автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.04, диссертация на тему:Восстановление и изготовление деталей судовых дизелей газотермическим напылением с ультразвуковой обработкой

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ РЕМОНТА

СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ.

1Л. Анализ отказов деталей высокооборотных судовых дизелей.

1.2. Принципы восстановления и технологические процессы ремонта дизелей.

1.3. Плазменные газотермические процессы - современное направление упрочнения деталей.

1.4. Постановка задач исследования.

2. ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ НАПЫЛЕНИЯ И МЕТОДИКИ

ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ПОКРЫТИЙ.

2.1. Выбор материалов покрытий.

2.2. Методики исследований.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ НАПЫЛЕННЫХ ПОКРЫТИЙ ДЕТАЛЕЙ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ.

3.1. Исследование свойств покрытий коленчатого вала высокооборотного дизеля.

3.2. Исследование свойств покрытий наружной поверхности втулок цилиндров.

3.3. Исследование свойств покрытий внутренней поверхности втулок цилиндров.

3.4. Экспериментально-теоретическое обоснование изнашивания поверхностей сопряженных пар с плазменным напылением одной из поверхностей в узлах трения при обосновании выбора материалов для напыления.

4.СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПЛАЗМОТРОНОВ

ВАЖНЫЙ ФАКТОР ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ

ПОКРЫТИЙ.

4.1. Влияние типов плазмотронов и динамики плазменной струи на свойства покрытий.

4.2. Плазмотрон с высокоскоростным истечением плазменной струи и повышенным ресурсом работы.

4.3. Устройство для повышения когезионной прочности покрытий.

4.4. Плазмотрон газоплазменного напыления.

4.5. Плазмотрон с дополнительной активизацией напыляемой поверхности.

5. ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОКРЫТИЙ ДЕТАЛЕЙ СУДОВЫХ

ДИЗЕЛЕЙ КОГ1СТРУК] ИВ! IO-TI ОТОЛОГИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ.

5.1. Применение ультразвука для обработки плазменных покрытий.

5.2. Влияние ультразвуковой обработки на прочностные и триботехнические свойства покрытий.

5.3. Влияние ультразвуковой обработки на структуру и усталостную прочность покрытий.

5.4. Исследование свойств плазменных покрытий деталей судовых дизелей с ультразвуковой обработкой.

5.5. Изготовление втулок цилиндров с упрочнением внутренней поверхности путем заливки расплавленным металлом.

Проблема повышения работы деталей судовых механизмов и судовых энергетических установок достаточно актуальна. Одной из причин снижения ресурса является повышенный износ поверхности деталей, вызванный несоответствием условий энергетического воздействия на поверхность деталей и энергии свойств поверхности, другой - низкая усталостная прочность, определяемая конструкцией и материалом эксплуатируемой детали.

Одним из способов, создающих слои, упрочняющие поверхность деталей, является плазменное напыление. Однако многочисленные примеры его использования показывают, что не всегда прочностные свойства покрытия соответствуют необходимым нормам при эксплуатации. Причиной этого является как недостаточность изученности процесса, воспроизводящего износостойкие слои, так и неправильный выбор материалов для нанесения покрытий. Нанесение плазменных покрытий по существующей технологии не способствует повышению усталостной прочности деталей, как это происходит при азотировании стальных деталей и обработке поверхности различными энергетическими способами.

В работе приведены закономерности влияния характеристик плазменного процесса с использованием разработанных автором плазмотронов и свойств плазменных покрытий на изнашивание поверхностей деталей работающих в конкретных условиях.

Исследовано влияние ультразвуковой обработки поверхности до напыления на повышение адгезионой прочности, а также триботехнические характеристики и усталостную прочность деталей после нанесения покрытий ресурс работы коленчатых валов и цилиндровых втулок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ результатов исследований, выполненных в диссертационной работе, позволяет сделать следующие выводы:

1. Установлена причина износов шеек коленчатых валов и втулок цилиндров ВОД 6ЧН18/22 и 6ЧН17/20.

2. На основании данных литературных и производственных источников выбраны материалы порошков для исследования покрытий.

