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Г.К.Потапов ШИИСП);

кандидат технических наук, профессор Е.С.Кержиманов (МГМИ).

Ведущее предприятие: мотороремонтный завод "Афипский" кЬ "Краснодарагропромремонт".

Автореферат разослан " ¡a^íL^ 1993 г.

Защита диссертации состоится 1993 г

на заседании специализированного Совета К.120.30.01 при Всероссийском сельскохозяйственном институте заочного обучения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, направляются по адресу: 143900, Московская обл., г.Балашиха-8, ВСХШО, ученому секретарю Петренко А.Д.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук,

доцент - А.Д.Петренко

АННОТАЦИЯ

Показана целесообразность повышенна ресурса восстановленных деталей сельскохозяйственна техники, работающих в условиях абразивного изнашивания, гальваническими композиционными покрытиями (КШ) на основе аелеза. Выполнены исследования по определении взамиосвязей между механическими свойствами электролитических еелезных покрытий и их тонкой структурой. Установлены зависимости модуля упругости, предела прочности, микротвердости и внутренних напряжений от размера блоков мозаики в форме уравнений Петча. Показано, что, так называемые, необычные свойства электролитического «деза объясняются особенностями его структуры, возникащей в процессе пластической деформации при электролизе.

Изучены возможности повышения износостойкости железных покрытий введением в них твердых дисперсных частиц. Проверены некоторые физико-механические свойства осадков, полученных из элект-ролятов-суспензнй (ЭС) различного состава. Уточнены существующие представления о влиянии разизров частиц дисперсной фазы (ДФ) и их содержания в осадках на свойства электролитических композиций. Оптимизированы состав и структура КШ, обеспечивание их наяЕКС-шув абразивнуи износостойкость. Показана целесообразность применения КП1 для повышения долговечности быстроизнашиваемых деталей машин. Разработаны технологические процессы и оборудование для нанесения КШ на золотники парораспределителей и плужные ле-мехи.

Проведена производственная апробация технологического процесса повышения долговечности деталей КГП, эксплуатационные ис-гелания плугных лемехов с покрытиями а вшолнена технико-экономическая оценка технологии, показавшая эффективность ее внедрения в производство.

Работа выполнена в соответствии с Государственным планои AHM, раздел "Исследовать закономерности формирования износостойких железных покрытий" (номер государственной регистрации QI8600I2790, 05.02.09.Т6), Республиканской научно-технической программой 04 "Разработать прогрессивные электрофизические технологии" (Утв.Постановлением Госплана MCGP от 20.08.1986 * 43), заданием 25.16 плана НИР AHM "Разработать основы эффективных электрохимических технологий нанесения покрытий с заданными свойствами". Государственным заказом на проведение фундаменталь-

ных и приоритетных научно-исследовательских работ (Приложение № 4 к Постановление V 256 от 14.04.92 Правительства Республики Молдова; тема 01.08 "Разработать новые и совершенствовать существующие методы формообразования и нанесения упрочняющих покрытий") и проектом "Повышение долговечности рабочих органов почвообрабаты-ващих машин износостойкими покрытиями" (постановление Президиума АНМ # 46 от 13.04.1992 г).

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ

1. Теоретические предпосылки и экспериментальные зависимости физико-механических свойств электролитического хелеза от параметров его субмикроструктуры и трещиноватости.

2. Экспериментальные зависимости влияния состава КГП и размеров частиц дисперсной фазы в покрытиях на физико-механические свойства и структуру осадков.

3. Технологический процесс и оснастку для восстановления быстроизнашиваемых деталей тракторных гидросистем и упрочнения деталей почвообрабатываицих машин композиционными гальваническими покрытиями на основе хелеза.

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Электролитическое железнение является перспективным методом восстановления и упрочнения деталей мажин, наиболее полно удовлетворяющим требованиям ремонтного производства. Оно позволяет одновременно восстанавливать большое количество деталей, автоматизировать процесс, получать покрытия с необходимыми свойствами без термического воздействия на восстанавливаемую деталь, получать поверхности в пределах допуска на размер и шероховатость.

