автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Восстановление деталей сельскохозяйственной техники электрометаллизационными покрытиями из порошковых проволок на основе ферросплавов

кандидата технических наук
Клейман, Аркадий Шлемович
город
Кишинев
год
1990
специальность ВАК РФ
05.20.03
Автореферат по процессам и машинам агроинженерных систем на тему «Восстановление деталей сельскохозяйственной техники электрометаллизационными покрытиями из порошковых проволок на основе ферросплавов»

Автореферат диссертации по теме "Восстановление деталей сельскохозяйственной техники электрометаллизационными покрытиями из порошковых проволок на основе ферросплавов"

_ Ч П п; ^ V; КИШИНЕВСКИЙ ОРДЕНА

ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ им. М. В. ФРУНЗЕ

На правах рукописи

КЛЕЙМАН Аркадий Шлемович

УДК 621.723:621.791

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛИЗАЦИОННЫМИ ПОКРЫТИЯМИ ИЗ ПОРОШКОВЫХ ПРОВОЛОК НА ОСНОВЕ ФЕРРОСПЛАВОВ

Специальность 05.20.03 — Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

■ / х

Кишинев — 1990

Работа выполнена на кафедре «Сопротивление материалов и детали машин» Кишиневского СХИ им. М. В. Фрунзе и Институте электросварки им. Е. О. Патона АН УССР.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор А. Л. Борисова

Научный консультант:

кандидат технических наук, доцент В. К■ Андрейчук

Официальные оппоненты:

лауреат премии Совета Министров СССР, член-корр. АН БССР, доктор технических наук, профессор Я. Н. Дорожкин, доктор технических наук, профессор В. П. Суслов

Ведущее предприятие: НПО МОЛДСЕЛЬХОЗРЕМОНТ

Защита диссертации состоится ъ&П^елЯ 1990 года в часов на заседании специализированного совета Д. 120.14.02 Кишиневского ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственного института им. М. В. Фрунзе.

Адрес: 277049, г. Кишинев, ул. Грибова, 44, КСХИ. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КСХИ.

Автореферат разослан « ' » Мй^Ью. 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

и.о. профессора Л. И. Дехтярь

Д'БЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБО'ТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года предусматривается дальнейшее техническое перевооружение сельскохозяйственного производства, осуществление мероприятий по совершенствованию и развитию ремонтной базы, повышению качества ремонта и технического обслуживания сельскохозяйственной техники.

Одним из важнейших направлений в решении поставленных задач является увеличение объема и номенклатуры восстановления . изношенных деталей, что позволяет уменьшить дефицит запасных ' частей, сократить простои сельскохозяйственных машин и оборудования, экономить металл, энергию и трудозатраты.

Для восстановления деталей сельскохозяйственной техники привлекаются различные методы, в том числе электродуговая металлизация. В настоящее время этот метод нашел применение для восстановления коленчатых и распределительных валов,головок блока цилиндров, поясков гильз автотракторных двигателей,тормозных барабанов тракторов, неподвижных соединений и других деталей.

В то же время невысокие физико-механические и эксплуатационные свойства получаемых покрытий сдерживают более широкое использование электродуговой металлизации в ремонтном производстве. Поэтов весьма актуальными являются исследования.направ-ленны е на разработку технологий восстановления деталей сельскохозяйственной техники с использованием новых материалов, и в первую очередь порошковых проволок. Применение порошковых' проволок обеспечивает широкие возможности варьирования составом получаемых пократий и получения их высоких физико-механических и эксплуатационных свойств.

Работа выполнялась по тематике Всесоюзной Комплексной программы научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по решению важнейших проблем восстановления изношенных деталей автомобилей, тракторов и сельскохозяйственных машин (номер Гос. регистрации 77024485), а также республиканской МССР межотрасле-

вой научно-технической проблемой 04, задание 0I.04.02H.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ, Научно обосновать, разработать и внедрить в ремонтное производство технологический процесс восстановления деталей сельскохозяйственной техники электродуговой металлизацией пороиковыми проволоками.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. I. Установлены закономерности влияния добавок алюминия, редкоземельных металлов и кальция на структуру и свойства электрометаллизационных покрытий кз порошковых Проволок на основе келеза, заклрчающиеся в существенном снижении окисленности, повышении физико-механических и эксплуатационных характеристик покрытий.

2. Установлена возмокшость получения покрытий с аморфно-кристаллической структурой при алектродуговой металлизации бор-содержащими порошковыми проволоками на основе келеза.

3. Разработана математическая модель упруго-пластического изгиба порошковой проволоки в токосъемицх направляющих элоктро-ыеталлизатора, позволяющая оптимизировать их форму в зависимости от механических свойств и размеров проволоки,геометрических параметров механизма подачи и распылительной головки.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Предложены составы порошковых проволок для восстановления деталей сельскохозяйственной техники элактродутовой металлизацией, обесточивающие высокие физико-мзханичоокие и аксплуатационныа свойства покрытий.

Разработаны технологические рекомендации по восстановлению деталой сельскохозяйственной техники порошков^.«: проволоками с шихтой на осиоею феррохрома с добавками алюминия и на оо-нобо форроборп с добавками редкоземельных металлов и кальция.

Предложены устройство для определения прочности сцепления покрытий с подяоакой (A.c. СССР У I293516), способ определения характеристик упругости материалов (A.c. СССР Р 1060982) и методика неразрушав-дзго контроля качества покрытий (A.c. СССР & 1425536).

