автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.04, диссертация на тему:Разработка методики определения параметров упрочнения цементируемых зубчатых колес судовых передач при ремонте

На правах рукописи

динь дык лок

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ УПРОЧНЕНИЯ ЦЕМЕНТИРУЕМЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС СУДОВЫХ ПЕРЕДАЧ ПРИ РЕМОНТЕ

Специальность: 05.08.04 - Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Астрахань - 2014

005560166

005560166

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Астраханский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «АГТУ»)

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Мамонтов Виктор Андреевич

Официальные оппоненты: Бурмистров Евгений Геннадьевич,

доктор технических наук, доцент ФГБОУ ВО «Волжская государственная академия водного транспорта» (г. Нижний Новгород), профессор кафедры

«Проектирование и технология постройки судов»

Ежов Юрий Евгеньевич,

кандидат технических паук, доцент ФГБОУ ВПО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» (г. Санкт-Петербург), заведующий кафедрой «Технология эксплуатации и автоматизации работы портов»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Дагестанский

государственный технический

университет» (г. Махачкала)

Защита состоится 13 февраля 2015 г. в 1200 часов (аудитория 313 в главном корпусе) на заседании диссертационного совета Д 307.001.07 при ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет» по адресу: 414056, г. Астрахань, ул. Татищева 16, ФГБОУ ВПО «АГТУ» (тел./факс 8(8512)614190, е-mail: a.ruban 1974@mail,ru)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет» и на официальном сайте ФГБОУ ВПО «АГТУ»: www.astu.org

Автореферат разослан 15 декабря 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., доцент

Рубан

Анатолий Рашидович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Зубчатые колеса судовых передач являются ответственными элементами судовых энергетических установок. В процессе эксплуатации они приобретают различные дефекты и повреждения, которые служат основанием для прекращения их технического использовашш и постановки судна в ремонт.

Судоремонт представляет сложное и многопрофильное производство с выпуском продукции ответственного назначения. Особенностью его организации в отличие от других производств является определяющая роль стадии подготовки ремонта каждого конкретного судна. Известно, что на судоремонтном предприятии технологическое время в производственном процессе ремонта составляет около 20-50%, остальная часть затрачивается на подготовительные, организационные и другие виды работ.

С целью повышения надежности и долговечности зубчатые колеса подвергаются цементации. На практике разработано и внедрено большое количество упрочняющих технологий, используемых в различных отраслях, в том числе судостроении и судоремонте. Однако научные основы методов упрочнения и методики назначения параметров упрочнения базируются, главным образом, на обобщении экспериментального материала или использования упрощенных физических моделей. Это вызывает существенный разрыв между теорией и практикой упрочнения и приводит к недостаточному пониманию сущности происходящих явлений в металле при упрочнении, а так же к отсутствию методик расчета параметров упрочнения и методов оптимизации режимов упрочения, обеспечивающих заданные свойства деталей. Это приводит к тому, что каждый раз при решении практических задач приходится снова проводить экспериментальные исследования, существенно удлиняющие сроки конструкторской и технологической подготовки производства.

Поэтому исследования, направленные на снижение затрат на подготовку производства и сроков ремонта, а также на повышение качества и надежности отремонтированных технических средств являются актуальными.

Целью работы является повышение эффективности подготовки производства при ремонте цементируемых зубчатых колес судовых передач путем разработки методики определения параметров их упрочнения расчетным методом.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести обзор методов определения характеристик сопротивления усталости и параметров упрочнения.

2. Теоретически обосновать и разработать методику исследования влияния параметров упрочнения на циклическую прочность образцов и зубчатых колес расчетным путем.

3. Исследовать распределение микротвердости, остаточных и рабочих напряжений по упрочненному слою образцов и зубчатых колес.

4. Исследовать влияние физико-механических свойств цементованного слоя на циклическую прочность детали.

5. Разработать методику проведения усталостных испытаний на образцах и опытных зубчатых колесах.