Вместе с тем, проблема восстановления электролитическим способом деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания практически не решена, хотя отдельные поисковые исследования показали высокую эффективность хелезнения при повышении долговечности деталей тракторных гидросистем, почвообрабатывающих и других машин. Актуальность проблемы возрастает в связи с энергонасы-цением сельскохозяйственной техники и увеличением объемов использования для ее изготовления дорогостоящих легированных сталей, износостойких твердых сплавов и биметаллических материалов.

Введение в электролитическое покрытие твердых дисперсных частиц (оксидов, карбидов, бортов и других) позволяет получить композиционный материал, обладающий в десятки раз повшенной износостойкостью в сравнении с обычными покрытиями, и весьма перспективный для упрочнения деталей, работавших в контакте с абразивными средами. Свойства композиционных гальванических покрытий формируют сочетанием свойств металлической матрицы и наполнителя. Однако, недостаточная изученность зависимости физиио-меха-нических свойств от структуры покрытий, формируемой электролизом, ограничивает применение КТО в ремонтном производстве.

Установление взаимосвязей структуры и свойств электролитического железа, являющегося основой КШ, и изучение влияния дисперсной фазы на износостойкость покрытий в условиях абразивного изнашивания позволят разработать технологию восстановления и упрочнения деталей сельскохозяйственной техники композиционными гальваническими покрытиями.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Установить закономерности формирования износостойких КТО на основе железа и разработать технологический процесс восстановления быстроизнашиваемых деталей сельскохозяйственной техники электролитическими композициями.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. Показана зависимость физико-механических свойств электролитических железных покрытий от параметров их тонкой структуры, установлены закономерности субструктурного упрочнения и разрушения же.леза в процессе электроосавдения.

Найдена взаимосвязь между содержанием ДФ в покрытиях, размерами частиц и абразивной износостойкостью КШ.

Обосновано применение композиционных гальванических покрытий для повышения долговечности деталей машин, работающих в условиях абразивного изнашивания. Дано объяснение установленным зависимостям некоторых физико-механических свойств КШ от структуры покрытий, определяемой условиями электролиза.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Разработан технологический процесс повышения долговечности деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания нанесением композиционных электрохимических покрытий на основе железа. Оптимизированы составы электролитов и найдены режимы электролиза, позволяющие получить наиболее прочные и износостойкие обычные железные и композиционные

покрытия. Проверены и предложены способы и режимы диспергирования твердых частиц ДО в производственных ваннах. Разработаны конструкция подвесных приспособлений я эацнкых экранов для нанесения КГЦ на плужные лемехи н золотники парораспределителей. Выполнена сравнительная оценка эффективности нарощенных КШ и наплавленных сормайтом лемехов.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты научных исследований и разработок проверены в производственных условиях. Плужные лемехи, покрытые КП], испытаны в хозяйствах России, Украины и Молдовы. Рекомендации по нанесению покрытий на детали машин, работавших в условиях абразивного изнашивания, использованы для открытия Госзаказа Молдовы на проведение НИР по проблеме 01.08 и разработки проекта АНМ по повидению долговечности рабочих органов почвообра-батывапцих махин. Технологический процесс восстановления золотников распределителей тракторных гидросистем принят к внедрению на АО "Гидропривод" (г.Кореновск Краснодарского края). Технологический процесс нанесения КГП на плужные леыехи принят к внедрение на МРЗ "Афинский" Краснодарского края.

ДОСТОВЕРНОСТЬ результатов исследований обеспечена применением современных, теоретически обоснованных и апробированных методик исследований, использованием поверенных приборов и оборудования, повторностью опытов (4-15-кратная), их обработкой математическими методами с применением теории вероятности, проведением опыгно-производственных испытаний технологии и эксплуатационных испытаний деталей с покрытиями.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены в течении 19891993 гг. на семи Республиканских и Всесоюзных научно-технических конференциях и семинарах в гг.Москва, Алматы, Краснодар, Ижевск, Ьгсомир, Волгоград, Кишинев. Материалы диссертационной работы обсуждались на постоянно действующем семинаре лаборатории гальванических покрытий, проблемного совета и отделения технических наук ИПФ АНМ, объединенном семинаре кафедр факультета механизации и Отраслевой лаборатории Государственного агроуниверситета Молдовы, координационном совете МСХП Молдовы, семинаре НПО "Мек-агро", кафедре ремонта машин Кубанского госагроуниверситета, кафедре "Надежность и ремонт машин" ВСХИЗО.

ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 8 научных работах.

СТРУКТУРА И ОБЪЕВ РАБОШ. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, общих выводов, списка использованной литературы (151 наименование) и 8 приложений (65 страниц), изложена на 156 страницах маихнописного текста, содержит 58 рисунков и 4 таблицы.

СОДЕРЗАНИЙ РАБОШ

В первой' главе "Состояние вопроса" проводится критический обзор литературы и основных направлений повдаения износостойкости деталей, работающих в абразивной среде, наплавками и покрытиями. Выполнен анализ путей повышения абразивной износостойкости деталей, совершенствования технологии железнения и взаимосвязи структуры и свойств железных гальванопокрытий.

Обзор показах, что перспективным методом повышения долговечности быстроизнашиваемых деталей является нанесение электро-хатизеских железных покрытяЗ, которые являются менее трудоем-кхми, девевыма, не требую дефецитных материалов. При этой предпочтительным является использование композиционных гальваничес- ' ких покрытий, совмещащхх свойства металла и твердых дисперсных неметаллических включения. Однако сведения об их работоспособности в условиях абразивного изнашивания крайне ограничены. Выбор технологических параметров нанесения КТО с целью получения покрытий, отвечающих заданным условиям работы деталей, основе существу герое данных весьма затруднен. Это объясняется недостатком сведений о важнейших механических своЯствах покрытия (модуле упругости, пределе прочности, михротвердоети, внутренних напряжениях), определяющих их износостойкость ври абразивном изнави-вакхи, а известные нам данные не показываю зависимости свойств от структуры осадков, что ограничивает возможность их применения при выборе матрицы КГП и не позволяет объективно судить о закономерностях поведения покрытий при эксплуатации деталей. Чтобы получить КП1 высокого качества необходимо сформировать электро* кристаллизацией прочную ■ износостойкую основу и ввестн в нее необходимое количество твердой дисперсной фазы. О своЯствах матрицы можно судить по пределу прочности, модулю упругости, мжкро-гвердости, однако зависимость этих свойств от тонкой структуры юкрытий не известна.

Электролитическое осавдиое метилов может рассматриваться ш своеобразный способ получения вмсокоорошого состояния металлов путем формирования жх высокодисперсных неравновесных дислокационных структур, определяющих служебные свойства. Исследования структуры к свойств покркгий, вшолнекные параллельно, показывай; что железные покрытия, явшщиеся основой для КШ, в процессе электрокрясталлиэации насыцаотся дефектам! и предельно упрочнятся. Вместе с тем, износостойкость материалов в соответствии с современными теориями изнашивания твердых тел определяется не только их прочностью, но и пластичностью. Оптимальное сочетание этих параметров позволит получить наибольшее сопротивление материала разрушению в михрообъемах в процессе его трения или наибольший путь трения до отделения частиц износа от поверхности. Поэтому исследования прочности, упругих свойств, микротвердости электролитических железных покрытий представляет большой практический интерес с точки зрения оптимизации их работоспособности. Весьма важно при этом выявить структуру матрицы, отвечающую их наибольшей прочности и мякротвердости, с ох ранящую способность к деформации. Для ее получения целесообразно использовать хлористый и сернокислый электролиты, обеспечивающие высокие технико-экономические показатели процесса.

В качестве наполнителя КШ весьма перспективными являются микропоропки электрокоруцда белого. Вместе с тем, не ясно, какие размеры частиц и объемное содержание их в покрытии обеспечат наивысшую износостойкость КШ в контакте с абразивосодержащей средой. Изучение влияния ДФ на работоспособность КШ при абразивном изнашивании и выбор оптимальных условий кристаллизации матрицы позволят разработать технологический процесс нанесения КШ на быстроизнашиваемые детали сельскохозяйственной техники. Вместе с тем, окончательным критерием выбора технологических параметров процесса могут быть результаты полевых испытаний деталей.

