автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Разработка и обоснование технологии плазменного напыления в разреженной контролируемой атмосфере при восстановлении деталей машин лесного комплекса

ВОРОНЕЖСКИЙ ОРДЕНА ДРУЖБЫ НАРОДОВ ЛЕСОТЕШ-ШСКЕ! ИНСТИТУТ

. РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ 1ШАЭШНОГО НАЛЦ^'Ш В РАЗРЕШЕННОЙ КОНТРОЛИРУЕМОЙ АТМОСФЕРЕ ПРИ ВОССТШБЛЕЬТГЛ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ЛЕСНОГО КОМПЛЕКСА ( на пршерз распределительного вала )

05.21.01 - " Технология и машшга лесного хозяйства и лесозэготогок "

05.03.01 - " Процессы глеханичоской к фи-зкко-техннческой обработки, станки и инструмент "

Авторетэрат • диссертации на соискание ученой степаэт: кавдскдагь технических наук

На правах рукописи

Воронеж. 1РРЗ

Работа выполнена на кафедре Производства, ремонта'л вксллуага-1Ц": маг&н Ворояелского ордена дружбы народов лесотехнического инс -зх'у ха. ■

лаучнкИ ;укоЕодатедь - доятор. технических наук, профессор '

Д.II. Отанчев

• ; 0;ящзлыш-г оппоненты- доктор технических наук, профессор

В.Б. Кузнецов; ' доьтор.технических наук, профессор Б.А. Кроха

Ведущая организация - АО " ¿есхоиглаш " •

• Защита дн; оертацтш ссо.'окхся " 29 • " декабря КОЗг ь 10°° часов 2 аудитории Ц8 на заседании Совета Д C64.C6.CI по защите диссертация на соискание учено'! огепвян доктора наук яри Вороне, аз-га? ордена Дружбы народов лесотехническом институте.

Просим Ваши отзывы на, автореферат в двух экземплярах с заве -пенни,и подписями направлять ученому секретарю Совета. С диссертацией моево ознакомиться в библиотеке ВШ,_ Авторе-^врат разослан "___________19Гч'-> г.

Учены."' секретарь Соз. а Д C64.G6.0I

по защите днсс«?£тацжв на соискание -

.ученой степени доктора наук,к.т.н., ■ .

доцен? '. / ./з .—- ■ В.К. Курьянов

0И1АЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБ01Ы

Актуальнойть проблемы.

Развитие современной техники в лесном комплексе характеризует- '. ся высоким уровнем интенсификации режимов и спецификой условий работы, вследствие чего из-за сильного изнашивания деталей машин снижается их долговечность и работоспособность.

Восстановление изношенных деталей и возвращение им высоких эксплуатационных свойств, утраченных вследствие износа, предусматривает главную цель - реализацию их остаточной долговечности.

Среди перспективных.способов'восстановления'и упрочнения деталей, одно из ведущих мест занижает плазменное напыление.

Плазменное напыление в разреженной контролируемой атмосфере ( ПНРКА. ), как разновидность плазменного напыления, комет предопределить. перспективы использования в производстве, благодаря получению защитных покрытий без окислов с повышенными фтко - иезх.кичес-кими и эксплуатационными свойствами. • .

Цель работы.

ДостичБ'- повышения долговечности деталей машин лесного когга -лекса за счет их восстановления на основе технологии плазменного напыления в разреженной контролируемой атмосфере. ,

Основные задачи исследования:

I. Исследовать процесс комплексной предварительной подготовка поверхности. Дать математическое описание влияния основных технологических ретагов на выходные параметры качества обработки в виде-регрессионных уравнеянй. Получить'оптимальные реязган..

'2. Исследовать процесс ПНРКА и разработать его математическое описание' в виде регрессионного уравнения, позволяющее управлять качеством покрытия.Определить оптимальные рзкшн процесса ЖРКЛ.

. 3. Исследовать основные фдоосо - механические и эксяфагзгзюя-. ныа свойства покрытий из сомо^явсувдегося сплава сяогеш Ж-й-&-•>■' полученных-на основе технологии ПгЗИСЛ.

4. Разработать «хнолоптадскай процесс россшгсшеайя четей!?/. • из тан лесного комплекса шпгп'лшт папклекпеп 2 рвзразяшоП копт; о-лнруспоЛ атглосфер'Э ( пз ¡псиродслигсл'-яого па.'.г ), а. тчк/.е оборудование л. оснастку елл ос:м;.:си'леэтого ¡¡];о^и:сл.

5. Пропзлесг:: нэпилоггла ;:а кулачх;; ■•'•с:;; , тракторного и автомобильного дасг.':« -¡о -.'-¡нгто.гл: Г5%".1, одсв-лтё

их долговечность по результатам эксплуатационных испытаний.

6, Произвести технико-экономическую оценку эффективности технологии ПНЕКА в ремонтном производстве.

7. Разработать рекомендации по использованию результатов работы в производстве.

Методы исследования включают обзор и систематизацию материа -лов о применении технологи! газотерлических способов нанесения защитных покрытий по литературным источникам, определение условий, влияющих на получение покрытий повышенного качества, исследование влияния технологических рекшлов на состояние получаемого покрытия, обработка полученных результатов математическими средствами с ис -пользованием ЭВМ, а такясе их подтверждение эксплуатационными' испытаниями.

Научная'новизна заключается в построении регрессионных моделей позволяющие установить влияние технологических рекимов комплексной предварительной подготовки и процесса ПКРКА на состояние поверхности перед напылением и качество покрытий ( пористость ), а такие опрэде-лонпе причин, способствующих получению повышенных физико-механических и эксплуатационных свойств покрытий ПИША из самофлюсувдюгся сплавов, которые ранее не исследовались и представляют научный интерес в развитии и обобщении теории терлодинашческшс, фазш'Л-мхшхчзских процессов я'триботехники.

