Совершенствование технологии высокоскоростного газопламенного напыления износостойких покрытий со структурой метастабильного аустенита

Вопнерук, Александр Александрович

Сварка, родственные процессы и технологии

автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.10, диссертация на тему:Совершенствование технологии высокоскоростного газопламенного напыления износостойких покрытий со структурой метастабильного аустенита

кандидата технических наук: Вопнерук, Александр Александрович
город: Екатеринбург
год: 2011
специальность ВАК РФ: 05.02.10

Диссертация по машиностроению и машиноведению на тему «Совершенствование технологии высокоскоростного газопламенного напыления износостойких покрытий со структурой метастабильного аустенита»

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование технологии высокоскоростного газопламенного напыления износостойких покрытий со структурой метастабильного аустенита"

На правах рукописи

ВОПНЕРУК АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ГАЗОПЛАМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ СО СТРУКТУРОЙ МЕТАСТАБИЛЬНОГО АУСТЕНИТА

Специальность 05.02.10 - Сварка, родственные процессы и технологии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

9 ИЮН 2011

Екатеринбург - 2011

4849440

Работа выполнена на кафедре Литейного производства и упрочняющих технологий ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Фурман Евгений Львович

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент

Валиев Ривхат Мударисович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Коробов Юрий Станиславович

кандидат технических наук Банных Сергей Александрович

Ведущая организация: ОАО «Уралмашзавод» г. Екатеринбург

Защита состоится «30» июня 2011 года в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.285.10 при ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» по адресу: 620002, г. Екатеринбург, К-2, ул. Мира, 19, тел./факс (343)3759569, ауд. М-323 (главный учебный корпус, левое крыло).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГАОУ ВПО «УрФУ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620002, г. Екатеринбург, К-2, ул. Мира, 19, ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», учёному секретарю. Факс (343) 374-53-35. Е-таН: raskatov@isnet.ru

Автореферат разослан «23» мая 2011 года

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В большинстве случаев выход из строя деталей машин обусловлен локальным изнашиванием рабочих поверхностей в местах интенсивного взаимодействия с рабочей средой или сопряженной деталью. Экономически и технически обоснованным является конструирование композиционной детали, сочетающей прочную, износостойкую, твердую поверхность нанесенного покрытия с пластичной, вязкой, трещиностойкой основой.

Одним из эффективных способов нанесения покрытий, получивших в настоящее время широкое применение, является газотермическое напыление. В частности, применение метода высокоскоростного газопламенного напыления позволяет получать на изделиях разнообразных форм и размеров сравнительно толстые покрытия с необходимыми эксплуатационными свойствами.

Установки высокоскоростного газопламенного напыления в последнее время довольно широко представлены на рынке. Однако большинство из них предусматривают использование в качестве материала для нанесения покрытия только порошки. Причем, в случае износостойких покрытий, порошки твердых сплавов на основе карбида вольфрама. Применение дорогостоящих порошков значительно увеличивает и без того высокую себестоимость нанесения покрытия. Применение на порядок более дешевых отечественных порошковых проволок из низколегированных сплавов на основе железа, позволяет существенно снизить себестоимость нанесения покрытия, при вполне удовлетворительной износостойкости.

Существенное влияние на качество газотермических покрытий оказывает предварительная подготовка поверхности. Существующие традиционные методы подготовки поверхности (струйно-абразивная обработка, нарезание рваной резьбы т др.) не всегда эффективны, либо их применение в ряде случаев сопряжено со значительными трудностями. Поэтому значительный интерес представляет возможность расширения области применения метода электроискрового легирования (ЭИЛ) в качестве предварительной подготовки поверхности перед газотермическим напылением. Использование быстрорежущей стали как материала электрода при ЭИЛ, позволяет решить эту задачу, обеспечивая высокую адгезионную прочность газотермических покрытий, дополнительно существенно повышая служебные характеристики обрабатываемой поверхности.

В связи с вышесказанным, исследования, направленные на поиск новых технологических решений в данной области, безусловно, являются актуальными.

Цель работы.

Совершенствование технологии высокоскоростного газопламенного напыления для создания высококачественных углеродисто-хромистых покрытий системы Ре-С-СгЛ! из порошковых проволок на деталях машин и механизмов, работающих в условиях абразивного изнашивания.

Для достижения поставленной цели в процессе выполнения работы решались следующие задачи:

1. Проанализировать существующие представления о механизмах абразивного изнашивания и обосновать выбор эффективного способа и материала для нанесения покрытия.

2. Разработать технологию получения высококачественных покрытий из порошковых проволок системы Ре-С-Сг-'П методом высокоскоростного газопламенного напыления.

3. Опытно-теоретическим путем определить оптимальные параметры режима напыления.

4. Оценить на основе расчета с использованием математической модели двухфазного потока характеристики гетерофазной струи, получаемые при оптимальных режимах напыления.

5. Провести комплексные исследования по определению физико-химических и служебных характеристик полученных покрытий

6. Разработать технологические основы для применения ЭИЛ быстрорежущей сталью в качестве предварительной подготовки поверхности под газотермическое напыление для создания износостойкого комбинированного покрытия.

7. Применить результаты работы для создания промышленной технологии нанесения износостойких покрытий методом высокоскоростного газопламенного напыления из порошковых проволок.

Методики исследования.

Основными методами исследования служили металлография, растровая электронная микроскопия, микрорентгеноспектральный анализ, электронная микроскопия, рентгеноструктурный фазовый анализ, дюрометрия, микродюрометрия, механические испытания. Использованы численные методы обработки экспериментальных данных с применением современной компьютерной техники.

Научная новизна работы.

1. Произведена теоретическая оценка температуры и скорости частиц в гетерофазной струе в процессе высокоскоростного газопламенного напыления;

2. В результате комплексных исследований установлено, что условия, имеющие место в процессе высокоскоростного газопламенного напыления с использованием МАФ-газа, приводят к появлению в углеродисто-хромистых покрытиях системы Ре-С-Сг-'П повышенного содержания метастабильного аустенита, способного, так же, как и в случае с компактными материалами, претерпевать у—»а превращение при деформационном воздействии.

3. Установлено, что применение ЭИЛ быстрорежущей сталью в качестве предварительной подготовки поверхности под газотермическое напыление позволяет получать комбинированные износостойкие покрытия путем создания на поверхности основы подслоя с абсолютной адгезией к основе и коэффициентом линейного термического расширения близким к покрытию.

Практическая значимость работы.

1. Разработана технология высокоскоростного газопламенного напыления, позволяющая получать высококачественные покрытия системы Ре-С-Сг-'П из недорогих порошковых проволок отечественного производства.

2. Исследовано влияние дистанции напыления, скорости подачи порошковой проволоки, расхода рабочих газов и скорости перемещения пятна напыления на качество исследуемых покрытий Определены оптимальные режимы напыления износостойких покрытий из порошковых проволок системы Ре-С-Сг-'П, диаметром 1,6, 2,6 и 3,2 мм.

3. Получены газопламенные покрытия, обладающие высокими и достаточными значениями адгезии, твердости и износостойкости, позволяющими с большой эффективностью применять их в различных условиях абразивного изнашивания.

4. Разработан технологический процесс предварительной подготовки поверхности под напыление методом ЭИЛ для создания комбинированных покрытий. Исследованы особенности формирования границы электроискровых покрытий с основным металлом и влияние энергии импульса на глубину зоны термического влияния.

5. Произведены промышленные испытания образцов с покрытиями на ОАО «КГОК «Ванадий» (г. Качканар), упрочненных лопаток ротора эксгаустера на ОАО «ЧМК» (г. Челябинск), полных комплектов упрочненных лопаток на ОАО «ЗСМК» (г. Новокузнецк) и ОАО «ЕМЗ» (г. Енакиево), проведены стендовые испытания восстановленного коленчатого вала на ОАО «5ЦАРЗ» (г. Екатеринбург), а также ходовые испытания восстановленных коленчатых валов на ООО «Урайское УТТ» (г. Урай) и ОАО «Ураласбест» (г. Асбест), которые однозначно подтверждают высокую эффективность применения разработанной технологии для восстановления и упрочнения тяжелонагруженных деталей машин.

6. Разработанный технологический процесс нанесения упрочняющих покрытий на рабочую поверхность лопаток роторов нагнетателей внедрен на ОАО «УЗММ» (г. Верхний Уфалей).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанный технологический процесс нанесения покрытий системы Fe-C-Cr-Ti методом высокоскоростного газопламенного напыления из порошковых проволок.

2. Результаты расчета термокинетического состояния частиц при формировании разработанных покрытий.

3. Результаты комплексных исследований и опытно-промышленных испытаний разработанных газотермических покрытий.

4. Технологическая схема предварительной подготовки поверхности под газотермическое напыление методом ЭИЛ быстрорежущей сталью.

5. Новые практические решения по применению разработанных покрытий с целью увеличения долговечности эксплуатации изделий.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на региональных, всероссийских и международных научно-технических конференциях и семинарах:

развития», (Нижний Тагил, 2009); XVI и XVII Международные конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», (Москва, 2009, 2010); I и II Всероссийские научно-практические конференции «Актуальные проблемы машиностроения» (Самара, 2009, 2010); Международная научно-практическая конференция «Государственное регулирование и стратегическое партнерство в горно-металлургическом комплексе», (Екатеринбург, 2009); I и II Международные научно-практические конференции «Современные технологии дезинтеграции и обогащения: Технологии. Оборудование. Защита от износа. Сервис», (Екатеринбург, 2009, 2010); II Международная научно-производственная конференция «Перспективные направления развития автотранспортного комплекса», (Пенза, 2009); Международная научно-практическая конференция «Инженерия поверхностного слоя деталей машин». (Кемерово, 2009); Всероссийские научные конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации». (Новосибирск, 2009, 2010); 12-я Международная научно-практическая конференция «Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано-до макроуровня», (Санкт Петербург, 2010) ; Всероссийская научно-техническая конференция «Инновационные материалы и технологии в машиностроительном производстве», (Орск, 2011).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 34 печатных работы, в том числе 7 в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по каждой главе, общих выводов по работе, библиографического списка из 147 наименований и 7 приложений. Работа изложена на 178 страницах машинописного текста, включает 83 рисунка, 22 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы ее цели и задачи, приведены научные положения, выносимые на защиту, показана практическая значимость результатов работы.

В первой главе представлен аналитический обзор литературы, в котором рассмотрены различные виды и механизмы абразивного изнашивания, а также методы защиты от него. Подробно рассмотрены критерии выбора износостойких материалов. Установлено, что эффективными материалами для защиты в условиях абразивного изнашивания являются материалы, соответствующие принципу метастабильного аустенита

Показана перспективность применения газотермического напыления для повышения абразивной износостойкости деталей машин. Проведен анализ современных методов газотермического покрытий. Подробно рассмотрен метод высокоскоростного газопламенного (HVOF) напыления. Описаны физико-химические процессы, происходящие при напылении (формирование потока напыляемых частиц и процессы, происходящие непосредственно при формировании покрытия). Большое внимание уделено анализу имеющегося оборудования для высокоскоростного газопламенного напыления, а также тенденции его дальнейшего совершенствования.