6. Исследовать влияние параметров упрочнения на циклическую прочность круглых образцов диаметра 10 и 20 мм и опытных зубчатых колес модуля 6мм.

7. Исследовать влияние масштабного фактора и степени концентрации напряжений на циклическую прочность детали.

8. Разработать алгоритм расчета параметров упрочнения натурных цементируемых зубчатых колес.

9. Определить оптимальные параметры упрочнения натурных зубчатых колес модуля 10 мм.

10. Определить экономический эффект от внедрения результатов работы.

Методы исследования. В работе использованы теоретические и

экспериментальные методы исследования. Исследования произведены с использованием программных продуктов «FEMAP и NASTRAN» и «Excel»

В основе теоретического исследования использована теория профессора В.П. Когаева, а также метод конечных элементов.

При выполнении экспериментальных работ использованы методы проведения усталостных испытаний, в т.ч. метод «лестницы», методы регрессионного анализа и статистической обработки результатов экспериментальных исследований.

Эксперименты проводились в лаборатории Астраханского государственного технического университета.

Научная новизна

1. Разработана методика исследования влияния параметров упрочнения на циклическую Прочность цементируемых зубчатых колес судовых передач.

2. Дана количественная оценка влияния физико-механических свойств цементованного слоя на циклическую прочность деталей.

3. Установлены закономерности и количественные оценки влияния параметров упрочнения, масштабного фактора и концентрации напряжений на характеристики выносливости цементируемых зубчатых колес, изготовленных из стали 12ХНЗА.

4. Разработан алгоритм расчета параметров и эффекта упрочнения цементируемых натурных зубчатых колес.

Достоверность результатов теоретических данных, полученных расчетным методом, подтверждается сравнением с экспериментальными данными, определенными на основе законов теории вероятности и математической статистики.

Практическая ценность

Разработанная методика позволяет снизить трудоемкость подготовки производства цементируемых зубчатых колес при ремонте путем определения параметров их упрочнения расчетным методом.

Учет влияния физико-механических свойств цементованного слоя в работе позволяет повысить точность результатов исследований характеристик выносливости, в результате которого повышается надежность и долговечность цементируемых зубчатых колес.

Результаты работы использованы при разработке технологического процесса изготовления и ремонта цементируемых зубчатых колес и других ответственных деталей из стали 12ХНЗА. Эти результаты могут быть использованы в расчете зубчатых колес на выносливость при изгибе по ГОСТ 21354-87; в расчетах деталей, подвергаемых поверхностному упрочнению, по ГОСТ 25504-82 «Расчеты и испытания на прочность. Методы расчета характеристик сопротивления усталости».

Личный вклад автора. Постановка научно-исследовательских задач и их решение, научные положения, основные выводы и рекомендации диссертации принадлежат автору. Личный вклад в работах, опубликованных в соавторстве, отражен в диссертации и составляет не менее 75%.

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в технологическом процессе ремонта цементируемых зубчатых колес на судоремонтном предприятии «Волго-Каспийский судоремонтный завод» (г. Астрахань), а также в технологическом процессе изготовления зубчатых колес на ООО «Хай Минь» (Вьетнам).

Научно-исследовательские материалы диссертационной работы используются в учебном процессе АГТУ при подготовке морских инженеров и инженеров-судомехаников.

Апробация работы

Основные результаты научно-исследовательской работы докладывались и обсуждались на: заседаниях кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники» ФГБОУ ВПО АГТУ; заседаниях ученого совета института «морских технологий, энергетики и транспорта» АГТУ (г. Астрахань); ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава АГТУ (г. Астрахань, 2012 - 2013 гг.); ежегодных международных научно-практических конференциях «Технология упрочнения, нанесения покрытий и ремонта: теория и практика» (Санкт-Петербургский гос. политехнический университет, 2012-2013 гг.); 14-й международной научно-практической конференции «Современное состояние естественных и технических наук» (Москва, 2014г.); 9-й международной конференции «European Applied Sciences: modern approaches in scientific researches» (Штутгарт, Германия).