Во второй главе "Постановка задачи и общая методика исследования" на основе анализа литературы и теоретических предпосылок к совершенствованию технологии железнения, определены цель работы и задачи исследования:

- определить влияние условий электролиза на структуру и основные механические свойства покрытий Н^), установить зависимость свойств покрытий от их тонкой структуры и выбрать оптимальные условия формирования матрицы КШ;

- изучить влияние состава КГЦ щ размеров частиц дисперсной фазы на основные физико-механические свойства я работоспособность покрытий в условиях абразивного пншпяп;

- разработать технологический процесс нанесен« КШ на быст-роизнамваемые детали сельскохозяйственной техники и проверять его посредством эксплуатационных испытаний деталей с покрытиями;

- внедрять технологический процесс в производство я вшол-нять его технико-экономическую оценку на примере плужных лемехов.

Изложена общая методика вшолнения работы. Дшо описание экспериментальной установи, приведены конструкция электролитических ячеек, обоснован выбор электролитов я материалов образцов, рассмотрены математические метода обработка данных. В исследованиях использовали образцы "чистого", электролитического железа* стали 45 (ГОСТ 1050-74), 65Г ж 08 кп. В качестве базовых электролитов использовали растворы железа хлористого - 550...600 кг/м3 и сернокислого - 420...500 кг/м3. Анодную обработку образцов выполняли в растворах: I - 30Í Н2504; 2 - FeC^'^HgO (500 кг/м3); 3 - 48Í HgP04; 4 - 50% НСе ; 5 - ftS04-7H20 (420 кг/м3), ¿¿2(504)3 (100 кг/м3). Электролиты дли анодной обработки,я нанесения покрытий, выбранные на основе анализа литературы, готовили из реактивов квалификации "ХЧ" и "ЧДА"» которые корректировали по концентрации компонентов и рН добавлением соответствующих солей, кислот или дистиллированной воды. Состав электролитов поддерживали постоянным и контролирова -и с помощью количественного химического анализа по апробированным и стандартным методикам.

Влияние дисперсной фазы на износостойкость и некоторые физико-механические свойства КТО исследовали при введении в базовый электролит ыикропоропков электрокорунда белого (ГОСТ 3647-80) марок W, UI4, 1120, М40. Содержание пороака MI4 в электролите изменяли в пределах 25...150 кг/м3 и контролировали весовым анализом. Содержание включений в покрытии определяли стереометрическим анализом, по методу С.А.Салтыкова. Образцы "чистого" электролитического железа получаля электроосадцением покрытий на алюминиевую подложку с последующим ее растворением в слабом растворе Щелочи.

Плотность покрытий находили пикнометрическим методом. Модуль упругости покрытий определяли динамическим методом на у статно вке, состоящей из звукового генератора ГЗ-118, милливольтметра

ВЗ-57, осциллографа С1-20 и титанах бариевых пьезоэлектрических датчиков. Срочность на разрыв определяй с помочью разрывной маканы Р-500. Сушку образцов осуществляли в электропечи СНОЛ-2,5. 2,Б,2,5/2М. Взвеивание проводили на аналитически: весах ВДР-200 с точностью до 5, Мккротвердость покрытий определяли с

помощью микрот вердомера ПМТ-З по ГОСТ 9450-76 как среднее из 10...15 измерений. Определение дефектов структуры осуществляли анализом дифракционных линий от плоскостей (НО), (£11) и (220), полученных на дифрактометре ДРОН-ЗМ в кобальтовом излучении. Остаточные напряжения I рода определяли рентгеновским методом. Износостойкость ИШ в контакте с абразивом БВ^ 10-100 25А 6ПС М19 КБ (ГОСТ 2456-82) исследовала на мавине трения 2070-СМП по схеме, ролик-колодка при нагрузках 0,1...1,1 НПа, скорости скольжения 0,63...2,52 м/с и подаче в зону трения, в качестве СШ, дистиллированное воды в количестве 0,090...0,092 см3/«:.