Усовершенствована распылительная головка электродугового ыеталлизатора дли получения покрытий из порошковых проволок.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Разработанная технология одобрена на научно-техниЧэском совете НПО "Молдоельхозремонт" и принята к енедрению в Дубоссарском предприятии по ремонту и обслуживанию техники Госагропрома МССР с годовым экономическим эффектом 4,03

тыс. рублей. Годовой экономический эффект от внедрения технологии в АК-2808 г. Кишинева составил 25,56 тыс. рублей. '

ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Подтверждается использованием современных приборов и оборудования, апробированных методик, применением методов математического планирования эксперимента и математической статистики, получением'адекватно описывающих исследуемые процессы моделей, имеющих 95% уровень доверительной вероятности и положительными результатами эксплуатационных испытаний восстановленных деталей.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- Всесоюзном Совещании "Состояние и перспективы применения твердых наплавочных сплавов". Торез, 1985;

- Ш научно-технической конференции "Композиционные покрытия", Житомир, 1985;

- Региональной научно-технической конференции "Новые процессы упрейняющих газотермических покрытий в машиностроении",Житомир, 1987;

- Республиканской научно-производственной конференции "Повышение надежности и эффективности использования сельскохозяйственной техники при применении индустриальных технологий", Кишинев, 1987;

- П Всесоюзном совещании "Новые защитные и восстановительные электрометаллизационные покрытия", Львов, 1988;

- Всесоюзном совещании "Теория и практика газотермического нанесения покрытий", Севастополь, 1988;

- XI/ Всесоюзном совещании по жаростойким покрытиям.Одесса,

1989;

- Научно-технической конференции "Композиционные материалы в машиностроении". Тернополь, 1989;

- Научном семинаре кафедр "Ремонт машин", "Сопротивление материалов и детали машин", "Технология металлов" и Отраслевой лаборатории Кишиневского СХИ им. М.В.Фрунзе, 1989.

ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения диссертации опубликованы в 9 печатных работах, в том числе получено 4 авторских свидетельства на изобретения.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов, списка литературы (152 наименований)

и приложений, содержит 122 отраниц машинописного текста, 23 таблицы, 30 рисунков. В приложении включены результаты экспериментов, акты эксплуатационных испытаний и внедрения.

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ:

1) установленные закономерности влияния добавок алюминия, редкоземельных металлов и кальция на структуру, состав, газоао-держание, физико-механические и эксплуатационные овойства элек-тромэталлизационных покрытий иа порошковых проволок на основе ферросплавов.

2) математическую модель оптимизации формы токосъемник направляющих электродугового металлизатора и практическую реализацию разработки.

3) разработанные технологические рекомендации по восстановлению деталей сельскохозяйственной техники элентрометаллизаци-онными покрытиям^ из порошковых проволок на основе феррохрома и ферробора.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе "Состояние вопроса и задачи исследований" анализируются существующие методы восстановления деталей сельскохозяйственной техники, исследованию которых посвящены работы Е.Л.Воловина, В.Н.Казарцева, В.М.Кряжкова,ЕН.Пет-рова, А.В.Поляченко, А.И.Селиванова, И.Е.Ульмана и других исследователей, внесших значительный вклад в теорию и практику ремонтного производства. Обосновывается выбор метода электродуговой металлизации, целесообразность применения которого доказана в работах Е.В.Антошина, В.Е.Балащенко, Ю.С.Борисова, В.А.Вахалина, Н.Н.Дорожкина, Н.В.Катца, Л.Ф.Троицкого, В.И.Чер-ноиванова и других ученых.

Электродуговая металлизация один из перспективных методов восстановления изношенных деталей сельскохозяйственной техники, характеризующийся мальм термическим воздействием на напыляемую деталь, высокой производительностью и наименьшими, в сравнении с другими методами, затратами на единицу покрытия.

Из анализа современного состояния в области получения элек-трометаллизационных покрытий следует:

1) в настоящее время метод электродуговой металлизации не нашел широкого применения для восстановления деталей сель- » скохоэяйственной техники по причинам низкой прочности сцепления и износостойкости покрытий, обусловленных окислением напыляемого материала и выгоранием легирующих элементов;

2) одним из наиболее перспективных направлений совериенстт вования технологии является использование поропковых проволок на основе ферросплавов, обеспечивающих широкие возможности ва- , рьирования составом напыляемого материала и управлением структурой, физико-механическими и эксплуатационными свойствами элек-трометаллиза.ционных покрытий.

Оценка состояния вопроса позволила сформулировать следующие основные задачи исследований.

1. Изучить влияние состава шихты порошковой проволоки на основе ферросплавов и технологических параметров процесса металлизации на структуру, состав, физико-механические и эксплуатационные свойства электрометаллизацнонных покрытий.

2. Разработать технологические рекомендации по изготовлению порошковых проволок предложенных составов и их напылению методом электродуговой металлизации.

3. Провести производственную проверку, внедрить разработанные рекомендации в сельскохозяйственное ремонтное производство и дать их технико-экономическую оценку.

Во второй главе "Общая методика исследований" описаны методики и оборудование, применяемое для нанесения покрытий и исследования их свойств.