Публикации. Основные результаты выполненных исследований по теме диссертационной работы отражены в 11 публикациях.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов по работе, списка использованных источников из 140 наименований и шести приложений. Работа изложена на 131 страницах основного текста, содержит 7 таблиц и 59 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность работы и направления исследования.

В первой главе приведен анализ конструкции и технологического процесса изготовления и ремонта зубчатых колес; проанализированы особенности процесса цементации и выявлены закономерности влияния различных факторов на сопротивление усталости цементируемых деталей; представлены обобщенные сведения о существующих методах определения характеристик сопротивления

усталости и параметров упрочнения; сформулированы цель и задачи исследования.

Зубчатые колеса главных передач являются ответственными деталями судовых энергетических установок, передающие большую мощность при высоких окружных скоростях от главных двигателей к гребным винтам. Для их изготовления применяются высококачественные стали типа 12ХНЗА, 18Х2Н4МА, 20ХНЗА, 20Х2Н4А и др. Применение малоуглеродистых сталей обеспечивает высокую ударную вязкость в сердцевине и твердую поверхность зубьев колес после цементации.

На характеристики сопротивления усталости деталей оказывают влияние многочисленные факторы, такие как: качество поверхности, механические свойства материала, содержание углерода в материале, абсолютные размеры, концентрация напряжений и др.

Основными причинами повышения эксплуатационных свойств зубчатых колес при цементации являются повышение твердости поверхности и образование остаточных напряжений сжатия в упрочненном слое, а также переход очага разрушения с поверхности в подслойную зону. В результате цементации повышается пределы выносливости при изгибе и контактной выносливости на 60... 150%, а износостойкость - в 3... 10 раз.

Для определения характеристик сопротивления усталости применяются косвенные и прямые методы. Косвенные методы основаны на анализе взаимосвязи между пределом выносливости и механическими свойствами металлов или явлениями, сопутствующими процессу усталости. По прямым методам предел выносливости определяется путем проведения циклических испытаний на образцах и опытных колесах.

Для определения величин микротвердости применяются микротвердомеры. Величины остаточных напряжений определяются с помощью механических и физических методов, а также с применением прибора СИТОН.

Рассеяние результатов исследований выше перечисленных методов объясняется отсутствием общей методики исследования и теоретических основ процесса усталостного разрушения. Эти методы позволяют только определить значение предела выносливости, не выясняя влияние различных параметров упрочнения (глубина упрочненного слоя, величина твердости и остаточных напряжений и их распределения по слою) на предел выносливости.

Вторая глава посвящена разработке теоретических основ методики исследования влияния параметров упрочнения на циклическую прочность цементируемых зубчатых колес.

Для исследования использована теория профессора В.П. Когаева, основанная на анализе взаимного расположения эпюр изменения по сечению детали механических свойств, остаточных и рабочих напряжений. Сущность методики состоит в том, что эффект упрочнения определяется при касании на эпюре кривых распределения предельных рабочих напряжений и предела выносливости, так как разрушение начинается только тогда, когда рабочие напряжения достигнут предела выносливости в какой-либо точке поперечного сечения детали.

В результате упрочнения усталостное разрушение может происходить в подслойной зоне гак на поверхности. При подслойном разрушении основную роль играют глубина упрочненного слоя и характер распределения остаточных напряжений в зоне перехода от слоя к сердцевине. Увеличение глубины слоя до определенного значения приводит к повышению эффекта упрочнения. Остаточные напряжения в поверхностном слое оказывают большое влияние на эффект упрочнения. Если остаточные напряжения являются сжимающими, то эффект упрочнения повышается. Однако остаточные растягивающие напряжения снижают эффект упрочнения.

В некоторых случаях усталостное разрушение может происходить на поверхности и при этом основггую роль играют величина твердости и остаточных напряжений на поверхности. Увеличение твердости и остаточных сжимающих напряжений на поверхности приводит к повышению эффекта упрочнения. Необходимо отметить, что при поверхностном разрушении увеличение глубины слоя не приводит к повышению эффекта упрочнения.