Практическая ценность.

■ Проведенные исследования положены в основу рекомендаций по выбору технологических режимов технологии ПНРКА. при восстановлении изношенных деталей ь;апин лесного комплекса. Полученные данные могут Сыть использованы для повше'шя долговечности деталей каиан, работающих в аналогичных или близких условиях трения и изнашвания.

Реализация работы.

Реэтдыаты исследований били проверены в лесхозах п. Графская г. г. Гогучара Ворококской области и подтвердили качественное .совпа-декне с дабопзторяшл даншщш. Последнее позволяет рэкомен -

цовать расширить номенклатуру деталей восстанавливаемых ЛЯРлА.

Апробация работы.

Материалы диссертации доложены и обсузденн на научных конференциях: ШШ г.Пушкино Московской облаоги-1389г; "Износостойкость машин " г. Ерянск-1591г; " Трибогехннка-^ашккосгроекип" i г.Н-Новгород~19Э1г; материалы по установке ПНРКА были'представлены на выставке "Вузы Росоии-магашостроеник»" яо КНТП "Восстановление", г. Ыосква-1993г.

Публикации.

Но теме диссертация опубликовано 10 работ, поданы 2 заявки на изобретение ( I положительное решение ), отракатоцие результата проведенных гсследОванкй. .

Объем диссертации.

Рабоих состоит из введения, 5 разделов и приложения. СсиовнсЛ материал излоиен я$ 155 страницах, включает II гайгяц, иллксгрчг:-ван 29 рисунками; список иссользозанной литература содержа Iô7 наименовании.

• • (;0ДЖ;АШЕ. РАБОШ

I. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования.

Рассмотрена эволюция газотержческого способа нанесения локр-:-тий и его притеснение л различных отраслях проглшденностч за рубежом л в нашей стране.

• Дан анализ физико-механических свойств и пзносостонксс1л плазменных покрытий из самофлюсуигдихся сплавов.

Было выявлено, что саттЕяпосующиеся едлавы типа БГСР-4 обладают самой низкой износостойкостью из всех лзвестшх аигхфракцкояшк иатериалов. Однако, для деталей кашхш доеного комплекса, работающих э различных условиях этого значения износостойкости вполне достаточно, а сравнительная низкая стоимость ПГСР-4 дает больной прсо-тор применения ого в практике.

Существующие оиособн оплавления самойятеувдтогся материалов имеют недостаток, присущий всем вида?; тергятлеской о3рчбо1гмюз>- i аепнне остаточные термически'; вапрякеипя. Рнло показано, т:о применение дополнительного электрического пзэгяля ( ,'супт ) з яропчсое. . паш/лешм приводит к саншпга до клип-ггл гатп-зекпх пап;: л кип;': при сохранении высоких (¡нзлко-^епппичсон:;:; свойств.

Установлено, что прк^нелпе тлзотего отряда в tarï«ci*c предварительно;! подготовки поворзшосг. иер-ь', тнплеппг*; пое.;: ;и-7 у:.-феяшоноогь удаления ошгннх гевгек, кеторгс nnwi-c-.-srri nï *;--ниы-прочно:'! адгезионно'": овяпп. •

Был исследован способ плазменного напыления в разрешенной контролируемой атмосфере (ПНРКА), который показал реальные возможности повышения качества получаемых покрытий. 1 Рассмотренные условия повышения качества плазменных покрытий привели к выводу, что наиболее технологическим и эффективным способом повышения активности явлении, происходящих в контактной зоне является применение защитной атмосферы пониженного давления при' включении в процесс дополнительной электрической дуги. Это приводит к максимальной активации подложки, увеличению скорости и температуры напыляемых частиц, а также предотвращает протекание окислительных процессов. Последнее является причиной увеличения адгезионной и когезионной прочности, уменьшения остаточных напряжений", пористости, повышения износостойкости. Произведена постановка вопроса и определены задачи исследования.

2. Методика исследования. - -

■ Рассиотренн вопросы общей методики исследования и частных методик по определению технологических параметров процесса,проведению металлографического и рентгеноструктурного анализа, физико-механических свойств и износостойкости покрытий, а также методика обработки результатов экспериментов.

Представлена схема установки ПНРКА, её общий вид и основные конструктивные элементы. Проведено обоснование разработки экспериментального оборудования, рассмотрены.устройство и принцип.действия.

Разработана экспериментальная опытная установка ПНРКА в полупромышленном виде, позволяющая напылять покрытия' как на лабораторные образцы, так и на детали.

* 'Особенностью конструкции данной установки является использование специального водооглаадаемого icoi-yxa, который позволяет увеличить дистанции напыления до 510 мм, уменьшить термическое влияние плазменной струи на основной материал и покрытие и сократить геометрические размеры установки, её металлоёмкость.Размещенный в 'предварительной камере электрод для очистки окисных пленок, позволяет максимально Ентенсйтщщровать процесс очистки, так как выполнен в вице елююткневоГ; полу трубы.

lia рис. I представлен обисг": вид установки ПНРКА..

Рис. I Обидой вид установки ПНРКА 3. Обоснование выбора оптимальных технологических режимов Абразивно-струнная обработка.очищает поверхность от различного рода загрязнений и, в то же время, приводит её в напряженное деформированное состояние, характерными признакагли которого является искажение кристаллической решетки, искривление плоскостей и т.п. Сильно развитая шероховатость поверхности способствует лучшему зацеплению расплавленных частиц за неровности, приводит к повышению механических сил и как следствие-увеличению адгезионной прочности.