Для проведения исследований разработана и изготовлена автоматизированная установка электродуговой металлизации с использованием источника постоянного тока ТИМЕЗ-500. Для осуществления неразрушающего контроля качества покрытий установка была укомплектована системой на основе прибора акустической эмиссии АФ-15.

Внешний вид частиц - продуктов распыления порошковых проволок изучали на растровом микроскопе ^м-Т-20 фирмы ДЖ)Л (Япония).

Изучение микроструктуры покрытий проводили на поперечных' шлифах на металлографическом микроскопе "Неофот-30" (ГДР).Травление шлифов осуществлялось известными реактивами: кислым раст-

вором хлорного железа, горячим раствором пикрата натрия, реактивом Мурраками.

.' Фазовый состав покрытий изучали с помощью рентгеновского дифрактометра ДР0Н-2.0 в излучении железа и кобальта. Условия съемки: скорость вращения гониометра 2 град/мин, напряжение на трубке 24 кВ, сила тока 2 мА, щели 1:1:0,5.

Микрорентгеноспектральный анализ распределения элементов в покрытиях осуществляли на микроанализаторе КАМЕНА МС-46 (Франция) .

Содержание кислорода в покрытиях и частицах - продуктах распыления порошковых проволок, определяли на приборах H0-3I6 и ТО-436 фирмы ЛЕЮ (США) методом восстановительного плавления навески пробы в графитовом тигле в потоке газа-носителя путем регистрации поглощений инфракрасного излучения анализируемым газом.

Микротвердость покрытий определяли в соответствии с ГОСТ 9450-76 на ыикротвердомерах ГМГ-3 и фирмы ЛЕШ (США) при нагрузке на алмазную пирамиду 0,49 Н.

Плотность покрытий оценивали методом гидростатического взвешивания согласно ГОСТ 18898-73, а пористость - металлографическим методом на приборе ОМНИМЕГ (Англия).

Для изучения коэффициентов термического расширения в интервале температур 20-7.00. °С использовали кварцевый дилатометр ДКВ-4 конструкции ГЙО, При этом из покрытия вырезали стержневые образцы 50x4x2 мм.

Характеристики упругости шталлизационных покрытий определяли в соответствии с разработанным способом (A.c. СССР № 1060982), позволяющим в сравнении с известными повысить точность измерений.

Определение остаточных напряжений проводили по методике, разработанной в КСХИ им. М.В.Фрунзе, для чего использовали кольцевые образцы с нанесенными на наружную поверхность покрытиями. толщиной I ш. В процессе испытаний проводили последовательное удаление слоев с последующим построением деформационных кривых и определением напряжений по известным зависимостям.

Прочность сцепления покрытия с основой определяли на разрывной машине РМ-0,5 методом нормального отрыва конического

штифта и с использованием устройства по а.с. № I2986I6. После нанесения покрытий регистрировали сигналы акустической эмиссии, возникающие при остывании покрытия и в процессе отрыва штифтов. Затем определяли зависимость параметров сигналов акустической эмиссии от величины прочности сцепления. Полученные зависимости использовали в дальнейшем для оценки прочности сцепле-' ния покрытий без их разрушения.

Усталостную прочность исследовали на машине типа '¿УИ-сООО в соответствии с ГОСТ 25502-79 и ГОСТ 19533-74. Проводили испытания образцов с электрокеталлизационньгми покрытиями из порошковых проволок толщиной 0,3 мм и эталона из стали 45.

Износостойкость покрытий изучали в условиях трения с закрепленные абразивные частицы на машине Х4-Б и в условиях трения скольжения без смазки и со смазкой на универсальной машине K/iT-I. В процессе испытаний изменяли удельную нагрузку в диапазоне от 5,6 до 22,4 МПа при постоянной скорости скольжения. Для изменения температуры использовали хрсмель-алюмелевую термопару, а синхронную запись измеряемых величин.в процессе испытаний осуществляли самописцем КСП-4. Образцы взвешивали на аналитических весах типа ВЛР-200 второго класса, с точностью до 10"1 г.

В работе применяли методы теории планирования эксперимента ■ и математической статистики с использованием ЭВМ.

Эффективность разработанных технологических рекомендаций по восстановлению деталей сельскохозяйственной техники определяли в соответствии с "Методическими указаниями определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и. рационализаторских предложений".

В третьей главе "Влияние состава шихты порошковой проволок!",' на структуру и состав электрометаллизациснных покрытий" приводятся результаты исследований свойств продуктов распыления порошковых проЕолок, структуры, фазового состава и газссодержания получаемых покрытий.

В качестве материалов, составляющих основу шихты порошковых проволок применяли ферросплавы - углеродистый феррохром 5Х-850 (Сг - 73,2% С - 3,3^; s - 0,015$; Р - 0,01455; остальное - Fe) и ферробор 5В-22 (В - 22$; А1 - 0,015%;Ш - 0,015%;' С - 0,02%, остальное - i'e).

Использование указанных ферросплавов позволило формиро-

вать в напыленных покрытиях гетерогенную структуру, состоящую из пластичной металлической матрицы и включений упрочняющих карбидных и боридных фаз, обладающих высокой износостойкостью.'