Исследование морфологии и микроструктуры покрытий проводили с помоцьв микроскопов МИИ-8, ЫБС-9, Ш1У-3 при увеличении х420. Влияние вида перемешивания (механическое и струйное) электролита>-суспензии на равномерность распределения дисперсной фазы в электролите и покрытиях изучали по оригинальной методике в сосудах, моделирупцнх обычные промшленные ванны и на образцах, пропорциональных габаритным размерам плужных лемехов и проверяли в производственных условиях. Образцы загружали в экспериментальную ванну в количестве и поредке, аналогичном нанесению КТО на натурные детали. Интенсивность перемешивания изменяли количеством мешалок в ванне и скоростью их вращения. Эксплуатационные свойства покрытий изучали посредством палевых испытаний плужных лемехов с КШ в сравнении с наплавленными сормайтом в условиях осенней пахоты тяжело-, легкосуглинистых, кало- и среднегумусных черноземов.

Статистический анализ и обработку экспериментальных данных осуществляли на машине ЕС-1022.

В третьей главе "Исследование взаимосвязи механических свойств и структуры осадка" рассмотрено влияние условий электролиза на структуру и некоторые механические свойства железных покрытий, установлены взаимосвязи между физико-механическими свойствами электролитического железа и его структурой, а также выбраны оптимальные режимы получения металлической матрицы КШ.

Установлены зависимости параметров субмикроструктуры желез-

шее покрытий от велячвш деформация метод», характеризуемой изменением плотности осадков ори электроосведении (рис.1). Еыяо нгЯдено, что плотность осадков при ивменешш режимов электролиза изменяется в пределах 7860...6000 кг/м3, а размеры блоков мозаики, соответственно от 1300 А до 90 А. Зависимость имеет линейный характер с перегибом в области У - 7390.. .7410 хг/м3 и Д - 200... 250 А, после чего размер блоков ■ плотность дислокаций изменяется весьма мало, а мжхроксхахеквя при ужесточении режимов електро-лиза в уменьшении плотности осадка продолжает линейно увеличиваться.

А,А

/500

/ООО

500

\

\

■1

Рис.1. Взажмосвяаь между размером блоков Д я плотностью электролитического железа ¿f : х - покрытия, полученные из хлористого электролита; о - покрытия, полученные кэ сернокислого электролита.

74

Сопоставление, полученных на одних и тех же образцах зависимостей от условий электролиза основных механических свойств и параметров тонкой структур! позволило установить связь между параметром Д"1/2 и величиной микротвердости Ы^, модуля упругости В, внутренние напряжений. , предала црочяости на разрыв в форме уравнений Холла-Детча (рис.2,3; табл.1). Было наЯдено, что с деформацией осадка в дроблением блоков происходит линейный рост Н^Я^» пропорционально Д"1'2 и «нтвбатнов изменение Е вплоть до предельного состояния, после чего происходит изменение характера зависимости. Области перегиба указанных выше и найденной ранее функции Д совпадают. Анализ тонхой структуры и микроструктуры осадков в сопоставлении с механическими свойства» мн позволили установить, что после упрочнения до предельного состояния дальнейшее ужесточение режимов электролиза приводит к

/71а

МПа

0,08 4-* Д-*

Рис.2.Зависимость микротвердости электролитгаее-кого железа от размеров блоков мозаики.

Рис.3. Зависимость предела прочности железных гальванопокрытий от размеров блоков мозаики.

Таблица I.

Зависимость свойств осадка электролитического железа от его суб микроструктуры и плотности

Характеристика

Область

I. Модуль упругости, МВ/шг 1,29х1СГ3^- 7,96 0,42x10-®^- 1,596

2. Предел прочности, МПа 2,81 + 778/£Г 58,64 - 327/УД1

3. Широт вердость, ГОа 0,15 + 85,57/УД* 5,23 + 6,5/>/д

4. Размер блоков мозаики, А 3,47х^ - 25553,4

переупрочнению и разрушению осадков, в формировании механических свойств которых начинает играть основную роль новый параметр структуры - сетка суб- в млкротрещия. Следует заметить, что обычно используемые в литературе зависимости механических свойств

осадков от условий электролиза не позволяет обнаружить данного явления.