3. Проведены исследования свойств плазменных покрытий, напыленных порошками Cr203, FeCrMo, ВСНГН88, ПГАН9, ПГСР4, ПН85Ю15 + Zr02 и ПХ20Н80.

Установлено, что оптимальным вариантом для коленчатых валов является ПГАН9, ВСНГН88 и Сг203.

Для наружной поверхности втулки ПХ2Н80 и для внутренней поверхности ВСНГН88, ПН85Ю15+Ю%2г03 и ПГСР4.

4. Определено влияния свойств покрытий на изнашивание поверхности напыленного слоя, усталостную прочность и изнашивание поверхности сопряженного пары. Установлены эмпирические зависимости износостойкости от когезионной и адгезионной прочности, триботехнических и др. характеристик покрытий.

5. Установлено, что скорость истечения плазменной струи является определяющим фактором, влияющим на износостойкость покрытий.

6. На основании данных исследований разработаны плазмотроны, конструкция одного из них позволяет повысить ресурс работы, конструкции трех других повышают технологические характеристики свойств покрытий. На конструкции плазмотронов получены авторские свидетельства.

7. Установлено повышение износостойкости, когезионной, адгезионной и усталостной прочности, изменение триботехнических

1. Абачараев Н.И. Повышение кавитационной стойкости сплошных сред. Киев: Наукова Думка, 1990.

2. Агранат Б.А. Ультразвук в порошковой металлургии М.: Металлургия, 1996.

3. Анисимов М. И. Воздушно-плазменное напыление термических порошков//В сб. ГТНП-91. 1991.

4. Арабьян JI.K. Восстановление гребных винтов методом плазменного напыления. ЦБНТИ МРФ РСФСР. 1989. вып 12.

5. Ахматов А.С. Молекулярная физика граничного трения М.: Физматгиз, 1963.

6. Анциферов В.Н. Газотермические покрытия. Екатеринбург: УИФ Наука, 1994.

7. Бычков Т.П. Восстановление коленчатых валов судовых дизелей. Тезисы доклада на международной конференции «Надежность и качество в энергетике и транспорте». Самара. 1999.

8. Бычков Т.П. Восстановление коленчатых валов судовых дизелей. Тезисы доклада на международной конференции «Динамика систем и механизмов». Омск. 1999.

9. Бычков Т.П. Исследование свойств покрытий с применением ультразвуковой обработки. Сб. научных трудов судостроение и судоремонт. СПб. 2000.

10. Бычков Т.П. Влияние параметров оборудования на свойства газотермических покрытий при восстановлении и изготовлении деталей судовых механизмов. // Сб. науч. трудов «Судостроение и судоремонт». СПб. 2000.

11. Бычков Т.П. Современные проблемы и достижения в области технологии XXI века: Тезисы доклада. Международная конференция.

12. Бычков Т.П. Исследование газотермических покрытий. Сб. «Сварка» Современные проблемы и достижения в области технологии XXI века. Международная конференция.

13. Бодуэн Ф.П. Трение и смазка твердых тел М.: Машиностроение, 1968.

14. Борисов Ю.С. Газотермические покрытия из порошковых материалов Киев: Наукова Думка, 1987.

15. Буше Н.А. Совместимость трущихся пар. М.: Наука, 1972.

16. Буше Н.А. К вопросу о процессах, происходящих на поверхности трения металических материалов Минск: Наука, 1971.

17. Бодуэн Ф.П. Трение и смазка в машинах М.: Машиностроение, 1960.

18. Борисов Ю.С. Получение и плазменное напыление композиций Ni-Cr. // Порошковая металлургия. 1980. №3.

19. Баев А.С. Повышение сопротивления усталости установленных деталей судовых дизелей // Судоремонт флота рыбной промышленности -1986.-№62.

20. Бакли Д. Поверхностные явления при адгезии и фрикционном взаимодействии М.: Машиностроение, 1986.

21. Борисов Ю.С. Влияние высокотемпературного отжига на структуру плазменных покрытий // Защитные покрытия на металлах. 1974.

22. Владимиров В.А. Обкатка судовых дизелей М.: Транспорт, 1980.