Вместе с тем, использование сплавов на основе железа неизбежно связано о образованием при напылении оксидов, ухудшающих качество получаемых покрытий. Поэтому для снижения концентрации оксидов в шихту порошковых проволок дополнительно вводили компоненты, имеющие высокое сродство к кислороду, обладающие способностью восстанавливать оксиды.,

В качестве таких добавок .выбраны алюминий для порошковой проволоки на основе феррохрома и комплексная лигатура (АЩе) на основе редкоземельных металлов (РЗМ) для порошковой проволоки на основе ферробора. Кроме того введение алюминия и РЗМ в шихту порошковых проволок должно было обеспечить дополнительный разогрев напыляемых частиц в результате экзотермических реакций и повышения за счет этого прочности сцепления покрытий с основой.- Количество добавок ограничено - 6-7% для алюминия и для редкоземельных металлов. Из анализа использования этих добавок при напылении и наплавке следует, что превышение указанного количества добавок приводит к образованию в покрытиях хрупких интерметаллидов, резко ухудшающих эксплуатационные характеристики. Составы-исследованных порошковых проволок приведены в таблице I.

Таблица I

Химический состав порошковых проволок

Тип проволоки Содержание элементов, масс, доля, _

! Ре I аг ! О ! А1 ! В ¡Лигатура _! ! ! ! ! АКЦе **

Ре - Ог - О основа 24-27 2,6-3,5

Ре - Сг - С - А1 основа 19-22,5 2,0-2,8 6,3-6,9 -

Ре - в основа - н.б.0,06 - 4,4-4,8

Ре - В - РЗМ основа - н.6.0,06 - 4,4-4,8 6,5-6,9

34 Э, Р.Б! не более,0,03$; Мп - не более 0,26%;

** Состав лигатуры: РЗМ (Се.Рг, 1в) - 30?б; А1 - 25%;Са - 155«,

ОСТ-Н1.

Таблица

Содержание кислорода в продуктах распыления порошковых проволок и покрытиях

Тип проволоки | Содержание кислорода, масс.доля,' %

! частицы ! покрытие

Fe - Сг - С 11,7 4,2

Fe - Сг - С - Al 10,5 2,7

Fe - В ' 10,0 3,5

Fe-B-P3M 4,2 1,6

Исследованы внешний вид, газосодержание, гранулометрический и фазовый составы частиц - продуктов распыления порошковых проволок, уловленных из металловоздушной струи. Изучение их внешнего вида показало, что в отличие от исходной шихты,подавляющее большинство частиц имеет сферическую форму. Это сведетельст-•вует об их расплавлении и последующей сферондизацин на пути следования от металлизатора к основе. Дисперсность частиц колеблется в достаточно широких пределах от 20 до 300 мкм.

Установлено, что введение в шихту порошковых проволок алюминия и РЭМ приводит к существенному уменьшению содержания кислорода в продуктах распыления порошковых проволок (табл.2). •

Приведенные результаты согласуются с данными фазового анализа продуктов распыления, показавшего уменьшение интенсивности линий Feo и Fe-jO^ (примерно в 2 раза) при сведении в исходную шихту алюминия, РЗМ и кальция.

Изучение структуры электрометаллизацконных покрытий Fs-Cr-C и Fe-Cr-C-Al в нетравленном состоянии показало, что введение алюминия приводит не только к снижению содержания оксидной фазы, но и формированию более плотной и мелкодисперсной структуры. Основные структурные составляющие покрытий были идентифицированы в результате сопоставления данных металлографического, микродюрометрического, рентгеноструктурного и микрорентге-носпектрального анализа. Было установлено, что матричной фазой покрытия являются твердые растворы переменного состава хрома? или хрома с алюминием в оС - либо f - железе. В покрытии из феррохрома преобладает / - фаза, а в покрытии из феррохрома-

люминия, сА - фаза. При травлении-кислым раствором хлорного железа матричная фаза в зависимости от состава приобретает окраску от светлобурой до темнокоричневой. При этом в зависимости от условий охлаждения при кристаллизации напыляемых частиц, они имеют либо гладкую, либо игольчатую структуру, характерную для закалки. Микротвердость матричной фазы изменяется в пределах 2600-4000 МПа. В структуре покрытий четко выделяется карбидная фаза в виде светлых блестящих частиц продолговатой или осколочной формы. Карбидная фаза имеет переменный состав, ее микротвердость изменяется в диапазоне 10000-13000 МПа. Согласно результатам микрорентгеноспектральных исследований здесь наиболее вероятны карбиды двух типов: на основе карбида хрома СГ7С3, содержащий 10-12% Ре (более твердый) и на основе 01"23с6 (более мягкий), содержащий до 20% Ре. Кроме того мелкодисперсные карбиды располагаются и внутри зерен, имеющих структуру эвтектического типа. Оксиды в виде тонких прослоек располагаются преимущественно на границах, а виде мелких сферических включений внутри металлических частиц. Содержание кислорода в покрытиях, полученных из проволок, содержащих алюминий, уменьшилось в 1,6 раза (табл. 2).