Было установлено, что реализация природных возможностей упрочнения чистого железа при электроосаждении вплоть до предельного состояния позволяет получить механические свойства электролитических покрытий на уровне стали 45 или 50, закаленной до твердости Н^ = 4,5...5,5 Ша. При этом электролитические осадки имеют прочность^» 43...47 Ша, внутренние напряжениями^ 0,2 Ша, твердость Ну 4,5...5,5 Ша и модуль упругости порядка Е » 150... 160 Ша. В качестве контрольного параметра предельного состояния железа целесообразно использовать плотность осадков или предел прочности .

Было найдено, что разрушение осадков железа, полученных из сернокислого электролита наблвдается при дроблении блоков мозаики до величины Д » 220...280 А, а для осадков, полученных из хлористого раствора критическая величина блоков составляет Д ■ 120... 160 А. Таким образом, для разработки технологического процесса повышения долговечности деталей сельскохозяйственной техники целесообразно использовать более вязкую и пластичную матрицу, полученную из хлористого электролита железнения при параметрах процесса, формирующих структуру с наивысшей прочностью.

В четвертой главе "Влияние дисперсной фазы на механические свойства КТО" приведены исследования по выбору состава и структуры электролитической композиции железо-электрокорунд и изучению ее свойств.

Исследования показали, что из электролитов-суспензий, содержащих твердую дисперсную фазу в количестве 0...I50 кг/м3, можно осадить КШ с содержанием твердых частиц до 43$(об.). Показано, что частицы в покрытии распределяются равномерно. Введение твердой фазы в электролитическое железо уменьшает трещиноватость, слоистость микроструктуры и повышает равномерность покрытий (рис.4). Подтверждено, что твердые частицы при соосаждении с металлом изменяют тонкую структуру покрытия.

Найдено, что введение твердой дисперсной фьзы в электролитическое покрытие изменяет микротвердость матрицы посредством влияния Д$ на процесс ее электрокристаллизации, задерживает разрушение железа и повышает остаточные напряжения 1-го рода. Показано, что твердые частицы позволяет форсировать режимы нанесения наиболее прочной матрицы КШ.

а б

Рис.4. Микроструктура КШ железо-электрокорунд (М14,50кг/и3) (а) и обычных покрытий (б), полученных из хлористого электролита при Дц - 20 А/дат» Т - 313 К.'рН - 0,8 (поперечные плифы, увеличение х420).

Твердые частицы позволят повысить износостойкость КШ при абразивноы изнашивании в 18...20 раз по сравнению с обычными железными покрытиями и в 4...5 раз по сравнении с закаленной сталью 45. Причем, сопротивление абразивному изнашиванию определяется размерами и содержанием частиц в покрытии (рис.5).

Наивысшей износостойкостью обладает КШ, содержащее микропорошок оксида алюминия марки М14 в количестве 26...31 % (об.).

Анализ исследований позволил установить пропорциональную зависимость между относительной износостойкостью композиционных покрытий и их твердостью, определенной по "правилу смесей". При увеличении скорости относительного скольжения образца по контртелу и нагрузки относительная износостойкость КШ в сравнении с обычным железным покрытием и закаленной сталью 45 возрастает. Найденные в результате исследований состав ЭС и режимы осаждения наиболее износостойких КШ послужили основой для разработки технологии электрохимического восстановления и упрочнения быстроизнашиваемых деталей машин.

мг/ч 40

20

О 7 м ^нкм " 50 то С*г/М1

а б

Ряс.5. Влияние размеров частиц ДО (а) и содержания их в покрытии (б) на скорость износа КГП в контакте с монолитным абразивом.