23. Ванновский В.В. Исследование плазменных процессов // Тезисы доклада на конференции «Судостроение». Клайпеда, 1977.

24. Веерлинг С. Исследование свойств покрытий, напыленных плазмой. -М.: Атомиздат, 1977.

25. Гладкова Г.В. Конструкционные азотируемые стали. // Термическая обработка металлов. 1994,- № 3.

26. Голубев Н И Восстановление втулок цилиндров // Сб трудов НИВТа. Новосибирск, 1986.

27. Гельтман А.Я. Восстановление втулок цилиндров. Информационный сборник. -М.: Транспорт, 1986.

28. Дресвин С.В. Тепловые и газодинамические параметры плазменной струи // В кн. «Вопросы физики низкотемпературной плазмы» Минск, 1970.

29. Дудко П.П. Исследование износостойкости поршневых колец с покрытиями для судовых дизелей. // Двигателестроение, 1991, № 5.

30. Евдокимов Ю.А. Экзоэлектронная.эмиссия при трении М.: Наука, 1973.

31. Егоров М.Д. Исследование структуры и свойств покрытий: Дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук JL: JillH, 1989.

32. Захаров Н.И. Керамические покрытия. Труды ЦНИДИ. 1971.

33. Зубрилов С.П., Хмелевская В.Б. Влияние свойств газотермических покрытий на кавитационную стойкость поверхности узлов судовых дизелей. // Сб. научных трудов "Охрана окружающей среды на водном транспорте" Л., 1988.

34. Зубрилов С.П. Кавитация на поверхности твердых тел Л.: Судостроение, 1977.

35. Зильберберг В.Г. Низкотемпературная плазма М.: Металлургия, 1970.

36. Ивашко В.С Современное состояние и перспективы развития технологии восстановления деталей в БССР Минск, 1987.

37. Иванова В.С Новые пути повышения прочности металлов М.: Наука, 1964.

38. Иванов Ю.С. Образцовое средство измерения остаточных напряжений " Ситон " Тяжелое машиностроение. 1999. - № 8 .

39. Иванов Ю.С. Тяжелое машиностроение. 1999. № 12.

40. Ионов С.Г. Плазменные установки ВИНИТИ Хабаровск, 1983.

41. Иванов Ю.С. Патент 2113691 РФ. Неразрушающий способ определения остаточных напряжений.- 1993.

42. Кондратьев Н.Н. Отказы и дефекты судовых дизелей М.: Транспорт, 1985.

43. Карпов JI.H. Надежность судовых дизелей JL: Судостроение, 1985.

44. Клубникин B.C. Электроплазменные процессы и установки в машиностроении JL: Машиностроение, 1979.

45. Кудинов В.В. Образование связей между покрытием и подложкой // Авиационная промышленность. 1969. № 8 .

46. Кудинов В.В. Нанесение покрытий плазмой М.: Машиностроение, 1990.

47. Кулик А .Я. Испытание усталостной прочности напыленных покрытий // Труды ЦНИДИ. 1978.

48. Крагельский Н.В. Основы расчета на трение и износ М.: Машиностроение, 1977.

49. Кулик А .Я. Применение плазменных антифрикционных покрытий -Л.: ЛНДП, 1980.

50. Колесников B.C. Покрытия, применяемые для повышения износостойкости деталей дизелей внутреннего сгорания М.: Машиностроение, 1967.

51. Кузнецов В.Д. Физика твердого тела Томск: Полиграфиздат, 1947.

52. Кречмер Э. Износостойкие газопламенные покрытия. -М.: Атомиздат, 1973.

53. Кудинов В.В. Прочностные характеристики плазменных покрытий // Порошковая металлургия. 1979. № 8.

54. Кулик А .Я. Композиционные материалы. Д.: Машиностроение, 1990.

55. Никитин М.Д., Кулик А.Я., Захаров Н.И. Теплозащитные и износостойкие покрытия деталей дизеля Л.: Машиностроение, 1977.

56. Отчет завода АО ССРЗ им. Ленина, г. Астрахань.

57. Отчет завода НССРЗ. г. Шлиссельбург.

58. Отчет завода " Теплоход " г Нижний Новгород.