1- эпюра распределения твердости и предела выносливости зон сечения без учета остаточных напряжений; 2- эпюра предельных амплитуд напряжений с учетом

остаточных напряжений; 3- эпюра предельных рабочих напряжений. Рисунок 1 - Схема определения эффекта упрочнения при цементации образцов диаметра 10 мм (эпюры выражены в относительных единицах по отношению к

свойствам в сердцевине). По предложенной методике можно исследовать влияние абсолютных размеров, концентрации напряжений на сопротивление усталости деталей.

В третьей главе разработана методика исследования влияния параметров упрочнения на циклическую прочность зубьев цементируемых колес; установлены условие исследования и технические требования к образцам и опытным колесам; приведена методика исследования распределения микротвердости, остаточных и рабочих напряжений в упрочненном слое; разработана методика исследования влияния качества цементованного слоя на циклическую прочность образцов и зубьев колес; разработаны методика испытаний на изгибную прочность образцов и опытных колес и методика статистической обработки результатов испытаний.

Как известно, в технических требованиях чертежа зубчатых колес величины остаточпых напряжений не задаются и в технологическом процессе не контролируются. Поэтому исследование их влияния на циклическую прочность деталей не проводилось. В работе проведены исследования влияния глубины слоя и величины твердости на циклическую прочность деталей.

Для исследования влияния глубины слоя использованы образцы диаметра 10 мм, цементуемые на различную глубину в диапазоне 0,4... 1,6 мм (этот диапазон рекомендуется в литературных источниках для цементуемых деталей). Для всех образцов величина твердости поверхности составляет 60...62 ИКС.

\/Яа2,5(у/>

Цементировать 60_621 ШС, Ь=2,0_2,2мм

Рисунок 2 - Конструкция круглых образцов диаметра 10 и 20 мм

Для исследования влияния микротвердости использованы образцы диаметра 10 мм, твердость поверхности которых находится в диапазоне 55...63 НЯС. Глубина слоя для этих образцов составляет 1... 1,2. мм.

В работе также использованы образцы диаметра 20 мм для изучения влияния масштабного фактора. Образцы цементуются на глубину 2...2,2 мм, величина твердости поверхности которых составляет 60. ..62 НЯС.

Для изучения влияния концентрации напряжений использованы образцы диаметра 10 мм с концентрацией и без концентрации напряжений.

На основе анализа результатов исследований на образцах проведено исследование и на опытных зубчатых колесах модуля 6мм. Зубья колеса цементуются на глубину 1,1...1,3 мм и имеют поверхностную твердость 60...62

тс.

Круглые образцы и опытные колеса изготовлены из высококачественной стали 12ХНЗА по ГОСТ 4543-71. Конструкция показана на рисунках 2 и 3.

10-ол

10-0.1

Модуль, мм т 6

Число зубьев Ъ 25

Нормальный исходный контур - 13755-81

Коэффициент смещения 0

Степень точности по ГОСТ 1643-81 7

Делительный диаметр, мм 150

РГ0.031А1

, /Г14

1.Н 14; А 14; ±-

2

2. Количество колес - 2

3. Цементировать 60...62 НКС, И = 1,1...1,3 мм.

Рисунок 3. Конструкция опытных зубчатых колес модуля 6 мм.

Микротвердость цементованных слоев исследовалась на микрошлифах с помощью микротвердомера ПМТ-3. В качестве основной схемы измерения микротвердости принята схема 3x3=9, согласно которой на каждой глубине наносятся три повторные отпечатка, каждый из которых измеряется три раза. Выбор такой схемы измерения позволяет уменьшать случайные ошибки.