Изучение структуры электрометаллизационных покрытий на основе ферробора в нетравленном состоянии позволило выделить основную металлическую фазу белого цвета, оксидные прослойки серого цвета и включения темносерого цвета различной формы, имеющие более высокую твердость, чем основная металлическая фаза. При' этом покрытия с добавкой РЭМ и кальция отличаются более высокой плотностью и содержат значительно меньше оксидов по сравнению с покрытиями из чистого ферробора. Травление покрытий в растворе пикрата натрия, с последующим измерением микротвердости и исследованием методом микрорентгеноспектрального анализа позволило выявить следующие структурные составляющие. В покрытиях обоего типа нетравящаяся в данном растворе металлическая фаза - это твердый раствор бора в ¿А - железе с содержанием бора 0,15% и менее и микротвердостью от 2000 до 3000 МПа. Боросодержащая фаза имеет переменный состав и окрашена в зависимости от' содержания бора в серый, коричневый и бледно-коричневый цвет с голубыми вкраплениями. В покрытии встречаются участки доэвтектического, эвтектического и заэвтектического

составов. Зерна с микротвердостью до 5000 МПа содержат до 5%, В, что соответствуют смеси Ы-- твердого раствора и эвтектики о(.-Рв + Ре2в, а с микротвердостью свыше 10000 МПа до 10$, причем в них встречаются хрупкие, твердые включения Рев с микротвердостью свыше 14000 МПа. Результаты рентгеновского анализа указывают также на частичную аморфизацию покрытия (наблюдается диффузное галло в диапазоне углов ■©• = 22-33°), причем степень аморфизации при добавлении РЗМ и кальция достигает 20%.Помимо указанных структурных составляющих в покрытиях содержатся оксиды: в случае ферробора - это оксиды железа, а в случае ферро-бора с РЗМ и Са помимо оксидов железа (которых значительно меньше, чем в первом случае) встречается в незначительном количестве оксиды алюминия и церия. По данным анализа, содержание кислорода (табл.2) в покрытиях с РЗМ и Са уменьшилось более, чем в 2 раза.

В четвертой главе "Влияние состава пихты порошковой проволоки и условий напыления на физико-механические свойства электрометаллизационных покрытий" приводятся результаты исследований плотности, пористости, характеристик упругости и коэффициентов термического расширения покрытий, распределения остаточных напряжений по их толщине, влияния покрытий на усталостную прочность стали.

Результаты исследований (табл. 3) показывают, что добавки алюминия в шихту порошковой проволоки на основе феррохрома, РЗМ и кальция в шихту на основе ферробора обуславливают снижение пористости покрытий соответственно в 1,8 и 2,0 раза.

В соответствии с задачами исследований изучали влияние условий электродуговой металлизации на плотность покрытий с последующей оптимизацией технологических режимов. В качестве входных параметров были отобраны: - напряжение дуги, 28-40 -давление Еоздуха, 0,5-0,7 МПа; Хд - скорость подачи проволоки, 1,5-2,5 м/мин; Х^ - дистанция напыления, 70-120 км; Х^ - толщина покрытия, 0,2-0,6 мм; Х^ - содержанке бора, 3,2-5,0$. Были реализованы планы пяти- и иестифакторных экспериментов и

26-3.

В результате обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии, адекватно описывающие зависимость плотнос-

Таблица 3

Эизико-механические свойства электрометаллизационных покрытий из порошковых проволок

Тип проволоки ' Плот-1 1 • ность ! о ! 1 Р'Ю , ! кг/м3 ! Пористость п, % 'Модуль1КТР !упру- Ь т06 , гости ,с('ш ' ,Е. | °С ! Ю_4МПа • Прочность 'сцепления с ,основой , б" сц,МПа 1

Ре-Сг-С 5,81+0,28 7+1,8 7,2 10,8 18,0+1,6

ре_Сг_С_А1 6,26+0,24 4+0,7 7,8 10,9 20,4+1,4

Ре-В 6,80+0,18 6+1,2 8,4)' 11,3 23,5+1,5

Рв-В-РЗМ 7,21+0,21 3+0,6 8,4 11,3 26,5+1,4

ти покрытий Ре-Ог-С-А1СГ Л) И Ре -В-РЗМ (1С 2 ) от технологичес

ких параметров процесса:

У1-Ю~3= 5,93 + 0,38х2 + 0,20х3 - 0,20х4 (кг/м3) (I)

УЮ-3 = 6,77+0,30хт + 0,30х2+0,12х3 - 0,13х4 + 0,17хб (кг/м3)

(2)

Установлено, что в выбранных диапазонах изменения входных параметров, увеличение плотности покрытий возможно при увеличении давления воздуха, скорости подачи проволоки, уменьшении дистанции напыления, а для проволоки с шихтой на основе ферро-бора - при увеличении напряжения и содержания бора.

Проведенные исследования показали, что нагрев и охлаждение электрометаллизационных покрытий сопровождается усадкой,не превышающей 0,15%. Значения коэффициентов термического расширения (КТР) (табл.3) близки к таковым для стали и чугуна, что позволяет наносить покрытия непосредственно на основу без промежуточного слоя и предполагает высокую прочность сцепления. В то же время, добавки алйминия и РЗМ не оказывают существенного влияния на величину КТР.

Исследования остаточных напряжений в электрометаллизационных покрытиях показало, что во всех изученных материалах в наружных слоях действуют растягивающие остаточные напряжения,которые при толщине покрытия около 0,5 мм переходят в напряжения сжатия.

В покрытиях, полученных из порошковых проволок Fe-Cr-С, максимальные значения сжимающих напряжений составляют 115 МПа, а растягивающих 180 МПа. Добавление алюминия в состав пихты приводит к снижению как сжимающих на границе основа-покрктке (100 МПа), так и растягивающих на поверхности (150 МПа). При электродугом напылении порошковых проволок Fe-з указанные напряжения составляют соответственно 80 и 190 МПа, а с добавками РЗМ и кальция 115 и 170 МПа.