Рассмотрены модели различного уровня для описания процессов движения и нагрева частиц при газотермическом напылении. Показано, что наряду с трехмерными моделями, созданными в САЕ-системах, могут успешно применяться и существенно упрощенные одномерные модели при соответствующем наборе ограничений и допущений.

Проанализированы особенности электроискрового легирования (ЭИЛ) и перспективность его применения в качестве предварительной подготовки поверхности под газотермическое напыление.

На основе анализа сформулированы задачи исследования.

Во второй главе описываются материалы, оборудование и методики, применяемые для исследования.

Материалом исследования служили покрытия, нанесенные методом высокоскоростного газопламенного напыления из порошковых проволок, успешно применяемых для наплавки и дуговой металлизации деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания (табл. 1.).

Таблица 1.

Исследуемые порошковые проволоки

№ п/п Марка проволоки Диаметр проволоки Хим. состав Производитель

1 ПП-ПМ-6 1,6 65Х8Т2Ю Северсталь Метиз

2 ПП-ЗСМ-104 2,6 60Х12Д5Р2Т Березовский завод сварочных материалов

3 ПП-ЗСМ-111 3,2 65Х8Т2Р

Напыление образцов для исследований производилось при оптимальных режимах, на подложки из СтЗ, с проведением операции предварительной струйно-абразивной обработки поверхности. В отдельных случаях струйно-абразивная обработка заменялась операцией электроискрового легирования быстрорежущей сталью. Операции последующей обработки не производились.

Металлографический анализ осуществляли с применением инвертированного металлографического микроскопа «Olimpus gx-71» при увеличениях 50 - 2000 крат. Подготовка образцов проводилась на специализированном оборудовании фирмы «Struers».

Исследования структуры методами растровой электронной микроскопии выполнялись на микроскопах Philips SEM 535 и Jeol JSM6490LV. После получения растровой микрофотографии на микроскопе Jeol JSM6490LV, проводилось инвертирование фотографий, с целью получения картины, аналогичной фотографиям оптического микроскопа.

Энергодисперсионный рентгенофлюоресцентный спектральный анализ производили на микроскопе Jeol JSM6490LV с помощью энергодисперсионной приставки INCA Energy + Oxford.

Микрорентгеноспектральный анализ выполняли на растровом электронном микроскопе Philips SEM 535 с помощью приставки Genesis 2000. Параметры съемки выбирались так, что бы область генерации характеристического рентгеновского излучения не превышала 0,5 мкм. В данном случае параметры были следующими: ускоряющее напряжение U=15 kB, диаметр зонда 100 нм, ток зонда 45 мкА. Количественный анализ проводился по Ка линии.

Рентгеноструктурный фазовый анализ проводили на дифрактометре XRD-7000 в медном излучении с монохроматором на вторичном пучке. Полученные цифровые файлы обрабатывались с использованием программного обеспечения дифрактометра X-PERT PRO.

Микрозондовый электронный анализ частиц выполнен на аппарате DSM-5900 с определением элементного состава и расчетом окисных фазовых соединений.

Анализ гранулометрического состава образцов частиц, выполняли на седиментографе (SA-CP2). Определение фракционного состава напыляемых частиц осуществляли методом вертикальной вибрации и рассева по ГОСТ 3584.

Элементный анализ образцов покрытия производили различными методами физической и аналитической химии.

Дюрометрические измерения поверхности образцов проводили по методу Роквелла алмазным конусом при нагрузке 1472 Н.

Микродюрометрические измерения поверхности образцов проводили на приборе ПМТ-3 при нагрузке 1,962 Н.

Пористость покрытий определялась методом гидростатического взвешивания, согласно ГОСТ 18898, а также микроскопическим (металлографическим) методом с помощью промышленного программно-аппаратного комплекса «S1AMS 700» - на базе управляющей программы SIAMS Photolab с комплектом специализированной методики гранулометрического анализа состава пор.

Определение когезионной прочности покрытия проводили испытаниями на растяжение трубчатым методом, аналогично японскому промышленному стандарту Н8302.

Испытания на адгезию покрытия к основе проводили по клеевой методике испытания на отрыв, в соответствии со стандартом DIN EN 582 «Testing of thermally sprayed coatings - Determination of adhesive tensile strength», а также no методике испытания на сдвиг (срез).

Испытания покрытий на износостойкость осуществлялось по стандартным методикам при трении о закрепленные, нежестко закрепленные частицы абразива, а также в условиях газоабразивного изнашивания.

Напыление покрытий производили с помощью многофункциональной установки газопламенного напыления "Техникорд ТОП-ЖЕТ/2", которая в штатной комплектации предназначена для распыления шнуровых материалов и проволок сплошного сечения. Наличие в порошковой проволоке оболочки и шихты, имеющих различные теплофизические характеристики, существенно влияет на характер нагрева и плавления указанных проволок по сравнению с цельнотянутыми. Поэтому возникла необходимость оптимизации ключевых параметров процесса напыления. К ним следует отнести: дистанцию напыления (А), расход рабочих газов (В), скорость подачи порошковой проволоки (С) и скорость перемещения пятна напыления (D). В качестве функции отклика и параметра оптимизации была принята относительную износостойкость (J) полученного покрытия при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы (эталона - образец из СтЗ без покрытия).

Оптимизация осуществлялась методом математического планирования эксперимента. В качестве плана эксперимента была выбрана полуреплика от

полного факторного эксперимента 2 " с двумя промежуточными точками. Обработка экспериментальных данных производилась на ПЭВМ с помощью пакета программ статистической обработки данных STATGRAPHICS XV.I Centurion.

Результаты проведенных опытов для ПП-ПМ-6 представлены математической моделью в виде уравнения регрессии:

J = 2,08 - 0,005'А + 0,35-В - 0,4'С + 0,0'D На параметр оптимизации исследуемые факторы влияют по линейному закону (рис. 1. и рис. 2.)

газой

дистанция напыления скорость подачи

*25

скорость перемещения д пятно напыления

доля Ьлияния фактора, %

Рис. 1. Вклад исследуемых факторов в дисперсию параметра оптимизации

150 170 190

... -----, роогад

2,0 230 250 'дйтчл-гнжй дистанция напыления нн

Рис. 2. Влияние наиболее значимых факторов на параметр оптимизации

Аналогичные исследования по напыления были проведены и для диаметром 2,6 и 3,2 мм (табл. 2.).

оптимизации параметров процесса напыления из порошковых проволок

Таблица 2.

Фактор Диаметр порошковой проволоки

1,6 мм | 2,6 мм | 3,2 мм

1. Дистанция напыления, мм 150

2. Расход рабочих газов (горючий газ/кислород), м3/ч 1,35/7,5

3. Скорость подачи порошковой проволоки, м/мин 1 0,7 0,4

4. Скорость перемещения пятна напыления, м/с 0,1 0,15 0,25

С целью прогнозирования ключевых характеристик для напыляемых частиц, таких как скорость, температура и степень проплавления, получаемых при оптимальных режимах напыления, был произведен расчет с использованием математической модели двухфазного потока. При расчетах рассматривалась упрощенная одномерная модель ускорения и нагрева частиц потоком нагретого газа:

1 А , М I

тч —- =—СиргАч (и, - ) I и, - ич I, —1 = у,, А 2 ' dt

аК (Т, ~ТЧ) + £GSbK (Т? - Г,4 ) = «,

dT- г т

М.Рр.,- ^'„п

' р' dt ' "

АН m =ТЮ

где тч, V,, и I, ■ масса, скорость, координата по оси частицы, соответственно. А, - площадь поперечного сечения частицы. г>г и рг - скорость и плотность газа, соответственно. Св- коэффициент лобового сопротивление частицы, зависящий от критерия Рейнольдса, сРч, а и А^ - теплоемкость, коэффициент теплоотдачи от газового потока к частице и площадь поверхности частицы, соответственно, е и (Т5В - коэффициент, характеризующий степень черноты частицы и постоянная Стефана - Больцмана, Тч, Тг, Ты - температура частицы, газа и температура плавления материала частицы, соответственно, - энтальпия плавления частицы, /, - степень проплавления частицы. Под коэффициентом проплавления в данном случае подразумевается доля частицы, находящаяся в жидком состоянии, вне зависимости от направленности процесса (расплавление или кристаллизация).

Аналитическое решение данных уравнений невозможно в связи со сложными зависимостями всех величин от координаты движения и температуры. Поэтому используем численный метод решения, для чего разобьем интервалы перемещения частиц на такие достаточно малые отрезки Ах, в пределах которых входящие в уравнения величины можно считать

постоянными. Описанный

механизм был реализован путем решения дифференциальных уравнений методом Рунге -Кутты четвертого порядка в математическом пакете

МаЛСАБ 14.0

Для определения размеров частиц используемых в расчетах было произведено определение фракционного состава частиц напыленных в воду (рис. 3.). Исследуемые покрытия

формируются преимущественно из частиц размером 20 - 50 мкм, причем для ПП-ПМ-6 фракционный состав сдвинут в область 20 - 32 мкм, а для ПП-ЗСМ-104 и ПП-ЗСМ-111 в интервал 32 - 40 мкм.

На рис. 4. и 5. видно, что на | расстоянии от среза сопла, равном дистанции напыления, температуры и скорости частиц выравниваются: мелкие уже остывают, а нагрев и ускорение крупных завершается.

□ ПП-ПМ-6 ПП-ЗСМ-104

□ ПП-ЗСМ-111

мгнее 20-32 32-40 40-50 50-63 более 20 63

Размер частиц, мкы

Рис. 3. Распределение частиц по размеру

? мкм 10 мкл - 20

30 МКА - 40 мкл

И".....

/ \

"ХГ

Днстшгцнм. м

Рис. 4. Изменение скорости частиц при движении в потоке

Анализ термокинетического состояние частиц различного размера в момент контакта с подложкой (рис. 6. и 7.) показал, что благодаря высокой энтальпии плавления (8,4'104 Дж/кг) и кратковременности полета (4-104 с), покрытие формируется

преимущественно из

вязкопластичных частиц (0</<1), имеющих высокую скорость (300 -400 м/с), что предопределяет его высокие когезионные и адгезионные прочностные характеристики.

Сравнительный анализ

особенностей микроструктуры напыленных слоев из исследуемых порошковых проволок и схожих микроструктур слоев, получаемых напылением частиц с известными термокинетическими характеристиками, показал, что результаты проведенного теоретического расчета удовлетворительно согласуются с литературными данными, что является косвенным подтверждением его адекватности.

Рис. 5. Изменение температуры частиц при движении в потоке

¿У. eseg

Рис 6. Зависимость скорости Рис. 7. Зависимость температуры

частицы от ее диаметра коэффициента проплавления частицы от ее

(дистанция 150 мм) диаметра (дистанция 150 мм)

В третьей главе представлены результаты анализа компонентов шихты используемых порошковых проволок, а также комплексных исследований по определению физико-химических, механических и служебных характеристик получаемых покрытий.

Основной задачей анализа компонентов шихты применяемых порошковых проволок являлось выявление крупногабаритных кусков составляющих шихты, точечное зондирование с последующим анализом каждого куска, а также определение общего поля распределения элементов на исследуемом участке шихты.