Для исследовашы распределения остаточных напряжений по сечению круглых образцов и зубчатых колес применяется прибор СИТОН - скан-идентификатор технологических остаточных напряжений. Принцип работы прибора основан на корреляции между интегральными электрическими и механическими характеристикам! металлов и сплавов. Для исследования

распределения остаточных напряжений в опасном сечении зуба также можно использовать способ, предложенный М.Л. Туровским. По этому способу величины остаточных напряжений определяются по величинам деформаций, возникающих в результате постепенного удаления поверхностного слоя зубьев.

В работе использован метод конечных элементов (МКЭ) для определения изгибных напряжений в опасном сечении образцов и зубьев колес. Величины изгибных напряжений подсчитаны по программе НЕМ АР и КАЗТКАМ. В качестве «матрицы жесткости» при решении задачи используются треугольный элемент для зуба и тетраэдральный элемент для образцов.

Рисунок 4 - Пример схемы расчета изгибных напряжений в опасном сечении образцов.

Рисунок 5 - Схема расчета изгибных напряжений в корне зубьев с учетом влияния качества цементованного слоя

Основными параметрами, определяющими физико-механические свойства слоя, являются модуль нормальной упругости Е, модуль сдвига в, плотность р и коэффициент Пуассона ц. При этом наибольшее влияние на циклическую прочность деталей оказывает модуль нормальной упругости цементованного слоя Е, который определяется по формуле:

Е =_\z_ll__

16^2 Еи

В формуле (1) известны характеристики индентора (ши .Ец Ди), а скорость в момент соударения \к и время упругого взаимодействия 1:к определены экспериментально. Значение модуля упругости Е цементованного слоя составтает 185.109 Па.

Данные расчета показывают, что с учетом влияния физико-механических свойств цементованного слоя снижаются расчетные рабочие напряжения в корне зуба примерно на 5...6%. Это означает, что нагрузочная способность зубьев колеса повышается. Расчет позволяет определить рабочие напряжения, приближенные к истинному значению в процессе эксплуатации.

Поэтому, в дальнейшем при определении изгибных напряжений в опасном сечении зуба следует учитывать влияние цементованного слоя.

У

Для проведения циклических испытаний определены минимально необходимое количество образцов, которое равно 20 штук и опытных колес - 2 по

25 зубьев в каждом. 7

База испытаний для образцов принимается равной 10 циклов, а для зубьев

колес - 2.106 циклов.

Определение пределов выносливости образцов и зубьев опытных колес производилось методом «лестницы». Величина ступени для образцов принята равной 10 МПа, для зубьев колес - 30 МПа.

Статистическая обработка результатов циклических испытаний^ для построения наклонной ветви кривой усталости выполнена методом линейного регрессионного анализа в предположении, что долговечности образцов распределены по логарифмически нормальному

закону. За независимую величину приняты напряжения, а зависимой случайной величиной является логарифм долговечности. После определения уравнения линии регрессии вычислялись ее доверительные границы.

В четвертой главе выполнен анализ результатов теоретических исследований влияния глубины слоя и твердости на циклическую прочность, а также результатов циклических испытаний на изгибную выносливость образцов и опытных зубчатых колес.

Зависимость величины эффекта упрочнения от глубины цементированного слоя выражена на рисунке 6. Из рисунка видно, что увеличение глубины слоя от 0,4 до 1,2 мм приводит к повышению эффекта упрочнения примерно на 12...15%. Дальнейшее увеличение глубины слоя приводит к снижению эффекта упрочнения.

По данным исследования рекомендована оптимальная глубина цементованного слоя, составляющая 0,2.. .0,24 от радиуса образца.

Результаты исследований

показали, что увеличение уровня концентрации напряжений приводит к повышению эффекта упрочнения на 17...20% для образцов диаметра 10 мм (Оо =1,2) и на 22...24% для образцов

диаметра 20 ммК =1,3). Увеличение Зависимость эффекта

абсолютных размеров поперечного гисунок / оавишми ^ сечения от 10 мм до 20 мм приводит к упрочнения от твердости поверхности.

Рисунок 6 - Зависимость эффекта упрочнения ¡Зугф от глубины слоя Ь.

незначительному повышению эффекта упрочнения, примерно на 2%.