В пятой главе "Разработка технологии повшения ресурса быстроизнашиваемых деталей калин КТО, ее отггно-пронз-водственная проверка и оценка" представлены особенности технологического процесса на примере восстановления КГП золотников парораспределителей и повышения долговечности плужных лемехов,приведены результаты эксплуатационных испытаний деталей на примере плужных лемехов, дана технико-экономическая оценка разработанной технологии в сравнении с наплавкой сормайтом и рекомендации по ее производственному применению.

Операции технологического процесса соответствует общепринятой схеме нанесения железных покрытий. Особенностью технологии является необходимость перемешивания X в процессе электролиза. Проведены исследования по установлению оптимальной схемы и режима перемешивания ЭС для получения качественных покрытий, которые позволили выбрать струйное перемешивание электролита при скорости вращения мешалки 25 с-*. Отклонение в содержании ДФ в КГП, нанесенных на образцы одной загрузки, не превышало 10...15 %.

Нанесение покрытий рекомендуется еыполнять из хлористого электролита (РеС^'У^ ~ 550...600 кг/м3), содержащего микропорошок электрокорунда белого марки М14 в количестве 90...100 кгД*| при следующих условиях электролиза: ^ = 20 А/дм^; рН = 0,8...1,0; Т = 313 К. Даны рекомендации по применению технологического процесса для восстановления различных деталей, рассмотрены конкретные примеры их реализации для восстановления золотников и упроч-

нению плужных лемехов. Разработанные подвесные приспособления для нанесения КШ позволяют восстанавливать одновременно до 60 золотников или до 30 лемехов в производственной ванне объемом I м3. Они просты в изготовлении и удобны в эксплуатации. Годовая производительность ванны при нанесении КШ толщиной 0,6...0,8 мм составляет порядка 30 тыс.лемехов.

Эксплуатационные испытания лемехов с композиционными покрытиями при осенней пахоте суглинистых почв и черноземов показали, что их износостойкость до 4 раз выше износостойкости лемехов, наплавленных сормайтом.

Технологический процесс повышения долговечности плужных лемехов нанесением КШ принят к внедрению на МРЗ "Афинский" Краснодарского края, а восстановления золотников гидрораспределителей КШ - Корено веком АО "Гидропривод". Показана технико-экономическая эффективность применения технологии в производственных условиях. Расчетный годовой экономический эффект от внедрения технологии упрочнения лемехов (в ценах на I января 1993 года) по сравнению с наплавкой сормайтом составляет до 1,5 млн.руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Установлены основные закономерности взаимосвязи механических свойств электролитических железных покрытий и параметров их субмикроструктуры, включающих трещиноватость. Показано, что изменение свойств железа в зависимости от параметров его тонкой структуры при электроосаждении аналогично субструктурному упрочнению металлов при пластической деформации. Найдено, что экспериментальные зависимости основных механических свойств электролитических железных покрытий от их тонкой структуры подчиняются соотношению Холла-Сетча. Оптимизирован состав ЭС и найдены режимы электролиза, позволяющие повысить прочностные параметры железных покрытий и одновременно улучшить их износостойкость при абразивном изнашивании.

2. Установлено, что упрочнение И разрушение железных осадков в процессе электролиза зависит от вида электролита и режимов электроосаждения. Показано, что упрочнение электролитического железа до предельного состояния позволяет получить механические свойства электролитических покрытий на уровне закаленной стали 45 или 50. Установлено, что в этом состоянии осадки обла-

дают высокими упруго-пластическими свойствами, но дальнейшее ужесточение режимов электролиза приводит к их разрушению и ухудшению механических свойств.

3. Найдено, что введение твердой дисперсной фазы в электролитическое покрытие уменьшает трещиноватость, слоистость микроструктуры и изменяет тонкую структуру покрытия. Установлено, что твердые частицы задерживают разрушение металлической матрицы, изменяют ее микротвердость и повышают остаточные напряжения I рода. Показано, что при оценке качества КШ необходимо учитывать наряду с микротвердостью матрицы, микротвердость композиции. Найдено, что твердые частицы позволяют форсировать режимы нанесения наиболее прочной матрицы КГП.