8642-

-т-зсм-т

Рис. 9. Крупные компоненты шихты

- не более 3%„ для ПП-ЗСМ-111 и

1 10 юс

Рис.8. Распределение гранулометрического состава компонентов шихты

Анализ гранулометрического состава образцов шихты (рис. 8.), отметил для ПП-ПМ-6 средний диаметр частиц 60-80 мкм, содержание фракции более 100 мкм. ПП-ЗСМ-104 средний диаметр частиц 80-100 мкм, содержание фракции более 100 мкм 13% и 7% соответственно. Однако исследование показало, что все порошковые проволоки содержат в составе шихты крупные хромсодержащие частицы, размером от 150 до 400 мкм (рис 9.). Также были выявлены отдельные конгломераты из мелких частиц Al, Cr, Fe, Ti объединенные связующим на основе оксидов Са и Si, размером до 350 мкм (рис 9.). Полученные результаты удовлетворительно согласуются с результатами ситового анализа напыляемых частиц (рис. 3).

Результаты элементного анализа покрытий табл. 3. подтверждаются результатами энергодисперсионного химического анализа (рис. 10.).

Таблица 3.

№ п/п Марка проволоки Содержание элементов в покрытии, %

С Сг Ti В А1 Си S Fe

1 ПП-ПМ-6 0,62 5,49 1,81 - 1,14 - 0,014 ост.

2 ПП-ЗСМ-104 0,82 8,52 2,09 2,03 - 3,57 0,015

3 ПП-ЗСМ-111 0,51 6,32 1,93 1,15 - - 0.015

t v ; : - .. -

11 ж

ik - -. ,

Рис. 10. Результаты химического анализа Рис. 11. Сканирование «по линии» покрытия из ПП-ПМ-6 образца с покрытием из ПП-ПМ-6

НеОязкпе нфа струи

Погршичный ГР™иа с/кх} струи

)

Профиль скорости

Начальный

участок

Переходный участок

ОсноОкш участок

Рис. 12. Схема струи при НУОР напылении

Проведенное, так называемое, сканирование «по линии» (рис. 11.) позволяет сделать вывод о равномерности распределения всех легирующих элементов в покрытии. Исходя из особенностей процесса высокоскоростного газопламенного напыления, можно сделать вывод, что химическое взаимодействие

компонентов порошковой проволоки происходит на начальном участке струи (рис. 12), который характеризуется максимальной температурой струи и крайне высокой турбулентностью.

Наблюдающееся волнообразное изменение содержания элементов по линии сканирования, вероятно, объясняется окислением поверхности частиц при формировании покрытия.

По структуре напыленные покрытия представляют собой микрогетерогенный композиционный материал, состоящий из металлических фрагментов частично окисленного металла и окислов средним размером 10...50 мкм, с включениями карбидной (карбоборидной) фазы (рис. 13.).

шшшшшт

¡¡г

тШт

язазбв

Лш. ПП-ПМ-6 ,Хит. . ПП-ЗСМ-104

Рис. 13. Микроструктура напыленных слоев По всей толщине покрытия имеют равномерную структуру, что говорит о стабильности процесса напыления. При этом, чем больше диаметр порошковой проволоки, тем из более крупных частиц формируется покрытие (рис. 13.). Вероятно, это связано с большей долей участия расплавленной оболочки и фракционным составом компонентов шихты порошковой проволоки (рис. 8.), которые подвергается аналогичному тепловому воздействию газового потока с соответствующим образованием более крупных частиц.

Можно предположить, что частицы напыляемого материала, транспортируемые высокоскоростной газовой струей, в процессе столкновения с поверхностью подложки диспергируются и перемешиваются, подвергаясь значительной пластической деформации. В результате формируется специфическая волнистая микроструктура с остаточной пористостью (рис. 14., а). Переходная зона между покрытием и подложкой плотная, без крупных пор и отслоений (рис. 14., б).

На рис. 14. отчетливо наблюдаются характерные светлые и темные области. Проведенный энергодисперсионный химический анализ (рис. 15.) показал, что светлая область содержит неокисленные компоненты, а темная -преимущественно оксидные.

Рис.15. Электронная микроскопия и химический анализ характерных областей структуры покрытия из ПП-ПМ-6

Рентгеноструктурный анализ покрытий показал, что металлическая основа покрытий системы Бе-С-Сг-Тл имеет аустенитно-мартенситную структуру с включениями карбидной фазы (рис. 16.). Оксидная фаза состоит

преимущественно из Ре304 и у - Ре203. Кроме того, выявлено наличие сложных окислов и шпинелей типа РеСг204. В покрытиях из порошковых проволок ПП-ЗСМ-104 и ПП-ЗСМ-111, помимо вышеперечисленных фаз, выявлены карбоборидные эвтектики, а также бориды хрома СгВ2 и титана ТлВ.

Для определения особенностей формирования покрытия было проведено сравнение результатов рентгеноструктурного фазового анализа образцов, полученных напылением и аргонодуговой наплавкой для каждой исследуемой порошковой проволоки.

Рис. 16. Фрагмент рентгеновских дифрактограмм от поверхностных слоев покрытия из ПП-ПМ-6: 1 — Бе; 2 — шпинели типа РеСг204; 3 - карбиды типа Ре2С, Сг3С2

Рис. 14. Микроструктура напыленных слоев из: а) ПП-ЗСМ-111; б) ПП-ПМ-6

Проведенный анализ показал, что в образцах полученных напылением содержится значительно больше аустенита, нежели в слоях, полученных аргонодуговой наплавкой (рис. 17.). Результаты количественного фазового анализа приведены в табл. 4.

Таблица 4.

Сравнение результатов рентгеноструктурного фазового анализа образцов,

Материал Метод нанесения Фаза Содержание, вес.% Микронапряжения, %

ПП-ПМ-6 Аргонодуговая наплавка А 11 0,5

М 89 0,6

Напыление А 45 0,15

М 55 0,25

ПП-ЗСМ-111 Аргонодуговая наплавка А 0 -

М 100 0,2

Напыление А 50 0

М 50 0

ПП-ЗСМ-104 Аргонодуговая наплавка А 7 0

М 93 0

Напыление А 44 0

М 56 0

\Jfji

1 А I А Л

\м т-зсн-м н т-хм-т

| ¡| А » \| (1| ¡г>1 - м Н |

Рис. 17. Фрагмент рентгеновских дифрактограмм от поверхностных слоев покрытий (а и в) и аргонодуговой наплавки (б и г): М - мартенсит, А - аустенит Результаты испытаний на определение пористости покрытий методом гидростатического взвешивания и микроскопическим (металлографическим) методом гранулометрического анализа состава пор представлены на рис. 18. и в табл. 5.:

Таблица 5.

Марка проволоки ПП-ПМ-6 ПП-ЗСМ-111 ПП-ЗСМ-104

Гидростатическое взвешивание

Пористость, % 1,3 2,1 2,3

Гранулометрический анализ состава по изображению

Пористость, % 1,8 2,7 3,0

Минимальный размер, мкм 0,3

Максимальный размер, мкм 12,5 13 16

Средний размер, мкм 1,2 1,2 1,5

Различия между полученными результатами можно объяснить тем, что методом гидростатического взвешивания можно определить лишь открытую пористость, тогда как анализ гранулометрического состава пор по изображению позволяет определить как открытую, так и закрытую пористости.

Также, при проведении лчяе,. 4».. .«в л.®» " л-' • ГраНуЛОМеТрИческого анализа

состава пор были определены дифференциальные и интегральные распределения количества, площади и объемов пор по размерам.

Очевидно, что пористость зависит от размера частиц, из которых формируется покрытие. Чем они больше, тем меньше их скорость. Понижение скорости частиц приводит к огрублению структуры (рис.13.), снижению плотности напыленного слоя и увеличению пористости.

Результаты исследований по определению прочностных характеристик покрытий представлены в таблице 6.

Таблица 6.

1 | Ц г- «¡¡р

ШШ ШШШ: Г* ^

300 мкм

Рис. 18. Анализ гранулометрического состава пор в покрытии из ПП-ПМ-6

Марка проволоки ПП-ПМ-6 ПП-ЗСМ-111 ПП-ЗСМ-104

Твердость, НИС 52 51,4 54

Микротвердость, ГПа 6,8 7,1 8,2

Адгезия, МПа Разрушение по клеевой прослойке (более 68 МПа)

Когезия, МПа 290 283 287

Ш1-

Рис. 19 Микроструктура покрытия из ПП-ПМ-6 после измерения микротвердости

конструкционных сталей авр =

Важно, что измерение твердости покрытия проводилось аналогично с компактным материалом, без каких-либо пересчетов и корректировок.

На рис. 19. отображена микроструктура покрытия из ПП-ПМ-6 после микродюрометрических испытаний. Стабильные значения микротвердости свидетельствует о равномерности распространения упрочняющих фаз в покрытии.

Адгезионная прочность исследуемых покрытий, определенная по клеевой методике, превышает 68 МПа.

Когезионная прочность исследуемых покрытий сопоставима с пределом прочности на разрыв компактных материалов (для углеродистых 320...360 МПа), что, безусловно, является показателем высокого качества покрытий.

Испытания образцов на износостойкость при трении о закрепленные частицы абразива показали, что износостойкость исследуемых покрытий в 1,7 -

1,8 раза превосходит аналогичное значение для образца эталона (табл. 7. и на рис. 20.). Наибольшей износостойкостью в данных условиях трения обладают покрытия, содержащие боридные фазы.

Таблица 7.

Марка проволоки ПП-ПМ-6 ПП-ЗСМ-104 ПП-ЗСМ-111 СтЗ

Относительная износостойкость 1,67 1,86 1,8 1

аI о.)1;

> 0.2 I ll.fi

0.15

11.1

0,05

г/ огршц

ГКЖРОТШИ

О 6 1? [||]гпь шпеннн м

О о 12 Путь ыр'нкч и

0.1 0)5 0 ) /

0.25 0.2 0.15 01 0,05 0 /

1 1

у 1

О 6 12

Миг. тршшн. и

11|)т1. гщк'иир. и

Рис.20. Зависимость потери массы образцов от пути трения: а - ПП-ПМ-6; б - ПП-ЗСМ-104; в - ПП-ЗСМ-111; г - образец без покрытия

|| | 1

/И

В исходном состоянии

ак

'; \

После изнашивания

Рентгеноструктурный анализ рабочей поверхности образцов, проведенный до и после изнашивания, показал, что металлическая основа покрытий системы Ре-С-Сг-'П имеет аустенитно-мартенситную структуру. Количество остаточного аустенита на поверхности образца с покрытием из ПП-ПМ-6 до изнашивания составляет 45%, а мартенсита - 55%. После изнашивания количество аустенита заметно уменьшается, а мартенсита - увеличивается, составляя 25% и 75% соответственно (рис. 21.). Также как и в случае с компактными материалами, это указывает на метастабильность аустенита и его способность к у —»■ а превращению при царапании и микрорезании абразивными частицами. Это повышает диссипативную способность структуры и увеличивает ее восприимчивость к деформационному упрочнению, в результате чего средняя микротвердость рабочей поверхности образцов с покрытиями после изнашивания составляет 11 ГПа, в то время как аналогичные значения в исходном состоянии - 6,8...8,2 ГПа (табл. 6.).