Ьадача исследования влияния параметров абразивно-струнной обработки заключалась в получении аппроксимирующих функций и графиков однофакторных моделей, принятие уровней и интервалов-варьирования: • После чего методом планирования эксперимента получить регрессионные уравнения зависимости шероховатости и абразивного износа подготавливаемой поверхности от технологических параметров процесса и определить их оптимальные значения.

В результате анализа были определены основные технологические параметры процесса абразивно-струпной обработки, максимально влияющие на выходные параметры: дистанция обработки, размер абразива, давление в пневмосистеме, время обработки и угол атаки (наклон абразивно-струйного аппарата). '¿тш параметрам были присвоены соответствующие кодовые значения: Хр^.Х^ Д^Д^. Графики одноуакгор-чых экспериментов представлены на рис. у

г ' д

.Рис. 2 Влияние факторов процесса абразлвно-отруйноЁ обработки ,на глубину проникновения частиц абразива (дА ,меш )•' а-дистакция обработки,£ ; б-диаметр абразива, в-давление э пневмосистеме,Р ;г-время обработки, t ; ' д-угол а такг, о¿ Качественны]! анализ результатов однофакторных экспериментов показывает, что глубина проникновения частиц абразива в поверхность ¿к, как показатель шерсхозатосги, увеличивается с повышением давления в пневмосистеме Р и времени обработки £ ( рио. 2 в,г)', '¿то объясняется возрастанием скорости абразивных частиц, которая СВЛ5ЭНВ с давлением в пневмосистеме зависимостью:

где• • р - давление в пневмосистеме;

( Г )

, рл ~ плотность энергоносителя ( сотого воздуха );

3. - суммарный коэффициент потерь частицы абразива, обладающей скоростью, совершающей работу по деформации поверхности поверхности

Увеличение времени обработки t приводит к большому числу элементарных актов соударений частиц с поверхностью, что повышает• значение, глубины проникновения дh. Однако, при дальнейшем увеличении времени обработки усиливается процесс абразивного изнашивания поверхности образцов при постоянном значении лh. .

■ Уменьшение глубина проникновения &h при увеличении размера абразива объясняется уменьшением величины удельного давления при взаимодействии частицы с поверхностью ( рис. с б ). Наличие на кривой ( ряс. 2 а ) максимума говорит о том, что .для данной геометрии сопла существует оптимальная длина разгона частиц абразива от среза сопла до обрабатываемой поверхности, при которой скорость частиц будет максимальной. Спадающая ветвь кривой объясняется уменьшением плотности потока абразива и их распределением по пятну обработки. При малых дистанциях обработки частицы абразива не успевают набрать максимальную скорость к, кроме того, исг иывают столкновения с отраженными от поверхностями частицами, иаксимум на_ кривой ( рис. 2 д ), на наи взгляд, объясняется преобладанием в интервале углов 80...85 градусов поцесса абразивного изнашивания, а причины увеличенных глубин проникновения ¿h можно объяснить различными составляющими силы удара абразивных частиц о поверхность.

На основе результатов однофакторных экспериментов были выбраны основные уровни и интервалы варьирования в области близкой к оптимальной. После чего осуществлен полный факторный эксперимент, позволивший получить регрессионные модели вида:

для глубины проникновения абразива

У (дА) = 30,731 - 5,28IXj - 5,2в1Х2 - 12.23Щ + 8,20СХ4 -

- I,43IX5- о,406Х2Х3 - 3,С31Х.;К4 + 5,7В1Х3Х4 ь 1 ' + 1,431X4X5, ~ С 2 )

для абразивного износа ( потери массы )

У {*т) = 19,3 - 1,77^ ~ 7,947л,г + 12,Ь7Щ +• 10,309)^ -

- 3,778% - 3,891%>:3 - ЗГо53Х2Х4 + 6,4ЙХ3Х4 -

- 1,859ХьХ5 - I,G97X4X5. ( 3 ) '

После проверки-моделей на адекватность были получены ой':;»-л.л-нне технологические рекииы ббразквно-сггу;.ло'Л ас--лсогу.-:.,.

• -/ ' 1С

После проверки моделей на адекватность были получены оптимальные значения-технологических рзкимов абразивно-струйной обработки.

Применение комбинированного способа предварительной обработка! поверхности перед нанесением покрытия, го есть совмещение абразивно-струйной обработки и очистки окисных пленок тлеющим разрядом £: единой технологической цепи, предусматривает изучение . ви^нкя параметров тлеющего разряда на эффективность очистки поив рхн ости я' определение их оптимальных значений. Основные параметры очистки тлеющего разряда были определены ранговым.методом в со- ' ответетвкп о акспери-ыш оценкам. Ранжирование показало, что оо-'. ноняыг.ж параметрами, оказывакщцуш максимальное влияние на. эффективность очистки, являются: плотность тока ^ , давление в вакуумной камера Р , напряжение разряда Ц , время обработки { и расстояние мекду элекгродами I . Эпш параметрам были присвоены соответствующие коды: После предварительных экспериментов было установлено, что очистка поверхности от окисных пленок улучшается при использовании постоянного тока в остаточной атмосфере азота и алюминиевого цилиндрического электрода. Алюминий был внбран о.учетом минимальной работы выхода электронов. В дальнейшем эти дакторы поддерживались посюянными.