4. Установлена лабораторными исследованиями и подтверждена полевыми испытаниями возможность повышения ресурса деталей с КШ в условиях абразивного изнашивания. Показано, что оптимальное содержание ДФ в КГП (31 %{об.)), отвечающее его наивысшей износостойкости, можно установить по излому пряма-пропорциональной зависимости между относительной износостойкостью и микротвердостью композиции, определенной по правилу смесей. Найдено, что введение твердой фазы в электролитическое железо позволяет повысить его абразивную износостойкость до 18...20 раз по сравнению с обычными железными покрытиями и до 4...5 раз по сравнению с закаленной сталью 45.

5. Разработаны и предложены ремонтному производству технологический процесс и оснастка для повышения износостойкости быстроизнашиваемых деталей сельскохозяйственной техники нанесением КГП на основе железа. Технологический процесс конкретизирован на примере восстановления золотников гидрораспределителей и упрочнения плужных лемехов ПНЧС 702. Он позволяет увеличить до 4 раз износостойкость плужных лемехов с КГБ по сравнению с наплавленными сормайтом.

6. Результаты исследований по повышению прочности железных покрытий реализованы при внедрении технологического процесса восстановления шатунов двигателей Д-240 на МР" "Афипский" с экономическим эффектом 20,7 тыс.руб (в ценах Г990 г.).

7. Выполнена производственная апробация процесса нанесения КГП на лемехи. Полевым испытаниями подтверждена целесообразность его применения в ремонтном производстве. Разработаны рекомендации и предложения по нанесению покрытий на детали сельскохозяйственной техники. Показана технико-эконсмическая зффектив-

нсють предлагаемой технологии в сравнении с наплавкой сорыайтом. Расчетный экономический эффект от ее внедрения (в ценах на I января 1993 г) составляет порядка 1,5 млн.руб.(при программе 30 тыс.лемехов в год).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Юднна E.U. Влияние условий электролиза и пластической деформации на модуль упругости железных покрытий // Тез.докл. П Респ.конф.молодых исследователей "Молодежь и современная наука". Кишинев: Штиинца, 1989. С.107-108.

2. Юдина Е.М. К определению упругих свойств железных покрытий при восстановлении деталей // Интенсификация ренонтно-обслу-живающего производства в условиях хозрасчета. Труды КубСХИ. Вып.306(334). Краснодар: КСХИ, 1990. С.58-64.

3. Гурьянов Г.В., Едина Е.М. К выбору параметров взаимосвязи структуры и свойств электроосадденных железных покрытий // Интенсификация ремонтно-обслуживающего производства в условиях хозрасчета. Труды КубСХИ. Вып.306(334). Краснодар: КСХИ, 1990. С.105-109.

4. Юдина Е.М. Зависимость плотности и модуля упругости электраосааденного железа от условий электролиза // Тез.докл. конф.молодых ученых. Часть I. Естественные науки. Алыа-Ата:К0МЭ, 1990.С.47. .

5. Гурьянов Г.В., Юдина Е.М. Структура и прочность железных покрытий // Композиционные покрытия. Материалы 4 Всесоюзной научно-технической конференции по композиционным покрытиям. Житомир, I991.71 с.

6. 1^рьянов Г.В., Юдина Е.Ы. Структура и прочность износостойких железных покрытий // Износостойкие и антифрикционные покрытия. М.:ЫДНТП, I99I.C.57-62.

7. Юдина Е.М., Гурьянов Г.В., Г^эун М.В. Износостойкие покрытия для почвообрабатывающих машин // Восстановление и упрочнение деталей машин износостойкими покрытиями. Кишинев: Штиинца, 1993.С.68-81.

8. Юдина Е.М., Гурьянов Г.В., Г^зун М.В. Упрочнение рабочих органов почвообрабатывающих мащин КЭП // Совершенствование технологических процессов и рабочих органов почвообрабатывающих, посевных и уборочных машин. Труды КубГАУ. Вып.330(358). Краснодар: КубГАУ, 1993.100с.