Кроме того, при изнашивании регистрируется некоторое возрастание физического уширения дифракционных линий матричной а фазы, что указывает на увеличение плотности дефектов кристаллической решетки в процессе износа.

Рис. 21. Фрагменты рентгеновских дифрактограмм от поверхностных слоев покрытия из ПП-ЗСМ-104

Результаты испытания образцов на износостойкость при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы представлены в табл. 8. и на рис. 22.

Таблица 8.

Испытание на изнашивание при трении о нежестко закрепленные частицы __ абразива __

Марка проволоки ПП-ПМ-6 ПП-ЗСМ-104 ПП-ЗСМ-111 СтЗ

Относительная износостойкость 2,77 2,01 1,73 1

Наблюдающееся несоответствие значений микротвердости и износостойкости покрытий можно объяснить особенностями микроструктур, различными содержаниями окислов и количеством пор.

Результаты испытания образцов на износостойкость в условиях газоабразивного износа представлены на рис. 23.

1 Л

,А у

/ 1 л

й-

-ПП-ЗСМ-111

-ПП-114-1«

-пп т 6

-ПП-ПМ-6 -ПП-ЗСМ-111 -ПП-ЗСМ-104 -СтЗ

О 20 40 60 90 100 12С НО 160 '

0 1С ?0 30 (.0 50 60 ТО ее 90 Угон птики. -'И'1-

Рис. 22. Результаты испытаний напыленных Рис. 23. Результаты испытаний покрытий на износ при трении о нежестко напыленных покрытий на закрепленные частицы абразива газоабразивный износ

Основным изменяемым параметром взаимодействия абразивной частицы с поверхностью образца является угол наклона вектора скорости абразивных частиц к изнашиваемой поверхности (угол атаки). Существуют два крайних случая: угол а равен 0° и 90°. Постепенный переход от одного крайнего случая к другому сопровождается качественными и количественными изменениями процесса изнашивания.

Установлено, что практически при любых углах атаки износостойкость всех покрытий почти вдвое превосходит износостойкость образца эталона из СтЗ. Однако наибольшей износостойкостью при углах атаки близких к 90° имеет образец с покрытием из ПП-ПМ-6 (рис. 23).

Исходя из того, что абразивная износостойкость является структурно -чувствительной характеристикой, очевидно, что высокая износостойкость исследуемых покрытий объясняется наличием в структуре метастабильного хромистого аустенита, способного при возникновении деформации претерпевать у —> а превращения, а также карбидных и карбоборидных упрочняющих фаз, причем при газотермическом напылении, по сравнению с наплавкой, имеет место повышенное содержание метастабильного аустенита (табл. 4.). Однако реализовать данный механизм упрочнения за счет у —> а превращения удается лишь благодаря высоким адгезионным и когезионным показателям покрытий, получаемым при высокоскоростном газопламенном напылении на оптимальных режимах.

Так, при возникновении пластических деформаций одновременно с появлением линии деформации происходит более интенсивный, нежели в наплавленных слоях, распад аустенита с образованием мартенсита деформации, выделением мелкодисперсных (вторичных) карбидов хрома по плоскостям скольжения, создание внутренних сжимающих напряжений, положительно сказывающихся на качестве покрытий, происходит значительное перераспределение структурных составляющих.

Мартенситное превращение, протекающее в процессе царапающего действия абразивных частиц, обеспечивает не только упрочнение, но и частичную диссипацию энергии. Поэтому чем выше микротвердость вторичной структуры (мартенсит деформации, карбид хрома), тем с меньшего по глубине слоя происходит отделение частиц износа, и тем выше износостойкость.

Немаловажный структурный фактор повышенной износостойкости исследуемых покрытий связан с большей способностью аустенита, по сравнению с мартенситной основой, удерживать хрупкие карбидные и карбоборидные фазы от выкрашивания под воздействием абразивных частиц.

Присутствие в исследуемых покрытиях такого большого количества метастабильного аустенита объясняется в первую очередь особенностями технологии их нанесения, а также химическим составом порошковых проволок.

Малые объемы частиц (йч = 30... 150 мкм), высокая степень деформации (растекания) при ударе, микронные значения толщины и исключительно высокий градиент температуры (~105 К/с) при теплообмене - именно в подобных термокинетических условиях формируются исследуемые покрытия. В процессе напыления, при охлаждении со скоростями 104...10б К/с, когда фиксируется переход от сегрегационной к бездиффузионной перекристаллизации, часть напыляемого материала не испытывает у —> а превращения. Кроме того, при анализе причин стабилизации аустенита в напыляемом материале необходимо иметь ввиду, что в процессе нанесения покрытия, его поверхностные слои разогреваются до температур 500...670 К, что способствует термической стабилизации аустенита.

Высокая скорость частиц в процессе напыления не только способствует стабилизации аустенита, но и обеспечивает условия для формирования покрытий с высокими адгезионными и когезионными прочностными характеристиками.

Присутствие небольшого количества пор в покрытии придает им высокую маслоудерживающую способность по сравнению с компактными материалами. Поэтому для деталей триботехнических узлов с напыленными покрытиями в условиях трения со смазкой существенно увеличиваются износостойкость и допускаемая мощность трения.

Также, в третьей главе представлены результаты исследований по применению электроискрового легирования быстрорежущей сталью в качестве предварительной подготовки поверхности под газотермическое напыление.

В ряде случаев, для существенного повышения износостойкости тяжело-нагруженных деталей, применяют технологию нанесения комбинированных покрытий. Так, помимо газотермического покрытия, для защиты входной кромки лопаток ротора эксгаустера, было решено произвести ее наплавку самофлюсующимся сплавом на никелевой основе. Существенные различия

газотермическое покрытие

электроискровое покрытие

оппсЬленное самофлюсующееся покрытие

основной материал детали

Рис. 24. Схема комбинированного покрытия

коэффициентов линейного

термического расширения

материалов газотермического (11-10"6 К"1) и оплавленного самофлюсующегося (17'10"6 К"1) покрытий делают практически невозможным создание

качественного комбинированного покрытия. Эффективным

решением данной проблемы является создание на поверхности основы подслоя с абсолютной основе и линейного электроискрового

адгезиеи к коэффициентом

термического расширения близким к покрытию, путем легирования быстрорежущей сталью (рис. 24.).

В ходе проведения исследований по применению электроискрового легирования быстрорежущей сталью в качестве предварительной подготовки поверхности под газотермическое напыление, подложка из СтЗ подвергалась предварительной подготовке методом ЭИЛ. В качестве материала анода была использована быстрорежущая сталь Р18. Последующее нанесение газотермического покрытия осуществлялось методом высокоскоростного газопламенного напыления.

Результаты металлографических исследований представлены на рис. 25.

Рис. 25. Металлография комбинированного покрытия ЭИЛ - НУОИ напыление Получаемое комбинированное покрытия имеет две границы «покрытие -основа». Граница между подложкой и электроискровым покрытием не имеет видимых дефектов и практически не различима без травления шлифа. Граница между газотермическим и электроискровым покрытием также очень хорошо сформирована, отслоений и крупных пор не наблюдается.

Адгезионная прочность исследуемых комбинированных покрытий определенная по клеевой методике превышает 68 МПа, что, безусловно, является показателем высокого качества.

Применение ЭИЛ быстрорежущей сталью в качестве предварительной подготовки поверхности под газотермическое напыление позволяет получать комбинированные износостойкие покрытия путем создания на поверхности основы подслоя с абсолютной адгезией к основе и коэффициентом линейного термического расширения близким к покрытию.

В четвертой главе представлены результаты практического применения исследуемых покрытий. .....

' Пест нпийольжго износа

Рис. 26. Характер износа лопаток

В первой подглаве представлены результаты исследований по разработке технологии упрочнения лопаток роторов нагнетателей в агломерационном производстве. Приведены результаты исследований по определению причин их повышенного износа (рис. 26.), включающий комплексный анализ аглопыли, и модельный расчет скорости потока (рис. 27.) с использованием расчетного модуля, интегрированного в программный комплекс А^УБ

Рис. 27. скорости

Распределение газа в роторе

Таблица 9.

Результаты промышленных испытаний в условиях ОАО «КГОК-«Ванадий»

Представлены результаты

испытаний покрытий в реальных условиях эксплуатации нагнетателя на фабрике окускования (цех агломерации) ОАО «КГОК «Ванадий» (табл. 9. и рис. 28.).

Образцы размером 150x150 из стали 30ХГСА были подвергнуты предварительной пескоструйной обработке с последующим нанесением покрытий различными способами толщиной от 0,1 до 2 мм. Образцы были размещены на улите внутри нагнетателя Н-9000 в области наибольшего износа (на языке улиты). По приблизительным оценкам, условия на языке улиты нагнетателя примерно в 1,5 раза жестче, чем условия эксплуатации лопаток ротора нагнетателей. Средняя

наработка роторов нагнетателя на период исследований составляла 1700 часов

—I I" I тлти...................... *■' * •>" -у' ш* - штшшшшшшшшш—шшшшш^шл

Тип футеровки Наработка, ч

Эмалирование менее 648

ЭИЛ 1579

НУОР напыление (ПП-ПМ-6) 3600

Наплавка релитом Более 3600

Рис. 28. Общий вид футеровок (1 - ПП-ПМ-6; 2-релит; 3 - эмаль) после наработки \а - 648 часов , б - 1440 часов, в - 2090 часов Как результат, приведен технологический процесс упрочнения лопаток ротора нагнетателей, основанный на проведенных исследованиях. Проведенные эксплуатационные испытания роторов с упрочненными лопатками показали

увеличение наработки роторов в 1,5...2 раза, по сравнению с неупрочненными роторами.

Во второй подглаве приведены примеры применения исследуемых покрытий для восстановления и упрочнения деталей, работающих в условиях трения скольжения (рис. 29.)

Рис. 29. Примеры применения исследуемых покрытий

Рис. 30. Восстановление рабочей поверхности корпусных деталей (крышек) роторно-поршневых двигателей «Mazda»

Перспективным направлением является восстановление рабочей поверхности блоков роторно-поршневых двигателей (рис. 30.). В настоящее время было восстановлено 9 комплектов крышек. Двигатели проходят ходовые испытания, после 35000 км компрессия достигла максимального значения (8,3), характерного для нового двигателя и вплоть до настоящего времени (60000 км) остается неизменной, что свидетельствует об отсутствии сколько-нибудь значимого износа, а, следовательно, и о высоком качестве нанесенных покрытий. Следует отметить, что ресурс заводских крышек при эксплуатации на территории РФ не превышает 50000 км пробега.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1, Анализ литературных данных показал, что абразивная износостойкость стали является структурно-чувствительной характеристикой, поэтому эффективными износостойкими покрытиями являются покрытия, отвечающие принципу метастабильного аустенита, способные упрочняться под воздействием рабочих нагрузок в процессе эксплуатации.