Зависимость величины эффекта упрочнения от твердости поверхности приведена на рисунке 7. Эффект упрочнения увеличивается пропорционально увеличению твердости поверхности. При увеличении твердости поверхности от 55 до 63 НЯС эффект упрочнения повышается примерно на 5%. Однако при увеличении твердости поверхности повышается хрупкость материала, приводящая к хрупкому разрушению детали. Кроме того, при более низкой величине твердости (55 НЯС) усталостное разрушение может происходить на поверхности. Поэтому, в результате исследования рекомендована оптимальная величина твердости поверхности, которая составляет 60. ..62 НИС.

Величина эффекта упрочнения опытных зубчатых колес модуля 6 мм, цементируемых на глубину 1,1... 1,3 мм при твердости поверхности 60...62 ЖС, составляет 1,66.

Регрессионным анализом результатов испытаний в координатах а, получены уравнения эмпирической линии регрессии, которые для образцов диаметра 10 мм (а,=1 и 00=1,2) и 20 мм (а<,=1 и 0^=1,3) соответственно имеют вид:

^ЛГ =9,63-0,0081.(7;

= 10,17 - 0,0097.tr;

=10,94 - 0,0105 .(7;

1ц N = 10,88 — 0,0112.(7;

а, МПа

600

500

400

300

С, МПа

600

7

400

300

4 5 6

0- а„ = 1,0; о - а<, = 1,2 Рисунок 8 - Кривые усталости цементируемых образцов диаметра 10 мм при изменении концентрации напряжений от а„ = 1,0 до а„ = 1,2

4 5 6 7

□ -ао = 1,0 о -Оа =1,3 Рисунок 9 - Кривые усталости цементируемых образцов диаметра 20 мм при изменении концентрации напряжений от ая = 1,0 до аст = 1,3 Средние значения пределов выносливости для образцов равны 433, 425, 424 и 404 МПа. Кривые усталости образцов диаметра 10 мм и 20 мм приведены на рисунках 8 и 9.

Для применения результатов циклических испытаний в расчетах характеристик сопротивления усталости натурных деталей по ГОСТ 25504-82 и зубьев колес на выносливость при изгибе по ГОСТ 21354-87 определены следующие величины:

1) величина эффекта упрочнения:

экс

'-\dyrp

(2)

где:

р и - соответственно пределы выносливости цементированной и

неупрочненной детали.

По формуле (2) определены величины эффекта упрочнения для образцов диаметра 10 и 20 мм и опытного колеса модуля 6 мм, которые соответственно равны 1,64; 1,76 и 1,73.

2) коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения:

СУ

Кда=

= 0,98

(3)

где: сг_,а и ег_, - соответственно пределы выносливости образцов диаметра 20 и 10

мм (без концентрации напряжений).

3) эффективный коэффициент концентрации напряжений для образцов диаметра 10 и 20 мм:

(4)

! и - соответственно пределы выносливости образцов без

где: 1

концентрации и с концентрацией напряжении.

Для образцов диаметра 10 мм К аа— 1,02, а для образцов диаметра 20

мм К аа~ .

Уравнение эмпирической линии регрессии для зубьев колеса модуля 6 мм имеет вид:

^ N = 8,52 — 0,0069.0";

Среднее значение предела выносливости для зубьев колес равно 468 МПа. Кривая усталости

цементированных зубьев колес приведена на рисунке 10.

В пятой главе разработан алгоритм расчета оптимальных параметров упрочнения натурных цементируемых зубчатых колес; определены величина эффекта упрочнения и оптимальные параметры

о,МПа

4 5

Рисунок 10 - Кривая усталости цементируемых зубьев колеса модуля 6мм

упрочнения натурного зубчатого колеса модуля 10 мм.

По результатам исследований разработан алгоритм расчета оптимальных параметров упрочнения и эффекта упрочнения:

1. Исследовать распределение рабочих напряжений от внешних нагрузок по опасному сечению деталей. Для исследования используются эмпирические формулы сопротивления материалов или компьютерные программные продукты.