В качеотве критерия ,эффек1ивности очистки поверхности от окисных пленок был выбран косвенный показатель краевой угол смачивания. Влияние выбранных'параметров процеоса на краевой угол смачива-;.нш представлено в виде графиков однофакгорных экспериментов на рпо. 3. ■

.Из рис. 3 а следует, что оптимальная область изменения плотности тока находится в пределах 1,0...2,0 мА/сы", Однако, при плог-1 нооти'тока бодее 1,8. мА/см^ из-за нагрева обрабатываемой поверхнос-

• тк начинают проходотъ процесса окисления и результирующий эффект удаления «зкисншс пленок даеныасГе^ся. Аналогичная зависимость наблю-.делась-при*изменении интервалов времени обработки С рис. 3 б.,в '). '

После 90 секунд обработки угол смачивания практически не менялся. Ото :об.ьясккется процессами распыления, электрода тлекишго разряда к > частичным загрязнением обрабатываемой поверхности.

Измоненио напряжения разряда при плотностях то^а 1,0...1,5 ■жК/о^' незначительно влияет на оффэкмвность счистки. Однако, с по-

(> ... . • /.I

ьяшещш .разрядного напряжения, энергия ионов, бомбардирующих по-

верхность, увеличивается, а минимальное время обработки при удов-

Рио. 3 Зависимость краевого угла смачивания от параметров процесса обработки тлеющим разрядом: а- плотность тока, £ ; б,в-зремя обработки, ^ ; г- давление в камере, Р ; д- напряжение , и ; в- расстояние между электродами I Это положительно сказывается на экономичности процесса очистки.

Изучение влияния- давления в камере па эффективность очистки показало, что оушеогяует линейна^ зависимость краевогоугла смачивания ( 9 ) от десятичного логарифма давления Р ( рис. 3 г ). Наиболее оптимальным значением является давление в области 10...13 Па.

При исследованы! зависимости краевого угла смачивания от расстояния мазду электродами t ( рис. 3 е ) во внимание ~ . принт, юлась взанкосвязь остаточного давления, потенциала зажигания разряда II мекэлектродного пршея^утка. При малых значениях мек-злектродкого промежутка в значительной мере интенсифицируются процессы тепловыделения на обрабатываемой поверхности, что ослабляв! эффективность очисти:. На значительное увеличение докшэго угла сиачпаания при расстоянии мевду алектродами более н ¡'.с связано с ослаблением частот бомбардировки иоиаш обрабатд~ч.глой поверхности. ОпкашльноП областью изменения меиэлектродногс промежутка остается В.. .10 ш.

На основании олноХакторнггс зкеп^-ппентов били определены ос-нознш уровни и интервалы варьирован;:;: факторов в области близкой к оптимальней.

После построения матрицы ¡шнгсроЕашш многойакторного эксперимента и провидения опытов было получено регрессыишог уравнение завпеилооеп краевогоугла смачивания, raí: показателя состояния поверхности ( без окислов ) перед напыление:.:, от технологических параметров процесса очистил:

У {& } = I5,cBII - 5,37o/-,- - I,7SIX¿ - I,2G63X4 + I,3?5X5 + -г 1,0743:^1, - 1,;:CÜ7XiX5 -i- í,4533zf И 2,59C8Xg + + 2>ЗЗ8Х|1-/1,8З;ЙХ^ -^.seus x|, ( 4 )

Еыбганная модель ( 4 ) соответствует условна адекватности»

йетодоы экстремального планирования получено «атипическое описание зависимостн краевого угла смачивания от технологических роынмов процесса очистки от окленых. пленок, позволяющее производить раздельную оценку каждого фактора и управлять состоянием поверхности. Били определены оптимальные значения технологических режимов , при которых краевой угол смачивания составлял 10Д +1,5 градуса, что говорит о максимальной эффективности очистки окненых пленок.

Условия, при которых осуществляется процесс плазменного напыления, в равней степени с предварительной подготовкой поверхности оказывают непосредственное влияние на формирование и качество будущего покрытия. К одному из основных свойств, характеризующих качество покрытия, относится пористость.

Пористость покрытий ПНРКА представляет слоглнй объект исследова-пия, изучение которого связано с раиеппеы ряда задач, в тем числе: (Т.ормированис перечня параметров процесса ЯПРГи\, овозивавдлх влия- . кие на пористостъ-.планпрованпо и проведение эксперимента на объекте исследования; построение математического описания,позволяющее ул'авляЕь значением пористости при изменении входннх ( технологических ) параметров и решение задачи оптимизации.

Па первом этапе бнди вибранп те фактор«, которые оказниапт наибольшее влияние на пористость: шкшоегь душ плазмотрона, расход плаямообразующзго газа, дистанция нападения, давление в as seps и дисперсность поропкэ. Поело рапкиповЕния :гл били присвоена ¿оответствущяе кодовке значения:

Результата односРакторпого экеггершепто иогсозюзх определить зависимоетп и характер влияния этих парэиетров из пористость Ро яокрптия ПНРКА из оато1-лтзсу;-ж;егося сплава ( рис. -i ).

Анализ завнсжосш ( рпс. -За ) пока зал, что j последе га.аз диапазоне с ростом мощности дуги плазмотрона // пористость По уменьшается. Это связано с г си, что увеллчежк» «оглост:: пгдвогат к повп-шежяо эффективного нагрева влпшюег.шх частиц, паходящахся в емсоко-температурной -зоне, а следовательно, и нптзненвнему сслдообиску медду частицаш и плаёпенвоЕ струе.'.. данное явление такие замно ввиду того, что разрешенная спед-з сиссоествует со!гакети5 зрег.еш: пребывания частиц в вксокотенпесзгурноИ зоне. Рпсперпиентц показа ли, что при мовдоетях менее 5 кВЛ прогхохопнт ухудшение прогрева частиц в разреженно!: среде. Эти условия оказались жягшлгувстпп над эффектом увеличения скорости частиц, поэтому значения пористости били больше, чем при напылен:::: в нормально!! атмосфере, где скорость частиц меньше, но э^дектихнее ах нагрев. При увеличении мощности более 25 кБА процесс эффективности нагрева частиц, находящихся в високогсстсрагурпо" зоне, бил настой:ко велик,что происходило выгорание хкпнчеекпх элементов ( бора, кремния ) и увеличение пористости наторкала покрытия. ¿..оказательстисм s тог .у ату гит характерный изгиб на кривой ( рис. 1 а ) в дошоЛ обласпи.