2. Разработана технология высокоскоростного газопламенного напыления, позволяющая получать высококачественные покрытия системы Fe-C-Cr-Ti из недорогих порошковых проволок отечественного производства. Оптимизированы параметры процесса напыления. Максимальное значение параметра оптимизации (относительной износостойкости) достигается при дистанции напыления - 150 мм, расходе рабочих газов (МАФ газ/кислород) -1,35/7,5 м3/ч, а также минимально возможной, при сохранении высокого качества покрытий, скоростью подачи порошковой проволоки для каждого диаметра.

3. Расчет температуры и скорости частиц по оси струи, показал, что при напылении на оптимальных режимах, благодаря высокой энтальпии плавления (8,4-104 Дж/кг) и кратковременности полета частиц (4'10ц с), формирование покрытия происходит преимущественно из вязкопластичных частиц (0</<]), имеющих высокую скорость (300 - 400 м/с), что предопределяет его высокие когезионные 290 МПа) и адгезионные (более 70 МПа) прочностные характеристики.

4. Комплексное исследование показало, что условия, имеющие место в процессе высокоскоростного газопламенного напыления с использованием МАФ-газа, приводят к появлению в углеродисто-хромистых покрытиях системы Fe-C-Cr-Ti повышенного содержания метастабильного аустенита, способного, также как и в случае с компактными материалами, претерпевать у—»а превращение при деформационном воздействии, что объясняет высокую износостойкость исследуемых покрытий в условиях абразивного изнашивания. Однако реализовать данный механизм упрочнения за счет у —> а превращения удается лишь благодаря высоким адгезионным и когезионным показателям покрытий, получаемым при высокоскоростном газопламенном напылении при оптимальных режимах.

5. Установлено, что применение ЭИЛ быстрорежущей сталью в качестве предварительной подготовки поверхности под газотермическое напыление позволяет получать комбинированные износостойкие покрытия путем создания на поверхности основы подслоя с абсолютной адгезией к основе и коэффициентом линейного термического расширения, близким к покрытию.

6. Произведены промышленные испытания образцов с покрытиями на ОАО «КГОК «Ванадий» (г. Качканар), упрочненных лопаток на ОАО «ЧМК» (г. Челябинск) и двух полных комплектов упрочненных лопаток на ОАО «ЗСМК» (г. Новокузнецк) и ОАО «ЕМЗ» (г. Енакиево), стендовые испытания восстановленного коленчатого вала на , ОАО «5ЦАРЗ» (г. Екатеринбург), а также ходовые испытания восстановленных коленчатых валов на ООО «Урайское УТТ» (г. Урай) и ОАО «Ураласбест» (г. Асбест), которые однозначно подтверждают высокую эффективность применения разработанной технологии для восстановления и упрочнения тяжелонагруженных деталей машин. Разработанный технологический процесс нанесения упрочняющих покрытий на рабочую поверхность лопаток роторов нагнетателей внедрен на ОАО «УЗММ» (г. Верхний Уфалей).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Вопнерук A.A., Валиев P.M., Шак A.B., Ведищев Ю.Г., Купцов С.Г., Фоминых М.В., Мухинов Д.В Иванов A.B. Абразивная износостойкость покрытий, нанесенных методом высокоскоростного газопламенного напыления // Известия Самарского научного центра РАН. 2010. Т. 12, № 1 (22). С. 317-320

2. Вопнерук A.A., Валиев P.M., Купцов С.Г., Мухинов Д.В., Фоминых М.В. Упрочнение деталей машин и механизмов, работающих в условиях абразивного износа методом высокоскоростного газопламенного (HVOF) напыления. // Известия Самарского научного центра РАН. Спецвыпуск «Актуальные проблемы машиностроения», 2009. С. 76-78

3. Толстых Л.Г., Толстых А.Л., Вопнерук A.A. Исследование влияния энергии импульса на частоту и плотность тока при ЭИЛ //Ремонт восстановление и модернизация. 2011, № 3. С. 37-40.

4. Толстых Л.Г., Толстых А.Л., Вопнерук A.A. ЭИЛ быстрорежущей сталью на установках ИНТА Л - 1500 и ИНТ АЛ - 3000 //Ремонт восстановление и модернизация. 2009, № 10 С. 17-20.

5. Купцов С.Г., Валиев P.M., Вопнерук A.A., Мухинов Д.В., Фоминых М.В. Способы повышения эксплуатационной прочности деталей машин модифицированием поверхности. // Известия Самарского научного центра РАН. Спецвыпуск «Актуальные проблемы машиностроения», 2009. С. 34-36

6. Вопнерук A.A., Валиев P.M., Базилевский A.A. Применение газотермических покрытий для защиты от абразивного износа// Арматуростроение. 2010. № 4 (67). С. 68 - 72.

7. Вопнерук A.A., Валиев P.M., Базилевский A.A. Высокоскоростное газопламенное напыление с использованием порошковых проволок// Сварщик. 2010. №5 (75). С. 11-13.

8. Вопнерук A.A. Математическое моделирование гетерофазной струи в высокоскоростном газопламенном (HVOF) напылении.// Материалы докладов XVI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов -2009», Секция «Физика»/ М.: Изд-во Физического факультета МГУ, 2009. С. 71-72

9. Валиев P.M., Вопнерук A.A. Повышение износостойкости рабочих поверхностей деталей машин, нанесением углеродисто-хромистых газотермических покрытий // Инженерия поверхностного слоя деталей машин: сборник трудов Международной научно-практической конференции. Кемерово: ГУ КузГТУ, 2009. С. 65 - 74

10. Вопнерук A.A., Валиев P.M., Ведищев Ю.Г. Влияние структуры на износостойкость покрытий, полученных методом высокоскоростного газопламенного напыления // Наука. Технологии. Инновации: материалы всероссийской научной конференции молодых ученых. В 4 ч. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010. Ч. 1 С. 178 - 179

11. Вопнерук A.A., Валиев P.M., Шак A.B., Ведищев Ю.Г., Купцов С.Г., Фоминых М.В., Мухинов Д.В Иванов A.B., Применение углеродисто-хромистых газотермических покрытий для защиты от абразивного износа // Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня: материалы 12-ой Международной научно-практической конференции. В 2 ч. СПБ.: Изд-во Политехнического ун-та, 2010. Ч. 1. С. 52-57

Отпечатано в типографии ООО «Издательство УМЦ УПИ» 620078, Екатеринбург, ул. Гагарина, 35а, оф. 2. тел. (343) 362-91-16, 362-91-17 Заказ 3301 Тираж 150

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Вопнерук, Александр Александрович

Введение.

Глава 1. Анализ литературных данных.

1.1. Классификация и характеристика видов изнашивания.

1.2. Методы защиты от абразивного износа.

1.3. Технологии нанесения износостойких покрытий.

1.4. Особенности высокоскоростного газопламенного (HVOF) напыления.

1.4.1. Формирование потока напыляемых частиц.

1.4.2. Формирование покрытия.

1.4.3. Окисление частиц в системе распылитель-поток-основа.

1.5. Оборудование для высокоскоростного газопламенного напыления.

1.6. Модели описания процессов движения и нагрева частиц при газотермическом напылении.

1.7. Предварительная подготовка поверхности методом электроискрового легирования (ЭИЛ).

1.8. Выводы и постановка задач исследований.

Глава 2. Оборудование, материалы и методики исследования.

2.1. Исследуемые покрытия.

2.2. Методики исследования.

2.3. Оборудование для нанесения исследуемых покрытий.

2.4. Оптимизация параметров процесса напыления методом планирования эксперимента.

2.5. Расчетная оценка температуры и скорости частиц при высокоскоростном газопламенном напылении.

2.5.1. Ограничения и допущения, использованные при расчетах.

2.5.2. Уравнения температуры и скорости газа.

2.5.2. Уравнения движения и нагрева частиц.

2.5.3. Начальные условия.

2.5.4. Анализ результатов расчета.

2.6. Выводы по главе.

Глава 3. Результаты исследования.

3.1. Анализ компонентов шихты порошковых проволок.

3.2. Химический анализ покрытий.

3.3. Металлографические исследования покрытий.

3.4. Анализ фазового состава покрытий.

3.5. Определение пористости покрытий.

3.6. Дюрометрические и микродюрометрические исследования покрытий.

3.7. Определение адгезионной прочности покрытий.

3.8. Определение когезионной прочности покрытий.

3.9. Испытания покрытий на износостойкость при трении о закрепленные частицы абразива.

3.10. Испытания покрытий на износостойкость при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы.

3.11. Испытания покрытий на износостойкость при газоабразивном изнашивании.

3.12. Предварительная подготовка поверхности под газотермическое напыление методом ЭИЛ быстрорежущей сталью.

3.13. Обсуждение и анализ результатов исследований.

Глава 4. Практическое применение исследуемых покрытий.

4.1. Разработка технологии упрочнения лопаток роторов нагнетателей.

4.1.1. Исследование причин повышенного износа лопаток роторов нагнетателей в агломерационном производстве.

4.1.2. Промышленные испытания покрытия в условиях ОАО «КГОК - «Ванадий».

4.1.3. Технология упрочнения лопаток роторов нагнетателей.

4.2. Восстановление и упрочнение деталей, работающих в условиях трения скольжения.

4.3. Выводы по главе.

Введение 2011 год, диссертация по машиностроению и машиноведению, Вопнерук, Александр Александрович

Актуальность работы.

Из всех видов изнашивания для машиностроения наиболее важно абразивное, поскольку оно является одним из главных факторов, ограничивающим сроки службы деталей машин различного назначения, в том числе сельскохозяйственных, дорожно-строительных, горных, транспортных машин и транспортирующих устройств, бурильного оборудования нефтяной и газовой промышленности, а также иных машин и механизмов. Как следствие, изучение абразивного изнашивания и мер борьбы с ним было и остается в высшей степени актуальной задачей.

В большинстве случаев выход из строя деталей машин обусловлен локальным изнашиванием рабочих поверхностей в местах интенсивного взаимодействия с рабочей средой или сопряженной деталью. Экономически и технически обоснованным является конструирование композиционной детали, сочетающей прочную, износостойкую, твердую поверхность нанесенного покрытия с пластичной, вязкой, трещиностойкой основой.

Существенное влияние на качество газотермических покрытий оказывает предварительная подготовка поверхности. Существующие • традиционные методы подготовки поверхности (струйно-абразивная обработка, нарезание рваной резьбы т др.) не всегда эффективны, либо их применение в ряде случаев сопряжено со значительными трудностями. Поэтому значительный интерес представляет возможность расширения области применения метода электроискрового легирования (ЭИЛ) в качестве предварительной подготовки поверхности перед газотермическим напылением. Использование быстрорежущей стали как материала электрода при ЭИЛ, позволяет решить эту задачу, обеспечивая высокую адгезионную прочность газотермических покрытий, дополнительно существенно повышая служебные характеристики обрабатываемой поверхности.

Цель работы.

Совершенствование технологии высокоскоростного газопламенного напыления для создания высококачественных углеродисто-хромистых покрытий системы Ре-С-Сг-П из порошковых проволок на деталях машин и механизмов, работающих в условиях абразивного изнашивания.