Результаты усталостных испытаний показывают, что элект-рометаллизационные покрытия снижают условный предел выносливости стали 45 на 6-16$. Наименьшее снижение установлено для стали 45 с покрытием Ре-В-РЗМ. Это сгдзано, по-видимому, с лучки-ми прочностными характеристиками указанных покрытий и высокой пластичностью, обусловленной формированием аморфно-кристаллической структуры.

В пятой главе "Влияние состава шихты порошковой проволоки и условий напыления на прочность сцепления и износостойкость покрытий" приведены результаты исследований » важнейших характеристик покрытий, определяющих возможность их использования для восстановления деталей сельскохозяйственной техники.

Добавки алюминия в шихту порошковой проволоки на основе феррохрома, РЗМ и кальция в шихту на основе ферробора ' приводят к повышению прочности сцепления элеятрошталлкзационных покрытий, соответственно на 14 и 12%. Основным фактором,определяющим повышение прочности сцепления является снижение содержания оксидов в электроыеталлизационных покрытиях.

В работе получены уравнения регрессии, адекватно описывающие зависимость прочности сцепления покрытий Fe-Cr-C-Al (Y^) и Fe-B-РЗМ (У4) от технологических параметров процесса (см. главу 3):

Y3=I7,25-I,73xI+3,35x2+3,I0x3-2,35x4+4,2Ix5 (МПа) (3)

Y4=24153-I,62xI+I,80x2+2,25x3-2,47x4+2,39x5+I,8Ixs (МПа) (4)

Установлено, что в выбранных диапазонах изменения входных параметров, увеличение прочности сцепления от 9 до 33 МПа (?в-Cr-C-AI) и от 16 до 32 МПа (Ре-В-РЗМ) возможно при уменьшении

л Мг

А, 77

60

20

я

Р и с Л. Износ электроичтал-лизационных покрытий в иаре со сталью 45 без смазки (I-5) и со смазкой (6):Св-08Г2С (1),Ре-0г-а (2) гв-Сг-ОА1 (3), Р е-В (4), Уе-В-РЗМ (5-6)

напряжения (Х^) и дистанции напыления (Х^), увеличении давления воздуха (Х^), скорости подачи проволоки (Хд), толщины покрытия (Х^) и содержания бора-в проволоке ^Ь

В работе получены зависимости параметров сигналов акустической эмиссии, возникающих при остывании покрытий, от прочности их сцепления с основой. Использование зависимостей позволяет методом акустической эмиссии производить выбраковку восстановленных деталей в том случае, если не будет достигнута минимально допустимая прочность сцепления покрытий с основой.

Изучение эксплуатационных свойств электрометаллизационных покрытий в условиях трения о закрепленные абразивные частицы, показало, что износостойкость рассматриваемых покрытий выше,чем эталона - стали 45. Наибольшую стойкость к абразивному износу имеют покрытия из порошковых проволок Ре-В-РЗМ, которая выше стойкости покрытий ?е-Сг-С-А1 и эталона соответственно в 1,6 и 1,4 раза.

Результаты испытаний электрометаллизационных покрытий в паре со сталью 45 в условиях трения скольжения представлены на рисунке I.

Их анализ показывает, что износостойкость покрытий Ре-Сг-С и Ре-В выше в сравнении с покрытиями, полученными из широко используемой при металлизации проволокой Св-08Г2С соответственно в 1,6 и 2,6 раза. Легирующие добавки алюминия в шихту на основе феррохрома, а также РЗМ и кальция в шихту на основе фер-робора способствуют повышению износостойкости покрытий соответственно в 1,2 и 1,4 раза. Минимальные значения коэффициентов тре-

ния покрытий Рв-В-РЗМ в условиях трения скольжения без смазки и со смазкой составляют соответственно 0,14 и 0,08.

Проведены так же исследования износостойкости в паре с ас-бофрикционнш материалом. Установлено, что износ электрометал-лизационного покрытия 1\>-и-РЗМ в 1,8 раза меньше износа стали 45. В то же время, износ асбофрикционного материала в паре с покрытием в 1,2 раза меньше, чем со сталью 45.

В шестой главе "Технологические рекомендации по применению порошковых проволок для электродуговой металлизации" представлены математическая модель оптимизации конструкций токосъешшх направляющих металлизатора и полученные с помощью ЭВМ практические результаты ее \юализации, а также рекомендации по изготовлению и напылению порошковых проволок предложенных составов.

Для получения электрометаллизационных покрытий высокого качества необходимо обеспечить стабильную токопередачу от направляющих к проволокам. Это достигается при равномерном прижиме Проволок к направляющим, а получение оптимальной формы последних возможно лишь при учете большого числа факторов: физико-механических свойств материала проволоки и ее размеров (модуля Юнга, предела текучести, диаметра), а также геометрических параметров механизма подачи и распылительной головки (угла схождения проволок, расстояния между подающими роликами.вылета направляющих) .