■Изменение расхода плазмообразугцего газа ( азота ) Q. в интервале ( 0,5...1,5 )1С""°н0/с оказчзало мсньгее влияние на :пме!н~ ние пористооти, чем модность дуги гглозмсгропа { рис. 16 )

ь

Я)

в

50

и

а ■ б

б

ь

1.0 !О 30 40 №

г

. Рис.

Г?

Щ

20 40 60 ¿мкм]

д

4 Зависимость пористости покрытий из сплава ПГСР-4 от параметров процесса ПНРКА.: • а - мощность дуги плазмотрона, ^ ; б - расход плазмо-

образупцего газа, 0 ; в - дистанция напыления {. ; , г - давление в камере, Р ; д - дисперсность порошка, <1 .

Это связано с условием баланса в протекании топохимическпх реакций. В интервала ( 0,5...1,2 )10-ом /с наблюдается-линейный участок, имеющий спадающую ветвь. Кроме того, повышение расхода азота более благоприятствует протеканию процессов, описан-

ных Еыие. С превышением расхода более 1,5 10_ом°/с происходили сбои в работе шмзг.ол сна, что приводило к увеличению пористости.

При исследовании влияния дистанции напыления ( рис. 4в ) на пористость было обнаружено, что с ее увеличением происходит 'постепенное, понижение температуры частиц и их скорости.-.Это, в свою очередь, приводило к увеличению значения пористости. Так, при дистанции 450 мм начинается ' образование изгиба на графике и _ далъдейлае его крутое восхождение. В наша исследованиях при дистанции напыления менее 25С мм плазменная струя достигала основного материала, на которую оседали напыляемые частицы. Температура в зоне контакта повышалась до точки плавления материала частиц, и они, не успевая кристаллизоваться, стекали с поверхности напыления. Покрытия не образовывалось. Таким образом, было установлено, что критическая дистанция, при которой частицы находятся в расплавленном состоянии и обладают достаточной скоростью для образования прочного сцепления и минимальной пористостью, находится в интервале 250...400 мм. Было установлено такие, что данная дистанция напыления тем меньше, чем диоперснее частицы и боз ¿ае давление за' срезом оопла плазмотрона.

Из рис. 4г видно., что в исследуемом диапазоне изменение давления Р за срезом сопла плазмотрона ( 5...40 кПА.) оказывало слабое влияние на пористость напыляемого сплава ПГСР-4 и носило линейный характер. Также ясно, что как только для некоторых заданных скорооти частиц и дистанции напыления понпкение давления а камедч ухудашг эффективность нагрева частиц в высокотемпературной зоне, начнется увеличение пористости По и будет тем интенсивнее, чем выше дисперсность напыляемого материала. При давлении в камере более 40 кПА частицы напыляемого материала начинали терять скорость и .затвердевали раньше, чем происходил их контакт с основой. В результате значения пористости сильно возрастали..

Анализ ( рис. 4д ) показал, что увеличение дисперсности частиц (I приводило к увеличению пористости По. Отсюда, при дисперсности частиц от 60 мкм к более, происходил ыечшпй их нагрев из-за короткого времени пребывания в высокотемпературно;! зоне.Ьыло установлено, что часть частиц порошка неполностью расплавлены и подлетали к подлоге поче: в остывшем виде. В результате чего их прочность сцепления невелика. В этом схучае пористость По была больше, чем при напылении в открытой атмосфере. При дисперсности пороика менее ¿1; мгад появлялись эффекты выгорани: и испарения х12:;лсе::.;х элементов из нагашяепегя • материала. В обоих случаях мохе: ядг: речь о несостоявпеглся пс.чрькгд.

' ' . ■' 16

Проведенный анализ одкоуакторных экспериментов позволил определит- степень и характер какдого параметра,влияющего-на пористость, ¡»е годом полного факторного эксперимента получено оледующее ма-'-генатачвское описание вавкоимооти пористости от технологических-.реш-.юв процесса ПКРКА. в виде уравнения регрессии:

У.Ч По ) ^ 2,51 + 0,405}^ + 0,253% -.0,206% + 0,1Х4, (5 ) ¿Анализ урцвигння показывает, что снижение пористости необходимо; добиться увеличением мощности дуга плазмотрона, расхода плэзмооб-'.разуэдэго газа и дазленкя в камере и, 'в токе время, уменьшения диета* цяк. Цлвду тек, -'выбор оптимальных пазаяпов процесса ПК?КА путем кру,-того восхождения позволил снизить пористость напыленного материала 1с 1,5 до 0,9 %.