Для достижения поставленной цели в процессе выполнения работы решались следующие задачи:

2. Разработать технологию получения высококачественных покрытий из порошковых проволок системы Ре-С-Сг-Т1 методом высокоскоростного газопламенного напыления.

3. Опытно-теоретическим путем определить оптимальные параметры режима напыления.

Научная новизна работы.

2. В результате комплексных исследований установлено, что условия, имеющие место в процессе высокоскоростного газопламенного напыления с использованием МАФ-газа, приводят к появлению в углеродисто-хромистых покрытиях системы Ре-С-Сг-Тл повышенного содержания метастабильного аустенита, способного, так же, как и в случае с компактными материалами, претерпевать у—»а превращение при деформационном воздействии.

Практическая значимость работы.

1. Разработана технология высокоскоростного газопламенного напыления, позволяющая получать высококачественные покрытия системы Fe-C-Cr-Ti из недорогих порошковых проволок отечественного производства.

2. Исследовано влияние дистанции напыления, скорости подачи порошковой проволоки, расхода рабочих газов и скорости перемещения пятна напыления на качество исследуемых покрытий. Определены оптимальные режимы напыления износостойких покрытий из порошковых проволок системы Fe-C-Cr-Ti, диаметром 1,6, 2,6 и 3,2 мм.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанный технологический процесс нанесения покрытий системы Ре-С-Сг-Тл методом высокоскоростного газопламенного напыления из порошковых проволок.

2. Результаты расчета термокинетического состояния частиц при формировании разработанных покрытий.

Научно-технические конференции в рамках 7-й, 8-й, 9-й, 10-й специализированных выставок «Сварка. Контроль и диагностика», (Екатеринбург, 2007, 2008, 2009, 2010); I международная научно-техническая конференция «Повышение эксплуатационной прочности металлургического оборудования работающего в тяжело-нагруженных условиях», (Екатеринбург, 2008).; IX Российский семинар «Компьютерное моделирование физико-химических свойств стекол и расплавов», (Курган, 2008); XII Международная научно-практическая конференция «Современные технологии в машиностроении», (Пенза, 2008); Региональные научно-технические конференции «Наука-образование-производство: опыт и перспектива развития», (Нижний Тагил, 2009, 2011); XVI и XVII Международные конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», (Москва, 2009, 2010); I и II Всероссийские научно-практические конференции «Актуальные проблемы машиностроения» (Самара, 2009, 2010); Международная научно-практическая конференция «Государственное регулирование и стратегическое партнерство в горнометаллургическом комплексе», (Екатеринбург, 2009); I и II Международные научно-практические конференции «Современные технологии дезинтеграции и обогащения: Технологии. Оборудование. Защита от износа. Сервис», (Екатеринбург, 2009, 2010); II Международная научно-производственная конференция «Перспективные направления развития автотранспортного комплекса», (Пенза, 2009); Международная научно-практическая конференция «Инженерия поверхностного слоя деталей машин». (Кемерово, 2009); Всероссийские научные конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации», (Новосибирск, 2009, 2010); 12-я Международная научно-практическая конференция «Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня» (Санкт Петербург, 2010); Всероссийская научно-техническая^ конференция «Инновационные материалы и технологии в машиностроительном производстве», (Орск, 2011).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 34 печатных работы, ' в том числе 7 в журналах, рекомендованных ВАК.

Заключение диссертация на тему "Совершенствование технологии высокоскоростного газопламенного напыления износостойких покрытий со структурой метастабильного аустенита"

Общие выводы по работе

1. Анализ литературных данных показал, что абразивная износостойкость стали является структурно-чувствительной характеристикой, поэтому эффективными износостойкими покрытиями являются покрытия, отвечающие принципу метастабильного аустенита, способные упрочняться под воздействием рабочих нагрузок в процессе эксплуатации.

2. Разработана технология высокоскоростного газопламенного напыления, позволяющая получать высококачественные покрытия системы Fe-C-Cr-Ti из недорогих порошковых проволок отечественного производства. Оптимизированы параметры процесса напыления. Максимальное значение параметра оптимизации (относительной износостойкости) достигается при дистанции напыления - 150 мм, расходе рабочих газов (МАФ газ/кислород) - 1,35/7,5 м /ч, а также минимально возможной, при сохранении высокого качества покрытий, скоростью подачи порошковой проволоки для каждого диаметра.

3. Расчет температуры и скорости частиц по оси-струи, показал, что при, напылении на оптимальных режимах, благодаря высокой энтальпии плавления (8,4-104 Дж/кг) и кратковременности полета частиц (4*10"4 с), формирование покрытия происходит преимущественно из вязкопластичных частиц« (0</<^1), имеющих высокую скорость (300 - 400 м/с), что предопределяет его высокие когезионные (~ 290 МПа) и адгезионные (более 70 МПа) прочностные характеристики.

4. Комплексное исследование показало, что условия, имеющие место в процессе высокоскоростного газопламенного напыления с использованием МАФ-газа, приводят к появлению в углеродисто-хромистых покрытиях системы Fe-C-Cr-Ti повышенного содержания метастабильного аустенита, способного, также как и в случае с компактными материалами, претерпевать у—превращение при деформационном воздействии, что объясняет высокую износостойкость исследуемых покрытий в условиях абразивного изнашивания. Однако реализовать данный механизм упрочнения за счет. у —> а превращения удается лишь благодаря высоким адгезионным' и когезионным показателям покрытий, получаемым при . высокоскоростном газопламенном напылении при оптимальных режимах.

6. Произведены промышленные испытания образцов с покрытиями на ОАО «КГ'ОК «Ванадий» (г. Качканар), упрочненных лопаток на ОАО «ЧМК» (г. Челябинск) и двух полных комплектов упрочненных лопаток на ОАО «ЗСМК» (г. Новокузнецк) ■ и ОАО «ЕМЗ» (г. Енакиево), стендовые испытания восстановленного коленчатого вала на ОАО «5ЦАРЗ» (г. Екатеринбург), а также ходовые испытания' восстановленных; коленчатых валов на ООО «Урайское УТТ» (г. У рай) и ОАО «Ураласбест» • (г. Асбест), которые однозначно подтверждают высокую эффективность применения4 разработанной технологии для восстановления и упрочнения тяжелонагруженных деталей машин. Разработанный технологический процесс нанесения упрочняющих . покрытий на рабочую поверхность лопаток роторов нагнетателей внедрен на ОАО «УЗММ» (г. Верхний Уфалей).,

Библиография Вопнерук, Александр Александрович, диссертация по теме Сварка, родственные процессы и технологии

1. Хрущов М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание / М.: Наука, 1970, 251с.

2. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М., Колокольников М.Г. Абразивное изнашивание. / М.: Машиностроение, 1990, 224 с.

3. Методы повышения износостойкости деталей машин: учеб. пособие /

4. B.А. Короткое.- Н.Тагил: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ НТИ, 2004, 89 с.

5. Износостойкие стали для отливок: монография / М.А. Филиппов, A.A. Филиппенков, Г.Н. Плотников. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009, 358 с.

6. Маслов JI.H., Шаврин О.И., Дементьев В.Б. Анализ методов повышения характеристик работоспособности деталей, работающих в присутствии свободного абразива// Упрочняющие технологии и покрытия, № 1, 2006,1. C. 29-35

7. Коршунов Л.Г. Испытание металлов на износостойкость при трении // В кн. Металловедение и термическая обработка стали / Под ред. M.JI. Бернштейна и А.Г. Рахштадта. М.: Металлургия, 1991, Т. 1, кн. 2. С. 287413

8. Войнов Б.А. Износостойкие сплавы и покрытия / М.: Машиностроение, 1980, 120 с.

9. Варавка В.Н., Кудряков О.В. Дифференциальные карты (диаграммы) механизмов мартенситного превращения в Fe-C-сплавах// Упрочняющие технологии и покрытия, № 2, 2007, С. 10-17

10. Петрова Л.Г., Чудина О.В. Прогнозирование уровня упрочнения металлов на основе методологии управления структурообразованием// Упрочняющие технологии и покрытия, № 7, 2007, С 3-11

11. Присевок А. Ф., Яковлев Г. М., Даукнис В. И. Исследование механизма разрушения сплавов при трении их о закрепленные абразивные зерна. — В кн.: Прогрессивная технология машиностроения. Минск: Вышэйшая школа, 1971, вып. 2, С. 120-126

12. Газотермическое напыление: учеб. пособие / кол. авторов под общей ред. J1.X. Балдаева. М.: Маркет ДС, 2007, 344 с.

13. Маслюк В.А., Баглюк Г.А., Напара-Волгина С.Г., Яковенко Р.В. Упрочнение быстроизнашивающихся поверхностей безвольфрамовыми твердыми сплавами и карбидсодержащими сталями // Упрочняющие технологии и покрытия, № 1, 2007, С 42-47.

14. Филиппов М.А., Литвинов B.C., Немировский Ю.Р. Стали с метастабильным аустенитом. М.: Металлургия, 1988, 257 с.

15. Филиппов М.А., Кулишенко Б.А., Вальков Е.В. Износостойкость наплавленного сплава с метастабильным аустенитом// МиТОМ, 2005, №1, С 9-14.

16. Кулишенко Б.А., Балин А.Н., Филиппов М.А. Износостойкая наплавка деталей, подвергаемых абразивному и ударно-абразивному воздействию// Сварочное производство, № 11, 2004 С. 28-32

17. Ефимов Ю.В., Варлимонт Г., Мухин Г.Г. и др. Метастабильные и неравновесные сплавы/ Под ред. Ефимова Ю.В. М.: Металлургия, 1988, 383 с

18. Толстых Л.Г., Фурман Е.Л. Наплавочные материалы и технология наплавки./ Екатеринбург: ГОУ УГТУ-УПИ, 2004, 102 с.

19. Патент России на полезную модель № 80378 МПК7 В23К 35/00 Порошковая проволока для дуговой металлизации/ Коробов Ю.С., Шалимов М.П., Шумяков В.И., Калиногорский Д.И., Пименова Л.С., Филиппов М.А. Опубл. 10.02.2009, Бюл. №4

20. Тушинский Л.И., Плохов A.B. Исследование структуры и физико-механических свойств покрытий/ Новосибирск: Наука, 1986, 196 с.

21. Основы обеспечения качества металлических изделийс^неорганическими покрытиями / В.Ф. Безъязычный, В.Ю Замятин, jq

22. Замятин. Ю.П. Замятин. М.: Машиностроение, 2005, 608 с.

23. Белый A.B., Карпенко Г.Д., Мышкин Н.К. Структура и м<^^-ГОдЫ формирования износостойких поверхностных слоев/ ^. Машиностроение, 1991, 208 с.

24. Восстановление деталей машин: Справочник / Ф.И. Пантелеенко Др Под ред. В.П. Иванова.- М. Машиностроение, 2003, 672 с.

25. Tret'yak M.S., Chuprasov On the problem of wear- and heat-resistant c*^>^tings on mashine parts // Journal of Engineering Phisics and Thermodinamic^ s у j 77, No. 3,2004, p. 590-594.

26. Балдаев JI.X. Реновация и упрочнение деталей машин ме^нг<эдами газотермического напыления. М: КХТ, 2004, 134 с.