2. Исследовать распределение микротвердости по упрочненному слою на образцах-свидетелях. Исследование проводится на микрошлифах, технические требования к микрошлифам и методика проведения испытаний предусмотрены в ГОСТ 9450-76.

3. Исследовать распределение остаточных напряжений, возникающих в результате механической, термической и химико-термической обработок по опасному сечению деталей. Для исследования могут быть использованы механические и физические методы. Выбор метода зависит от вида и характера распределения остаточных напряжений. Могут быть применены также современные электронные приборы, принцип работы которых основан на взаимосвязи между электрическими и механическими характеристиками металлов и сплавов.

4. По результатам исследований построить эпюры распределения микротвердости, остаточных и рабочих напряжений по сечению детали.

5. Величина эффекта упрочнения определяется при касании эпюр распределения предельных рабочих напряжений и предельных амплитуд напряжений. Глубина слоя, величина твердости и остаточных напряжений, при которых величина эффекта упрочнения достигает максимального значения, являются оптимальными параметрами упрочнения.

В целях практического применения разработанной методики проведен расчет параметров упрочнения натурного зубчатого колеса модуля 10 мм. Зубчатое колесо изготовлено из стали 12ХНЗА. Для упрочнения этого колеса применяется газовая цементация.

В результате расчета определен максимальный эффект упрочнения, равный 1,72. Для достижения данного эффекта упрочнения необходимо обеспечить оптимальные параметры упрочнения: глубину слоя 2...2,2 мм и твердость поверхности - 60...62 Н11С.

По установленным параметрам назначены виды и режимы химико-термической и термической обработок. Зубчатое колесо наулероживалось в шахтной печи при температуре 920 °С в течение 20 часов. После цементации колесо непосредственно закалялось в масле при температуре 860 °С с выдержкой часа. С целью уменьшения коробления деталей и повышения поверхностной твердости до закалки необходимо проводить предварительное подстуживание. После закалки колесо проходило операцию низкого отпуска при температуре 180°С в течение 45 минут и последующим охлаждением на воздухе.

Проведен расчет экономической эффективности от внедрения результатов исследования на судоремонтном предприятии. Расчет показал, что сокращение времени и затрат на подготовку производства при ремонте комплекта зубчатых

колес главных передач позволяет сэкономить предприятию примерно на 180000...200000 рублей.

Основные выводи по работе

1. Разработана методика исследования влияния параметров упрочнения на циклическую прочность цементуемых деталей.

2. Установлены закономерности влияния твердости и глубины слоя на циклическую прочность цементуемых деталей. Увеличение глубины слоя от 0,4 до 1,2 мм приводит к повышению эффекта упрочнения образцов диаметра 10 мм на 12... 15%. При увеличении твердости поверхности от 55 до 63 НЯС эффект упрочнения образцов диаметра 10 мм повышается на 5-6%.

3. Дана количественная оценка влияния физико-механических свойств цементованного слоя на предел выносливости зубчатых колес. С учетом изменения физико-механических свойств слоя расчетные рабочие напряжения цементируемых колес снижаются на 5...6%.

4. Определены величины эффекта упрочнения образцов диаметра 10 и 20 мм и опытных зубчатых колес модуля 6 мм, составляющие соответственно 1,6; 1,71 и 1,66. Экспериментально определены величины эффекта упрочнения образцов диаметра 10 и 20 мм и опытных зубчатых колес модуля 6 мм, которые соответственно равны 1,64; 1,76 и 1,73. Установлено, что предложенная методика может расчетным путем определить параметры упрочнения без проведения трудоемких циклических испытаний на образцах и на опытных зубчатых колесах.

5. Разработан алгоритм расчета параметров упрочнения натурных цементуемых деталей. Определен эффект упрочнения цементируемых натурных зубчатых колес модуля 10 мм, который равен 1,72. При этом глубина слоя составляет 2...2,2 мм и твердость поверхности 60...62 НЯС.