4..Изучение физико-моханических свойств гоюзменннх покрытий Зизико - механикеокпв свойства покрытий из самофлюсующихся сп-•'; лавов отражают г.«соплуатацио':нке характеристики упрочненных деталей. 'Рассмотрению подверглись прочность сцепления, пориотость, шкротвер-дость, структура и износостойкость. Енло установлено, что при оптимальных решмах напыления количественные значения адгезионной прочности. доставляли 177.. .197 ;.31а и занимали промежуточное полокенне . мезду неопдавлешшл и оплавленным состоянием покрытия. Кроме того,' выявлен характер распределения и фюрла пор, присущих недооплавлен-ному состоянию структуры покрытия из самофлюсурцегося сплава. Размер пор в покрытии ПНРКАдоставлял до 6 ...ил, а поело обработки до-

• полювдльыым электричесизм разрядом - 1,13... 3,57 мод. ¡.1е таллографд-«шми'*< рянтгенос-труктурнш анализами установлена модифицированная структура ПНРГА ( более"пластичная, мелкозернистая, компактная без окислов.-) .¡.¡икрогвердостъ гг;к«-:х похгрытий составляла 2,6. ..4,2 ГПа

• в переходной зоне " основа - покрытие "; на границе' раздела'со стороны покрытия -" 5-Д.,'.'15„8 ГЦа; в середине ц на периферии покрытия -3,74.. .С;В£'ГПа ( рис. 5 ).. При зто'.л гшкротвердость осковн почти не .изменялась к находилась в интервал 1,52...Г,97 ГПа, чго подтввр»

. дает существование самых швншдышх оотаточных тошлчгскнх напряжений,, Рентгеновским анализом установлено присутствие в покрытии ШГ1&-иа самофштосующегося сплава следу юцях фаз: твердый раствор на ;осногм' 1шкел.;.'.( & ), .карбиды хрома {Сг„С{ ъСг,Сл), 'борн.ды никеля 'Л е склщидц никеля.

0.8 49 1,7

0,9 ■ 1.7 5-«

Ряс. 5 Сравнительная характеристика мпкрогвердости плазменных покрытий из самоолксуицегося'сплава ЯГС?-1: I - зона основного материала; 5 - переходная зона; 3 -зона покрытия; а - ПКА без оплавления; б - ГП1А оплавление в печи; в - ПЕЛ оплавление горелко"; г - 1ША оплавление Ж1; Д - ПТУ., оплавление в солях борня; е - 1ШР10\ обработ-' • ка дополнительным электрнческыл рвэгядом Это подтверждает неизменность химического состава, а, следовательно, сохранение высоких ¡эксплуатационных свойств данного терзала. ¡Лакропскамения кристаллической реисткл бил1: в 1,5о разя меньше по сравнению с оплавлениан «кнрни-ч::д. 1-то докаглшает полог:-тельное влияние дополнительного разряда на структуру сплава ШС:-—1,

Д

■ ■ 1о

•:гг> а снов очередь, является прцчх-шой повышенных физико - механк-•т-поах и Експдуатвцпонных свойств. ' • _...

Результаты сравнительных испытаний на износостойкость показала, что покркткя 1ШРКА при схеме трения "диск - колодка" шелл пз-, нос в среднем в 1,03... 1,27 рана выше, чем оплавленные покрытия ' г.з того ив материала во всем интервале удельных нагрузок и скорос-

■Рис. 6 Зависимость 'износа от удельной нагрузки при изнашивании ыасляно - абразивно!! прослойкой по схеме "диск - колодка": а, б, -в -.скорость скольжения 0,78, 1,3; 2,6 м/с; I ^ сталь 45 ( до 58 Н?СЭ );? - покрытие 1ТНА; 3 - пок-' рытке 1ШР1-Са.; (4 - покрытие ПНРКА, обработанное дугой;

* ' . 5 -' покрытие ША оплавленное.

.С увеличением удельных нагрузок с 2,5 до 3,75 МПа износ у покрытий ПНЙСА был нй- 8,5-5? пеньке, а коэффициент трения составлял 0,019...0,215, что указывает на высокую приспосабливаемооть структуры ШШлА, к вменению условий истирания.

Результаты показали, что и;-люс у. покрытий ПНРКА при трении по схеме "диск - диск" ('рис. 7 ) в среди ел,с был в 1,43... 1,09 раза моаше, чем у оплавленных покрытий из того исматериала 11ГСР-4.-Это обусловлено более вязкой и пластичной структурой ПНРКА, свободной от окислов.Вместе с тем износ у оплавленных покрытий характеризовался охрупчиванлем и скалыванием их фрагментов под дей-о'.'ьпем больших нагрузок. 1

Рис. 7 &звис:шость к:.;коса от удельной нагрузки при изнагп-

вагош иаоляно - абразивно;; прослойкой, по схеме

"диск - диск":

а, б, в - скорость скслвыегшя С, 78; 1,3; 2, в м/с;

1 - покрытие ПИР1&, обработанное электрической дугой;

2 - оплавленное покрытие ПН.\. , 4 Дальнейшие исследования лзнагшвашьт покрытии ШТРКЛ о закрепленный абразив позволили установить, что средние значения износа при удельной нагрузке 10 ¡.¡Па били в 1,3 и 1,53 раза меньше, чем у оплавленных покрытий ШЛ и стали 45 с твердостью до 58 150э соот--ветственпо ( рио. 3. ).Это является доказательством преимущества модифицированной структуры ПНРКА и делает возмогли: применение защитных покрытий для упрочнения деталей, работающих в различных условиях эксплуатации.

5. Реализация технологии ШЕРКЛ.

Из всей номенклатур!! воссгаповялвэекых деталей распределительный вал ДЗС работает в самых тямелнн условиях, о его кулачки воспринимают больпие знакопеременные дгаэ1.жчсские нагрузки.

Анализ условий работы кулачкоз позволил установить, что сопряжение кулачок - толкатель веспгяип'зе? контактные наптпкллпн; до 500 ЦПа к ударные нагрузки до т?0 ;Лэ. При этом мзпос ^лх;-ков находился в гспрокоч интернате ( О.СЗ.,.1,5 )-10-ом и более. Причем наибольшие значегчг-1 изисеов папистт;;изп на соку .набеглп::'! и вер/липу кулачка. При о тем с^г.-гизш«- мелисе:;'. дгигм'р;.;;; снималась до 5 а расход тишгпз ун^.ни-спеа.пся н.» 10 ,н:сме того, было выявлено, что износ ьулачгсг .ппнкод:;: л рненлчек ; зпоеа.