27. Балдаев JI.X. Шестеркин Н.Г., Лупанов В.А., Шатов А.П. Особе^^ЕЗ;ности процессов высокоскоростного газопламенного напыления// Техь^г ология машиностроения, №3, 2005, С 31-34

28. Мчедлов С.Г. Газотермическое покрытие в технологии упрочЕзг^ния восстановления деталей машин (обзор). 4.1. Газопламеь^г^^ детонационное напыление// Сварочное производство, № 10, 2007 35.45

29. Кузнецов Ю.А. Ресурсосберегающие технологии газотерм1ас^еского напыления при ремонте машин АПК. // Вестник ОрелГАУ №1, ^009 С 13-15.

30. Исакаев Э.Х., Гусев В.М., Мордынский В.Б. Повышение ресурсу деталей с газотермическим покрытиями нефтепромыслового оборудования// Технология машиностроения, № 12, 2008, С 18-22

31. Петров С.В. Методы радикального повышения качества газотермических покрытий// Оборудование и инструмент для профессионалов №10, 2004 С 2-5

32. Борисов Ю.С., Петров С.В. Использование сверхзвуковых струй в технологии газотермического напыления// Автоматическая сварка. 1995; №1, С. 41-44.

33. Хромов В.Н., Верцов В.Г., Коровин А Я. и др. От дозвукового к сверхзвуковому газопламенному напылению покрытий при восстановлении и упрочнении деталей машин// Сварочное производство. 2001. №2. С. 39 48

34. Korobov Yu.S. Comparative analysis of supersonic gas-flame methods of coating application//Metallurgist, vol. 50 No 3-4, 2006; pp 158-162

35. Korobov Yu.S. Deposition of protective coatings by means of supersonic flame spraying // Thermal engeneering; vol 56, No 2, 2009, pp 142-146

36. Балдаев JI.X., Калита В.И. Современные тенденции получения газотермических покрытий// Технология металлов. 2003, №2, С. 25-31

37. Фролов B.A., Поклад В.А., Рябенко Б.В., Викторенков Д.В. Технологические особенности методов сверхзвукового газотермического напыления (обзор)// Технология машиностроения №2, 2006, С. 45-53.

38. Korpiola К. High temperature oxidation of metal, alloy and cermet powders in-HVOF spraying process/ Dissertation for the degree1 of Doctor of Science in Technology. Helsinki: University of Technology, 2004, 109 p.

39. Fukuhama H.A; porosity formation- and flattening model of an, impinging molten particle in thermal spray coatings// Journal of Thermal Spray Technology, No 3(1), 1994 pp. 22 44

40. Абрамович F.Hi Прикладная газовая динамика, в 2 ч., 4.1; Учеб. руководство:.Для вузов 5-е изд. перераб. и доп.-М.: Наука; 1991, 600 с.

41. Thorpe M.L., Richter H.J. A pragmatic analysis and comparison of HVOF processes// Journal of Thermal Spray Technology, vol. 1(2), June 1992, pp. 161-170; ' 1 ' 158 . . ' '

42. Лукьянов F.A. Сверхзвуковые струи плазмы. Л.: Машиностроение, 1985 264 с.

43. Струйные и нестационарные течения в газовой динамике/ Иод ред. Гапонова С.А., Маслова А.А., Новосибирск, Изд-во. СО РАН, 2000, 200с.

44. Бобров В.Г., Ильин А.А. Нанесение неорганических покрытий (теория, технология, оборудование): учеб. пособие/ М.: Интермет Инжиниринг, 2004, 624 с.

45. Анциферов BJrL, Бобров Г.В., Дружинин Л.К. и др: Порошковая металлургия и напыленные покрытия. / М.: Металлургия, 1987, 792 с.

46. Neiser R.A., Smith M.F., Dykhuixen R.C. Oxidation in wire HVOF sprayed steel//Journal of Thermal Spray Technology, vol. 7(4), December 1998, p. 537-545.

47. Dobler К., Kreye II:, Schwetzke R. Oxidation of stainless steel in the high velocity oxy-fuel process// Journal of Thermal Spray Technology, vol. 9(3), September 2000, pp. 407-413

48. Ahmed A.M., Rangel R.H., Sobolev V.V., Guilemany J.M. Inflight oxidation of; composite powder particles during thermal spraying// International Journal of Heat and Mass Transfer, No. 44, 2001, pp. 4667-4677

49. Wielage В., Wank A., Pokhmurska H., Grund Т., Rupprecht C., Reisel G., Friesen E., Development and trends in HVOF spraying technology// Surface and Coatings Technology, No. 201, 2006, pp. 2032-3037

50. Koutsky J., High-velocity oxy-fuel spraying// Journal of Materials Processing Technology, No. 157-158, 2004, pp. 557-560 c.

51. Тюрин Ю.Н:, Колисниченко O.B:, Дуда И:М. Сравнительный анализ эффективности кумулятивно-детонационного и HVOF-устройств длягазотермического напыления покрытий// Упрочняющие технологисг^—Е: и покрытия, № 5, 2009, С 27-33

52. Fauchais P., Vardelle A., Dussoubs В. Quo Vadis Thermal SprayirrtiL-c=»-7// Journal of Thermal Spray Technology, vol. 10(1), March 2001, p. 44-66.

53. Моссэ A.Jl., Буров И.С. Обработка дисперсных материалои^з; в плазменных реакторах.- Мн: Наука и техника, 1980. 208с.

54. Борисов Ю.С., Зацерковный A.C., Кривцун И.В. Математичеь^<^:кое моделирование процесса плазменного напыления композициозезсе^ькс порошков с учетом экзотермической реакции синтеза матерг»1хз:ала покрытия. // Автоматическая сварка, 2004, Xsl, С 23-26

55. Донской A.B., Клубникин B.C. Электроплазменные процесс^г&х и установки в машиностроении.- Л.: Машиностроение, ЛехзсгЕз^нгр отделение, 1979. 221с.

56. Физика и техника низкотемпературной плазмы / С.В.Дре:Ез. <^син А.В.Донской, В.М.Гольдфарб, B.C. Клубникин. М.: Атомиздат, HL S>72 -352с.

57. М.: Наука, 1974.- С. 37-47.

58. Кудинов В.В., Пекшев П.Ю., Белащенко В.Е., Солоненко q j-j Сафиуллин В.А. Нанесение покрытий плазмой / М.: Наука, 1990, 4-08 с.

59. Барвинок В.А., Богданович В.И., Ананьева Е.А. Матемах:вгческое моделирование динамики движения напыляемых частиц в плазт>^я:енном газотермическом потоке. // Вестник Самарского государстт^^-ц^^ аэрокосмического университета, 2007, X» 1, С. 138-147

60. Панфилов С.А., Цветков Ю.В. К расчету нагрева конденсированных частиц в плазменной струе// Теплофизика высоких температур.-1967.-т.5, №2. С.294-301.

61. Рыкалин Н.Н., Углов А.А., Анищенко JI.M. Высокотемпературные технологические процессы: теплофизические основы,- М.: Наука, 1986.-173с.

62. Gawne D.T., Liu В., Bao Y., Zhang Т. Modelling of plasma-particle two-phase flow using statistical techniques// Surface and Coatings Technology No 191, 2005, pp. 242-254

63. Wilden J., Frank H., Bergmann J.P. Process and microstructure simulation in thermal spraying// Surface and Coatings Technology No 201, 2006, pp. 19621968

64. Козьяков И.А., Борисов Ю.С., Коржик B.H., Великоиваненко Е.Н., Розынка Г.Ф., Математическое моделирование нагрева порошковых проволок при газопламенном напылении. // Автоматическая сварка, 1996, №6, С. 7-12.

65. Федосов В.В., Федосова А.В. Влияние торможения частиц при нагреве,и переносе порошка газокислородным пламенем// Упрочняющие технологии и покрытия, № 2, 2007, С 23-29

66. Федосов В.В., Федосова А.В. Модель периферийного нагрева частиц при газопламенном нанесении покрытий// Упрочняющие технологии и покрытия, № 2, 2009, С 32-36.

67. Федосов В.В., Федосова A.B. Нейросетевая модель теплофизических взаимосвязей при нанесении дисперсных материалов// Упрочняющие технологии и покрытия, № 11, 2007, С 41-46.

68. Коробов Ю.С., Бороненков В.Н. Расчет параметров движения, нагрева и окисления частиц при электродуговой металлизации. // Сварочное производство, 1998, № 3, С 9-13.

69. Коробов Ю.С. Бороненков В.Н. Кинетика взаимодействия напыляемого материала с кислородом при электродуговой металлизации. // Сварочное производство, 2003, № 7, С. 30-36.

70. Коробов Ю.С. Оценка сил, действующих на распыляемый материал при электрометаллизации. // Автоматическая сварка. 2004, № 7, С. 23-27

71. Коробов Ю.С., Белозерцев A.A., Филиппов М.А., Шумяков В.И. Модель нагрева порошковой проволоки ' при дуговой металлизации и анализIструктуры покрытия. // Сварочное производство, 2008, №12, С. 15-20.

72. Коробов Ю.С. Совершенствование технологии электродуговой металлизации на основе моделирования взаимодействия металла с газами и исследования свойств покрытий/ Диссертация на соискание степени доктора технических наук, Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2004

73. Балдаев JI.X. Технологическое обеспечение качества машиностроительной продукции методами газотермического напыления/ Автореферат диссертации на соискание степени доктора технических наук, М., МГТУ «Станкин», 2008

74. Hossainpour S., Binesh A.R. A CFD study of sensitive parameters effect on the combustion in a High Velosity Oxygen-Fuel thermal spray gun// International Journal of Mechanical, Industrial and Aerospace Engineering No. 3-4, 2009

75. Kamnis S., Gu S. 3-D modelling of kerosene-fuelled HVOF thermal spray gun. // Chemical Engineering Science, No 61, 2006, pp. 5427-5439

76. Kamnis S., Gu S. Study of In-flight and-dynamics of nonspherical particles from HVOF guns// Journal of Thermal Spray Technology, No 19(1-2), 2010 pp. 31-44

77. Hackett C.M., Settles G.S. The influence of nozzle design on HVOF spray particle velocity and temperature •// Journal of Thermal spray Technology, 3, 1994, pp. 299-304

78. Hanson T.C., Hackett C.M., Settles G.S. Independent control of HVOF particle velocity and temperature, Journal of Thermal Spray Technology, No. 11, 2002, pp. 75-85

79. Zhang T., Bao Y., Gawne D.T., Liu B., Karwattzki J. Computer madel to simulate the random behaviour of particles in the thermal-spray jet// Surface and Coatings Technology, No. 201, 2006, p. 3552-3563

80. Oberkampf W.L., Talpallikar M. Analysis of a high-velocity oxygen-fuel (HVOF) thermal spray torch, part 1: Numerical formulation. Journal of Thermal Spray Technology, No 5, 1996, pp 53-61

81. Lopez A.R., Hassan B., Oberkampf W.L., Neiser R.A., Roemer T.J. Computational flued dinamics analysis of wire-feed, high-velocity oxygen fuel (HVOF) Thermal spray torch// Journal of Thermal Spray Technology, vol. 7(3), September 1998, pp. 374-382

82. Christofides P.D., El-Farra N., Li M., Mhaskar P. Model-based control of particulate processes// Chemical Engineering Science, No. 63, 2008, p. 11561172

83. Li M.', Christofides P.D. Computation study of particle in-flight behavior in the HVOF thermal sprey-process// Chemical Engineering Science, No. 61, 2006, p. 6540-6552

84. Christofides P.D., Sni D., Li M. Modeling and control of an experimental HVOF thermal sprey process/ Proceedings of the American Control Conference, Denver. Colorado, 2003, p 3973-3979

85. Li M., Sni D., Christofides P.D. Model-based estimation and control of particle velocity and melting in HVOF thermal spray// Chemical Engineering Science, No 59, 2004, pp. 5647-5656 .