Р и с. 2. Расчетная схема к математической модели оптимизации токосъемных направляющих металлиэатора

I

А-А

Таблица 4

Значения коэффициентов в уравнении кривой

! Коэффициенты Материал проволоки I_

I А I В I С

Св-06 3,18 1,33 3,66

65Г 4,67 2,34 3,10

Порошковая проволока 13,74 3,90 7,26

Действие направляющей на проволоку заменено эквивалентной нагрузкой д(х). Это позволило рассмотреть проволоку как изогнутую консольную балку и решив упруго-пластическую задачу при условии постоянства q(x) (соответствует равномерному прижиму проволоки), получить численными методами уравнение кривой, описывающее оптимальную форму направляющей.

Применительно к механизму подаЧи электрометаллизатора ЭМ-15 уравнения имеют вид:

У = Ах4 - Вх3 + Сх2 - 0,045, (5)

где А,В,С - коэффициенты, выбираемые в зависимости от материала проволоки (табл.4).

Полученные результаты позволили усовершенствовать распылительную головку электродугового металлизатора и улучшить стабильность процесса.

Разработанные рекомендации включают в себя следующие основные ■ элементы.

1. Изготовление проволоки (применяемые материалы - углеродистый феррохром ФХ-850, порошок алюминиевый ИАД,ферробор ФВ-22, лигатура АКЦе; дисперсность шихты 40-200 мкм, коэффициент заполнения проволоки - 0,35, толщина ленты - 0,3 мм, ширина ленты 8,5 мм).

2. Электродуговое напыление (напряжение дуги 28-30 В, сила тока 130-140 А, давление воздуха 0,68-0,72 Ша, скорость подачи проволоки 2,5-2,8 м/мин, дистанция напыления 70-90 мм).

3. Неразрушающий акустоэмиссионный контроль качества элект-рометаллизационных покрытий (время затухания сигналов акустической эмиссии при остывании покрытий - не более 50 с).

В седьмой главе "Производственная проверка и технико-экономическая оценка технологического процесса восстановления деталей сельскохозяйственной техники электрометал-лизационньши покрытиями из Горшковых проволок" приводятся результаты внедрения, эксплуатационных испытаний и эффективности разработанной технологии.

В качестве объектов внедрения были выбраны шкивы остановочных тормозов трактора ДТ-75, пироко используемого в агропромышленном комплексе нашей страны. Анализ ремонтного фонда показал, что около 66% шкивов остановочных тормозов трактора ДТ-75, поступающих в ремонт, подлежат восстановлению, так как износ их рабочих поверхностей превышает предельно допустимый для этих деталей.

Для производственной проверки были отобраны по четыре тормозных шкива остановочных тормозов: а) восстановленные по -разработанной технологии с применением порошковой проволоки (Ра --В-РЗМ), б) новые из стали 45. Шкивы устанавливались на задний мост трактора ДТ-75 таким образом, чтобы один был новый,, а другой - восстановленный. База испытаний составила 1,4 тыс.' часа.

Полученные данные показали, что износ рабочих поверхностей тормозных шкивов тракторов ДТ-75, восстановленных по разработанной технологии в 1,8 раза меньше, чем у новых и в 1,4 раза меньше, чем у восстановленных по технологии НПО "Молдсельхоз-ргмонт" (электродуговая металлизация проволокой СВ-08Г2С с подачей в зону горения электрической дуги смеси порошков ПТ-НА-01 и чугунной стружки).

Технология восстановления торм'озшх шкивов трактора ДТ-75 принята к внедрению в Дубоссарском предприятии по ремонту и обслуживанию техники Госагропрома МССР с ожидаемым годовым экономическим эффектом 4,03 тыс.руб при программе восстановления 2200 шкивов. Годовой экономический эффект при внедрении в АК--2808 г.Кишинева технологии восстановления тормозных барабанов автобусов "Икарус" составил 25,56 тыс. рублей.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

I. Обоснована и экспериментально доказана эффективность применения порошковых проволок с шихтой на основе феррохрома и фер-

робора для восстановления изношенных деталей сельскохозяйственной техники методом электродуговой металлизации.

2. Показано, что покрытия, получаемые из порошковых проволок имеют гетерогенную структуру. В покрытиях Fe-cr-0 и Fe-Cr-С-А1 матричной фазой являются твердые растворы переменного состава хрома или хрома с алюминием в с*.-, либо / - железе (Нц=3000+Ю00 МПа), а упрочняющей фазой - карбиды на основе Cr7Cj и Сг23с6 (Hjh = 12500 + 1500 МПа). В покрытиях Fe-B и Fe -Ь-РЗМ матричная фаза -твердые растворы на основе ос-железа (Н л = 2500+500 Ша), а упрочняющая фаза бориды железа FeB и Fq2B (Н* = 13000+2000 МПа).

Установлена возможность получения покрытий с аморфно-кристаллической структурой при электродуговой металлизации борсо-держащими порошковыми проволоками на основе железа. Доля аморфной фазы при наличии в шихте РЗМ и кальция достигает 20%.

3. Установлено, что основным фактором, определяющим существенное улучшение структуры и свойств покрытий, является подавление процесса окисления напыляемого материала. Добавки алюминия в шихту порошковой проволоки на основе феррохрома, редкоземельных металлов и кальция в шихту На основе ферробора обеспечивают снижение содержания кислорода в покрытиях соответственно в 1,6 и 2,2 раза, уменьшено пористости в 1,7 и 2,0 раза, снижение растягивающих остаточных напряжений в наружных слоях покрытий со 180 до 150 и со 190 до 170 МПа, повышение прочности сцепления на 14 и 12%.