Рис.8. Гависимость износа материалов от удельной Л нагрузки к закрепленный абразив:

а, б,'в, - зернистость абразква 80, 2СС, 'ЮС ш;

I - покрытие ПНРКЛ; 2 - оплавленное покрытие ГЕНА;

3. - стэль 45 закаленная до 58 цилиндро-поршевой группы. Ешш установлено такие, что у тихоходных дизелей тракторов кулачки кулачки изиагсшатзгся в 1,5 ...2 раза быстрее. ■

. ото позволило сделать вывод о ток, что преждевременных дз-носов кулачков,но:шо пзбекахь, если применять перспективный способ восстановления изношенных поверхностей плазменным напылением в разрешенной контролируемой атмосфере, при котором'гарантируется высокая износостойкость к самое гишмалтлое термическое влияние на основной материал детали, исключающее ее деформацию. ■ .

1 -Ка основании проведенных экспериментов были разработали основные положения технологического процесса восстановления,соде р,осадке 'три стадии обработан: абразивно - струйная в сочетании с очисткой 01ПСНКХ пленок гзнщим разрядом, процесса напыления я последующую исхашисску» обработку шлифованием. Б связи с этил ре' комендутотся следуквде опзкгаяьнко технологические рехлш, позволя-лгдп максимально повысить эксплуатационные характеристики воссга-иавливнекнх деталей:

для абразивно - струйной; обработка . давление в шевмосистеме, 13а С,5

ЮТтанхет обработки, и? ' 60

диаметр абразива, и* С,5...О,8

время 'обработки, о 6С ' ■

угол атаки, грзд 130

для очистки окисных пленок тлеющим разрядом

плотность тока, мА/см*^ 1,4...1,6

напряжение, 3 8СС

давление в камере, Па 3,5...3,0

расстояние мекду электродами, ил 8.,.Э

время обработки, с 90...1С0

для процесса напнления

мощность-дуги плазмотрона, u3.IV 13

расход плазмообрззуищего азота, ми/с 1,16 Ю-"4*

давление камере, кПп 20

дистанция папнлешгя, ш . 300

для операции али'Тчязгшнл

частота вращения круга, мин"'' 25...СО

скорость резания,' м/с

поперечная додача, ш/дв.ход .0,Ш5

Б качестве абразивного митекшла следует ;:спсльрсдать з.>а;оз-кмэ крут марки АС5С, о зорнисулстьм ,.:х/ХС из ксголжгачсяс4« сяк«»:»-JDI3.

На вп'лепрпЕоденных реталах' б"ла восстановлена партия рзенро-делителышх валов от двигателей СКд, - I-i и - 2C*5, когорке вдослсдствие проходили зкеплуатадионнкл иедчтошия на тралдоодчом тракторе ТДТ - 5'5А в Боронсискои мехнеохозе ГраГская и на агтскс-биле лесовозе КрАС з условиях лесхоза Рохучзрч Короне/сиоР о;';ас:::;.

3 результате псничзчнч било установлено, что после 11'л. гого-.чосов наработки трактора рпр - епК и G7GJ-Í км пробега лески:;;: КрАЗ износ "кудачкгз рненрчдел'нин'-ннх 1и\,ин составлял п.й'Р.., О, СО гтп

Оценка качества вссстансд.:::пид: демгзК. иринниони: "-си но но-, э-рЛкциспту долговечнее::;!^, катер;.:.'! дни сан и'ичи. причин - толкатель составил !;,7J :то ерппиеч > с н сп: е.п'.деилуа та. ve ми понимания подтвердили впеоьие ép;e;..ro - мпизппчеепне с;;сп.с:ч:-..: .п-ноео-стоРкость покричи! ШПп"! из сз: оД-.-'с-у" :егесч ои.Д'нз Й!.Р - I.

Расчет зконссичесчоп пп онсеч.., .а и; е. -

пш ЛНЕКА, составляет 163,9 тысяч рублей по отношению к новой детали и 5,95 тысяч рублей по отношению к детали, восстановленной-плазменным напылением с оплавлением при условной годовой программе ЛСО единиц ( состояние цен на февраль 1992 года ).

Общие выводы и рекомендации

1. Б результате исследований получено математическое описание комплексной предварительной подготовки поверхности перед напылением и процесса ПНРКА, которое является вкладом в развитие и обобщение теории поверхностно - пластической де-'^орлации, термодинамических и фпзико - технических процессов и позволяет управлять состоянием поверхности перед напылением и качеством покрытий ( пористостью) .

2. Исследован способ комплексной предварительной подготовки поверхности перед нанесением покрытия ПИРКА. Произведена раздельная оценка 'основных факторов процесса, влияниях на шероховатость и очистку поверхности от окисных пленок. Получены регрессионные уравнения и определены опгш-лальные реяимы: давление в пневмосыстеме - 0,5 Ша; дистанция обработки - 60 мм; диаметр абразива, - 0,5... 0,8 ш; время обработки - 60 с; угол атащ - 00 град.Плотность тока тлеющего разряда - 1,4... 1,6 мА/см*"; напряжение - 8СС Б; давление в камере - 3,5...3,8 Па; расстояние меязду электродами - 8...

9 мл; время обработки тлеющим разрядом - 90... 100 с."