6. Полученные результаты работы используются при разработке технологического процесса изготовления или ремонта цементируемых зубчатых колес на судоремонтных предприятиях, а также в учебном процессе Астраханского государственного технического университета при подготовке морских инженеров, бакалавров и магистров.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Динь Д.Л. Особенности расчета характеристик сопротивления усталости цементируемых зубчатых колес при ремонте [Текст]/Д.Л. Динь//Естественные и технические науки. -М.: Изд-во «Спутник +», 2014. - №4(72). - С. 118-121.

2. Динь Д.Л. Разработка алгоритма расчета параметров упрочняющих технологий при ремонте зубчатых колес судовых передач [Текст]/Д.Л. Динь//Вестник АГТУ, серия «Морская техника и технология». -2014. -№3. -С. 712.

3. Динь Д.Л. Оценка эффективности расчетного метода определения параметров упрочнения цементируемых зубчатых колес судовых передач [Текст]/Д.Л. Динь, В.А. Мамонтов//Инженерный вестник Дона. -Ростов на Дону: Изд-во «Северо-кавказский научный центр высшей школы Южного федерального университета», 2014. - №3. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/ш/magazine/archive/nЗv2014/2497

в других изданиях:

4. Динь Д.Л., Мамонтов В.А. Разработка и исследование методики определения параметров упрочняющих технологий при ремонте. Технология упрочнения, нанесения покрытий и ремонта: теория и практика. В 2 ч. Часть 2: материалы 14-й Международной научно-практической конференции. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2012. - С. 112-115.

5. Динь Д.Л. Исследование влияния микротвердости поверхностного слоя на выносливость цементуемых деталей. Технология упрочнения, нанесения покрытий и ремонта: теория и практика. В 2 ч. Часть 2: материалы 15-й Международной научно-практической конференции. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2013.-С. 139-140.

6. Динь Д.Л. Повышение эффективности подготовки производства при ремонте цементируемых зубчатых колес судовых передач/Д.Л. Динь, В.А. Мамонтов//Современное состояние естественных и технических наук: Сборник материалов 14-ой Международной научно-практической конференции. - М.: Изд-во «Спутник+», 2014. - С. 46-49.

7. Динь ДЛ. Разработка методики определения оптимальных параметров упрочнения деталей судовых технических средств/Дннь Д.Л., Мамонтов В.А., Саламех А.ХУ/Научная перспектива. -Уфа: Изд-во «Инфинити»,2011. - №12. - С. 67-68.

8. Динь Д.Л. Разработка методики определения параметров упрочнения цементацией зубчатых колес при ремонте [Текст]/Д.Л. Динь//Молодой ученый. -Казань: Изд-во ООО «Изд-во молодой ученый»,2013. - № 8(55). - С. 85-88.

9. Динь Д.Л. Исследование влияния качества цементованного слоя на эксплуатационные характеристики зубчатых колес[Текст]/ДЛ. Динь, В.А. Мамонтов//Молодой ученый. - Казань: Изд-во ООО «Изд-во молодой ученый»,

2013.-№ 11(58).-С. 90-92.

10. Динь Д.Л. Исследование влияния параметров упрочнения на циклическую прочность цементуемых деталей [Текст] /ДЛ. Динь, В. А. Мамонтов//Молодой ученый. - Казань: Изд-во ООО «Изд-во молодой ученый»,

2014. - №2(61). - С. 134-137.

11. Динь Д.Л. Расчет оптимальных параметров упрочнения цементируемых деталей при ремонте/ Д.Л. Динь// European Applied Sciences: modern approaches in scientific researches: Сборник материалов IX-ой международной конференции. -Штутгарт: Изд-во «ORT Publishing» 2014. -С. 96-97.

Подписано в печать «06» декабря 2014 г. Тираж 100 экз. Заказ № б03 Типография ФГБОУ ВПО «АГТУ», тел. 61-45-23 г. Астрахань, Татищева 16ж.