59. Отчет завода АО " Звезда " г. Санкт-Петербург.

60. Погадаев Л.И. Теория и практика прогнозирования износостойкости деталей машин. СПб., 1997.

61. Погадаев Л.И. Структурно энергетическая модель разрушения // Теоретические и прикладные проблемы износостойкости в машиностроении-Л.: ЛДНТП, 1982.

62. Погадаев Л.И., Хмелевская В.Б. Изнашивание плазменных покрытий при трении скольжении // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1991. №4 .

63. Панин В.Е. Проблемы физики и прочности твердых тел // Изв. СОАН СССР. 1987. №11. вып. 3.

64. Павлов В.А. Аморфизация структуры металлов с предельно высокой степенью пластической деформацией // Физика металлов и металловедения. 1985. т. 59. вып. 4.

65. Панин В.Е., Клименов, Хмелевская В.Б. Способ обработки плазменных покрытий: А.С. № 4911555 198.

66. Польцер А.С. Основы трения изнашивания М.: Машиностроение, 1984.

67. Погадаев Л.И., Хмелевская В.Б. Исследование плазменнонапыленных покрытий // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1993. №3.

68. Прудников А.Н. Порошковые интерметаллидные покрытия // Металловедение и термическая обработка металлов. 1980. № 9.

69. Петров В. А. Физические основы прогнозирования долговечности конструкционных материалов. СП Политехника, 1993.

70. Рикардо Г.Р. Быстроходные двигатели внутреннего сгорания -М.: Машгиз, 1980.

71. Ребиндер П.А. Смачивание // Техническая энциклопедия, т. 21.

72. Скоров Д.М. Поверхностная энергия твердых металлических фаз -М.: Атомиздат, 1973.

73. Троицкий А.Ф. Основы металлизации распылением Ташкент: Госиздат УЗ СССР, 1967.

74. Тиссен Н. Магмоплазменные процессы. М.: Иностранная литература, 1972.

75. Тахвананин С. В. Оксидные покрытия на деталях машин ГТНП-91 1991

76. Федоренко И.М. Основы поршневого напыления

77. Федоров М.И. Измерения концентрации газа. Приборы и техника напыления. 1988. № 6.

78. Фридлянд М.Г. Нанесения защитных покрытий плазмотроном с постоянно восстанавливающимся электродом JL: Знание, 1989.

79. Федоров С.В. Закономерности пластической деформации металлов в условиях схватывания при трении // Проблемы трения и изнашивания 1969

80. Френкель Я.И. Ведение в теорию металлов JL, 1973.

81. Хмелевская В.Б., Абрамов Г.А. Всесторонний анализ минимальный износ // Двигатель. 1999. - №3.

82. Ханин М.В. Механическое изнашивание материалов М.: Изд. Стандартов, 1984.

83. Хмелевская В.Б., Алексеев С.В. Применение плазменного напыления при изготовлении деталей в общем машиностроении. ГТНП-61, 1991.

84. Хамзин P.M. Повышение экономичности дизелей. Диссертация на соиск. уч. степ, к.т.н.

85. Хмелевская В.Б. Восстановление втулок цилиндров // Судоремонт флота рыбной промышленности. 1984. - № 62.

86. Хмелевская В.Б. Методика выбора технологии восстановления судовых дизелей газотермическим методом // Судоремонт флота рыбной промышленности. 1986. - № 62.

87. Хмелевская В.Б Основы технологии восстановления деталей методом газотермического напыления.// ЦБНТИ МРФ РСФСР. 1980. -вып. 11.

88. Хмелевская В.Б., Баев Ю.В. Способ получения многослойных покрытий А.С. № 1465226.- 1988.

89. Хмелевская В.Б. Материалы и способы их напыления в судоремонте. -М., 1988.

90. Хасуй К. Техника напыления М.: Иностранная литература, 1975.

91. Хамзин P.M. Нанесение покрытий методом газотермического напыления на цилиндровые втулки // Сб. труДов Ассоциация "Полиплазма " СПб., 1996.

92. Юркова С.Н. Восстановление коленчатых валов. Диссертация на соиск. уч. ст. к.т.н. ЛИВТ., 1983.