86. Li M., Christofides P.D: Multi-scale modeling and analysis of an industrial* HVOF thermal spray process// Chemical Engineering Science, No 60, 2005, pp. 3649-3669

87. Li W.Y., Gao W., Some aspects on 3D numerical modeling of high velocity impact of particles in cold spraying by explicit finite element analysis // Applied Surface Science No 255, 2009, pp. 7878-7892

88. Katanoda H., Matsuo K. Analysis of particle behaviour in high-velocity oxy-fuel thermal spraying process// Journal of Thermal Science, vol. 12, No. 3, 2003 pp. 279-282

89. Yang X., Eidelman-S. Numerical analysis of a high-velocity oxygen-fuel thermal spray system. // Journal of Thermal Spray Technology, No 5, 1996, pp. 175-184. . ' ,

90. Dongmo: E., Killinger A., Wenzelburger M., Gadow R., Analysis and optimization of the; HVOF process by combined experimental and numerical approaches // Surface and: Coatings Technology, No. 202, 2008, pp. '44704478

91. Кундас С.П., Кашко Т.А. Компьютерное моделирование технологических систем: Учеб. пособие/ 2 ч., Ч: L, -Мн., БГУИР; 2001

92. Кундас С.П., Кашко Т.А. Компьютерное моделирование технологических систем: Учеб. пособие/ 2 ч., Ч. 2, -Мн., БГУИР, 2001

93. Кундас СЛ., Тонконогов Б.А., Кашко Т.А. Компьютерное моделирование технологических процессов/ Доклады БГУИР январь-март, №3, 2004, С 38-49

94. Цветков Ю.В., Панфилов С.А. Низкотемпературная плазма в процессах восстановления.- М.: Наука, 1980. 359 с

95. Хромов В.Н., Коренев В.Н. Технология подготовки деталей перед газопламенным напылением. // Упрочняющие технологии и покрытия. 2006. №9. С. 3-5.

96. Клименов В.А., Ковалевская Ж.Г., Зайцев К.В., Толмачев А.И. Исследование адгезии покрытий, полученных высокоскоростным газопламенным напылением// Известия Томского политехнического университета, Т. 310, № 3, 2007, С 57-61

97. Бутовский М.Э. Нанесение покрытий и упрочнение материалов концентрированными потоками энергии. Часть 2. Оборудование для электроэрозионного легирования: учеб. пособие/ М.: ИКФ Каталог, 1998, 158 с.

98. Гун Г.С., Кривощапов В.В., Чукин М.В., Адамчук B.C. Упрочняющие и восстанавливающие покрытия/ Челябинск: Металлургия, 1991, 160 с.

99. Лазаренко Б.Р., Михайлов В.В. Гитлевич А.Е. Верхотуров А.Д. Распределение элементов в поверхностных слоях при ЭИЛ // Электронная обработка материалов, №3, 1977, С 28-33

100. Электроискровое легирование металлических поверхностей/ под ред. Ю.Н. Петрова, Кишинев: Штиинца, 1985, 196 с.

101. Могилевский И.З. Металлографические исследования поверхностного слоя стали после электроискрового легирования// Электроискровая обработка материалов. М.: Изд-во АН СССР, 1957, С95-116

102. Лазаренко Б.Р., Лазаренко Н.И.Электроискровая обработка токопроводящих материалов. М.: Изд-во АН СССР, 1958, 184 с.

103. Вопнерук A.A., Валиев P.M., Ведищев Ю.Г. Применение порошковых проволок в высокоскоростном газопламенном (HVOF) напылении. //

104. НАУКА-ОБРАЗОВАНИЕ-ПРОИЗВОДСТВО: опыт и перспектива развития»: материалы регион, научн.-технич. конф: (2009 г. г. Нижний Тагил): в 3 т. Т. 3. Сварка реновация - триботехника. Нижний Тагил, НТИ (ф) УГТУ-УПИ, 2009 - С. 30-33

105. Тушинский JLPL, Плохов А.В;, Токарев А.О., Синдеев В.И. Методы исследования материалов: Структура, свойства и процессы нанесения неорганических покрытий. / М:: Мир, 2004, 384 с.

106. Александров В.А., Петрова Л.Г., Лохова Т.П., Шестопалова Л.П. Разработка комплекса методов исследования структуры и свойств упрочненных материалов и поверхностных слоев// Упрочняющие технологии и покрытия, № 4, 2007, С. 44-56 .

107. ГОСТ 30480 Методы испытания на износостойкость. Общие требования

108. ГОСТ 23.208 Обеспечение износостойкости изделий. Метод испытания материалов на износостойкость при трении о нежестко- закрепленные абразивные частицы

109. ПЗ.Холпанов Л.П., Запорожец Е.П., Зиберт Г.К., Кащицкий Ю:А. Математическое моделирование нелинейных термогидрогазодинамичес-ких процессов в многокомпонентных струйных течениях. М.: Наука, 1998,320 с. ,

110. Benyounis K.Y., Olabi A.G. Optimization of different welding processes using statistical-and: numerical approaches — A reference guide// Advances in Engineering Software, No. 39, 2008, pp. 483-496

111. Планирование промышленных экспериментов / Горский В.Г., Адлер Ю.П;, Талалай А.М./М.: Металлургия, 1978, 1 12 с.

112. Новик Ф.С. Планирование эксперимента при изучении металлических систем./М.: Металлургия, 1985, 255 с.

113. Новик Ф.С. Математические методы планирования экспериментов в металловедении./М.: Металлургия, 1972, 106 с.

114. Спиридонов А.А, Васильев- Н.Г. Планирование эксперимента при-исследовании и оптимизации технологических процессов./ Свердловск: УПИ, 1975, 140 с.

115. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. / М.: Наука, 1976, 280 с.

116. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. / М.: Наука, 1971, 288 с.

117. Статистическое измерение качественных характеристик / Пер. с англ. под ред. Четыркина Е.М. /М.: Статистика, 1972, 173 с.

118. Планирование эксперимента/ Адлер Ю.П. и др./ М.: Наука, 1966, 424 с.

119. Кундас С.П., Марковник Д.В., Иванов Д.Г., Крашанинин В.А., Ильиных С.А. Математическая модель процесса поверхностного плазменного упрочнения стальных деталей// Упрочняющие технологии и покрытия, №3,2008, С 41-46

120. Cheng D., Xu Q., Trapaga G., Lavernia E.J. A numerical study of highvelocity oxygen.fuel thermal spraying process. Part i: Gas phase dinamics. // Metallurgical and materials transactions A, vol. 32A, 2001, pp 1609-1620

121. Bank J.S., Park S.K., Kim Y.J. A numerikal study on gas dynamics of high-velosity oxygen fuel thermal spray// Japanese Journal of Applied Phisics, vol. 47, No 8, 2008, pp. 6907-6909

122. Фабрикант Н.Я. Аэродинамика, M., "Наука", 1964, 816 с.

123. Li М., Christofides P.D., Sni D., Modeling and control of high-velocity oxygen-fuel (HVOF) thermal sprey: A Tutorial review// Journal of Thermal Spray Technology, vol. 18 (5-6), Mid-December, 2009 pp. 753-768

124. Sni D., Li M., Christofides P.D. Diamond Jet Hybrid HVOF thermal spray: Rule-based modeling of coating microstructure// Ind. Eng. Chem. Res., 2004, 43, pp 3653-3665

125. Никоненко В. А. Математическое моделирование технологических процессов: Моделирование в среде MathCAD: Практикум / Под ред. Г.Д. Кузнецова.М: МИСиС, 2001, 48 с.

126. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим величинам газов и жидкостей/ М.: Наука, 1972, 720 с.

127. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. Справочное пособие/ Пер. с англ. под ред. Б. И. Соколова. 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1982, 592 с.

128. Liu Н.; Lavernia, E.J.; Rangel, R.H. Modeling of molten droplet impingement on a nonflat surface// Acta Metall. Mater, 1995, 43, p. 2053.

129. Zirari M., Abdellah El-hedj A., Bacha N. Numerical analysis of partially molten splat during thermal spray process using the finite element method// Applied Surface Science, No 256, 2010, pp. 3581 3585

130. Константинов В.М., Губанов А.С. Влияние легирующих элементов стальной проволоки на структуру и свойства покрытий при электродуговом напылении// Сварочное производство, №5, 2007, С. 13-18

131. Патент РФ № 2171165 С2. Сплав для износостойкой наплавки/ Кулишенко Б.А., Шумяков В.И., Флягин А.А., Балин А.Н.// Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений РФ 21 июня 2001 года

132. Патент РФ № 1817400. Порошковая проволока для износостойкой наплавки/ Абдулин Э.Б., Григорьев С.Л.// Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений РФ 20 декабря 1994 года

133. Винокуров Г.Г., Стручков Н.Ф., Федоров М.В., Яковлева С.П. Состав, структура и свойства газотермических покрытий из порошковыхпроволок и их влияние на процессы изнашивания при трении скольжения// Физическая мезомеханика, № 10 (4), 2007, С. 97-105

134. НО.Судзуки К., Фудзимори X., Хасимото К. Аморфные металлы. / Под ред. Масумото Ц. Пер. с япон. М.: Металлургия, 1987, 328 с.

135. Белоцерковский М.А. Структурные аномалии в стальных-газотермических покрытиях и возможности их использования// Упрочняющие технологии и покрытия, № 10, 2008, С 39-44

136. Sari N.Y., Yilmaz М., Investigstion of abrasive + erosion wear behaviour of surface hardening methods applied to AISI 1050 steel // Material and Design, No. 27, 2006, p. 470-478

137. Buchanan V.E., McCartney D.G., Shipway P.H. A comparison of the abrasive wear behaviour of iron-chromium based hardfaced coatings deposited by SMAW and electric arc spraying// Wear, No. 264, 2008, p. 542-549

138. Тененбаум M.M. Износостойкость конструкционных материалов и деталей машин.-М.: Машиностроение, 1966, 332 с.

139. Хрущев М.М., Бабичев М.А. Исследования изнашивания металлов. М.¡Издательство АН СССР, 1960, 352с.

140. Верхотуров А.Д., Николенко С.В. Классификации. Разработка и создание электродных материалов для электроискрового легирования// Упрочняющие технологии и покрытия, № 2, 2010, С. 13-22.

Похожие работы

Машиностроение и машиноведение
05.02.00