3. Экспериментальным исследования!.!!! получено регрессионное уравнение процесса ПНРКА, описывающее влияние основных технологических резолов на пористость покрытий из сашфшосувиегося сплава ТЕЛ?-'- 4.Определены оптимальные значения мощность дуги плазмотрона 18 кБА1; расход плазмеобразующего газа -1,16 10~"уо/с; давление в камере -'20 кПа; дистанция вг.пшгбнкя - 380 ш. Приведены предпочтительные решг.ты механическоГ' обрабогкт шлифованием кулачкоа распредвала: частота вращения круга - 25...ОС шпГ1; скорость резания -

■ 30...40 м/с;.поперечная подача - 0,005 ш/дв.ход.

4. С результате проведенных исследований было-установлено, что благодаря нанесешю пдар-леяиого покрики в разрешенной контролируете! атмосфере сули улучлеин некоторое, фкзнко - механические своД-сгэз напиленного матетглсда ( ПГСР - 4 К Причиной этого у«учяега: является ?:ок-:ф:ширсЕ?нп;зя структура данного сплаве, свободная ох сгс.слсВ: которая соответствоз&.-а ведсошшвкснкому состолнк». При

этом адгезионная прочность покрытия НЫРКА, обработанного дополните дъныь!"электрическим разладом составляла 177... 19? мПа, а пористость до 1,5$.

5. Лучшая приспосабливаемость модифицированной структуры ПНРКА. к изменяющимся условиям при испытании на износ способствовала получению коэффициента долговечности сопряжения кулачок - толкатель , • равным 2,72 по сравнению с новым. Эксплуатационные испытания, проведенные ла автотракторной технике в условиях умеренной климатичес-■ кой зоны, показали, чдо линейные износи восстановленных по технологии ПНРКА кулачков распределительных валов не пресыщают 0,02,.. 0,03 мм после 142С"'мого -- часов наработки трактора ТДТ - 55А и 67364 км пробега лесовоза КрАЗ.

6. По результатам экспериментов разработан опытный образец установки 1IHPKA. в полупромышленном виде, позволяющий напылять как лабораторные образцы, так и детали.

7.Разработаны основные положения технологии IIKPKA, включающие комплексную предварительную подготовку, процесс напыления и механическую ос^аботку шлифованием, а также рекомендации по условиям реализации технологи! ПНРКЛ, состоявдх из технической и экономической

■ составляющих.Технология ПНШ была внедрена б фирме "ТХШАд" для. восстановления ответственных деталей мааин.

8. Расчет экономической эффективности процесса IMPKA показал преимущества данной технологии при восстановлении распределительных валов ДВС перед новой деталью ii восстановленной по существующей технологии напыления с оплавлением защитного покрытия. Расчетный эффект составил 163,0 тысяч рублей п 5,35 тысяч рублей соответственно при условной годовой программе IIC0 единиц ( по ценам февраля 1992 года Сешшукского ремонтко - технического предприятия Зоронегагропромсервис ).

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Ту туков ¡;.й., Семенов J3.1I.. Зфрон .л.В. влияние ф;акто];ов дробеструйной обработки на состояние поверхности// Сб. науч. тр. .. ВСЙИ: Улучшение свойств материалов для деталей сеяьскохоеяйствен-ных маыин. Loponc;;,I$tSL> - С. 07 - IC3.

2. Оценка влияния параметров тлемщего разряда на эффективность очистки поверхности/ ТутукоЕ ^.il., Земскоп ¡..П., Л..-. М'111, Вороне;.:, ISoG - 13 с. - деп. в -йпййю'П:,;, ZbJ.l,.^, ;-чм е..

'. 3- Оптимизация процесса обработки поверхности тлеющим разрядом/ Ту туков В.Н., Зеысков и.П., ¡Лальдев А.1'.:ШЯИ - Вороне;.;, 1933

- 10 с. - деп. в ЩЕ1ТЭЛЦ,28.03.08,4335 - чм 83.

4. Станчев Д.И., Земоков и.П. Опыт разработки о организации комплексных мероприятий по упрочнению деталей при'изготовлении и ремонте. Тез. докл. науч. тех. конф. ¡¿7Ш - Пушкино Моск. Обл., 1989 - Зо... '

,5. Станчев д.И., Земсков L3.IL., 1&днрметов А.¡Л. и др. Исследование физики процесса и разработка технологии плазменного напыления с целью повышения долговечности деталей машин// Огч. НИР Инв.й ГР 01980083183, ШИК, Воронек - 1939 - 83с:

■6. Еемсков В.П., Станчев Д.11. К вопросу об износостойкости плазменных покрытий, полученных в разреженной контролируемой атмосфере ЩРКА.// Износостойкость машин. - Тез. докл. Всесоюз.н..-т. конф. - Брянск, Т991 - С.43 - 44. " '

7. .Станчев Д.II/, Земоков 10.П. ,Пекшев П.10.. Влияние условий плазменного напыления на состояние структуры и износостойкость покрытий// Триботехника - машиностроению. Тез. докл. '5 науч. конф.

- Н.. - Новгород, 1931 - 20с,

■ 8. Станчев Д.К., Еемсков 13. П., Ту туков Б.Н. Установка для плазменного напыления в разрешенной контролируемой атмосфере // Ыепвуз. сб. науч. тр.: Восстановление п упревлегае качеством ремонта деталей машпй, СПЯ - Саратов,- 1331 - С. ЗБ - 34..

9. Сганчев Д.К., Еемсков 1j.II. -Установка плазменного напыления в разрешенной контролируемой агаосфоре// Пкформ. листок 137-92, ' ЩШ-Еоронеж, 1932 - 4с.

Подписано в печать 19. II. 93 г. еорм&т 60 х 90 1/16. Бумага для мной:, аппзратов. Офсетная печать. -Усл.-печ. л. 1,0. Тираж 100. 3-зк. 464.

Борснезский"технологический институт; 324017, ЕоронеЧ, пр. Революции, 19 Участок п.'Г.:<:р^$пи