4. Показано, что износостойкость электрометаллиэационных покрытий из порошковых проволок в условиях трения о закрепленные абразивные частицы выше, чем стали 45 (НАС 46-52). Наибольшую стойкость к абразивному износу имеют покрытия Fa-B-РЗМ, превышающую стойкость эталона в 1,6 раза. В условиях трения скольжения без смазки износ покрытий из порошковых проволок Ге-В-РЗМ

в 3,6 раза меньше, чем электрометаллиэационных покрытий из проволоки Св-08Г2С.

5. Разработана математическая модель упруго-пластического изгиба порошковой проволоки в токосъемных направляющих метал-лизатора, позволившая оптимизировать их форму в зависимости от механических свойств и размеров проволоки, геометрических паро-

метров механизма подачи и распылительной головки.Полученные результаты позволили усовершенствовать распылительную головку электродугового металлизатора.

6. Разработаны технологические рекомендации, включающие изготовление порошковых проволок (Ре-Ог-0-А1) и (Зе-В-РЗМ), их элоктродуговое напыление на оптимальных режимах (напряжение дуга 28-20 В, сила тока 130-140 А, давление воздуха 0,680,72 Ша, скорость подачи проволоки 2,5-2,8 м/мин,дистанция напыления 70-90 мы), неразрушающий контроль прочности сцепления элактрометаллизационных покрытий с основой (время затухания сигналов акустической эмиссии при остывании покрытия - не более 60 секунд).

7. Установлено, что износостойкость тормозных шкивов трактора ДТ-75, восстановленных электрометаллиэационными покрытиями из порошковой проволоки (Ре-В-РЗЮ, в 1,8 раза выше, чем новых и а 1,4 раза выше, чем восстановленных металлизацией проволокой Св-С9Г2Сс подачей в зону горения электрической дуги смеси порошков (ПТ-НА-01 + чугунная стружка).

8. Тэхнологический процесс восстановления тормозных шкивов 1 трактора ДТ-75 принят к внедрению в Дубоссарском предприятии по рзмонту и обслуживанию техники Госагропрома МССР с ожидаемм экономическим эффектом 4,03 тыс. рублей при программа ремонта 2200 пкивоэ. Годовая зкснскнческая эффективность при внедрении результатов работы в АК-2803 г.Кчсикева для восстановления тормозни:; барабаноз автобуса "Икарус" составила 25,56 тыс.рублей.

Основное содержание диссертация опубликовано в работах:

1. Новые методы контроля и оценки остаточных напряжений, характеристик упругости, термостойкости и остаточного ресурса изделий с наплавочными и нашленньши покрытиями // Тезисы докладов научно-технического совещания "Состояние и перспективы производства и применения наплавочных твердых сплавов. - Торез, 1985. - С.35-36 (соавторы: Л.И.Дзхтярь, С.Х.Еэрман.В.Е.Вайнберг, В.К.Андрейчук). •

2. Технология упрочнения и воостановления деталей сельскохозяйственной техники электродуговой металлизацией порошковой

проволокой // Тезисы докладов ХУ1 Зональной конференция сварщиков Урала. - Свердловск, 1966. - С.77-78 (соавторы¡Ю.С.Борисов,

B.К.Андрейчук, Л.И.Дехтярь).

3. Методика получения равнотолщинных газотермических Покрытий // Интенсификация процессов и повышение качества восстановления деталей (Межвузовский сборник научных статей). - Кишинев, 1987. - С.67-70 (соавторы: Ю.С.Борисов, С.Х.Берман).

4. Восстановление деталей сельскохозяйственной техники электродуговой металлизацией порошковыми проволоками // Тезисы докладов Республиканской научно-производственной конференции "Повышение надежности и эффективности использования сельскохозяйственной техники при применении индустриальных технологий. -Кишинев, 1967. - С.92-93 (соавт: В.К.Андрейчук).

5. Напряженное состояние и усталостная Прочность деталей машин с электрометаллизационными покрытиями // Тезисы докладов научно-технического совещания "Композиционные Материалы в машиностроении. - Тернополь, 1989.- С.66-68 (соавторы: А.Я.Борисова, А.И.Муравьев, В.Н.Коржик).

6. A.c. СССР № 1060982. МКИ а 01 N3/22. Способ определения модуля нормальной упругости и модуля сдвига материала (соавторы: Л.И.Дехтярь, Л.Г.Штейнберг). Опубликовано 15.12.1983. -Бюл. № 46.

7. A.c. СССР № I2986I6. МКИ О 01 N19/04. Устройство для определения прочности сцепления покрытий с подложкой (соавторы: В.К.Андрейчук, Ю.С.Борисов, Л.И.Дехтярь, С.Х.Берман,Д.Ю.Терехов, В.В.Грединар). (публиковано 23.03.87. - Бюл. № II.

8. A.c. СССР Ji 1425536. МКИ о 01 N29/04. Способ неразру-шающего контроля покрытий (соавторы: Д.Ю.Терехов, В.Е.Вайнберг,

C.Х.Берман, В.К.Андрейчук, В.В.Градинар). Опубликовано 29.09. 88. - Бюл. № 35.

9. Положительное решение от 31.08.1989 по заявке № 4487181/ 28 от 26.09.1988. Способ акустоэмиссионного контроля качества покрытий (соавторы: В.Е.Вайнберг, С.Х.Берман, Ю.С.Борисов).