автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Восстановление и упрочнение деталей картофелеуборочных комбайнов диффузионным насыщением с применением электромеханической обработки

ШСКОЮШл ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА имени В.П.ГОРЯЧНША

На правах рукописи

ИЛЬИН ВЛАДИМИР КУЗЬМИЧ

ВОССТАНОВЛЕНИЕ И УПРОЧНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНЫХ КОМБАЙНОВ ДИФФУЗИОННЫМ НАСЩЁНИЕМ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Специальность 05.20.03 - эксплуатация, восстановление и

ремонт сельскохозяйственной техники

Автореферат ,. диссертации на соискание ученой- степени-, кандидата технических наук

Москва. 1992.-.

Работа выполнена на ка^одре ремонта и надежности машин Московского ордена Трудового Красного Знамени института инке ров сельскохозяйственного производства имени В.П.Горячкина.

Научные руководители - доктор технических наук, професс

Бугаев Б.П.,

кандидат технических наук, профе '* сор Ерохин М.Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, процесс

Поляченко A.B.,

кандидат технических наук, до цен Степанов М.В.

Ведущее предприятие - Министерство сельского хозяйства

продовольствия республики Татарс1

Защита состоится " 3 " iUkJtS^J 1РЭ2г. в часов

заседании специализированного совета'К 121.12.03 при Московс: ордена Трудового Красного Знамени институте инженеров сельск хозяйственного производства имени В.П.Горячкина. _

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных почат ко, просим направлять по адресу: 127550, Москва, ул.Тимир зевская, дом 58, Ученый совет.

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке МКИСП.

Автореферат разослан " 9 " ОК7~и

iL 1092 г.

Ученый секретарь

специализированного совета /

кандидат экономических наук, . /

профессор /ii&iZtticjy^ü- И.Осинов

лОШЯ'ХЛОД* ДОЯВДО РАБОТЫ

Актуальность темы. Эффективное использование картофелеубо-эчной техники во многом зависит от надежной работы привода.

В настоящее время недостаточная долговечность отдельных эединений привода низкий уровень эксплуатации картофелеубо-очных комбайнов вызывают высокие затраты на их обслуживание и эмонт. Анализ использования запасных частей на сельскохозяйст-энных предприятиях Московской области к редукторам картофеле-Зорочных комбайнов показал, что их фактический расход в 2...7 аз превышает нормативный.

Низкая надежность деталей привода (валов) обусловлена педо-таточной их износостойкостью з абразивных и коррозионных сре-ах. Существующие методы ремонта валов привода картофелеубороч-их комбайнов (в основном наплавкой) малоэффективны и не отвеча-т условиям работы деталей. В связи с этим вопрос повышения их элговечности является актуальным.

В настоящей работе эта задача решена разработкой технологи-зскнх процессов газофазного диффузионного борированпя и вакуум-эго хромирования. Для увеличения диффузионного слоя и повышения го несущей способности технологические процессы включают в себя лектромеханическую обработку О",10).

Ноль работы - разработать новый технологический процесс установления и упрочнения деталей привода картофелеуборочных эмбайнов диффузионным насыщением с использованием электромеха-ической обработки. •

Объект исследования - валы привода картофелеуборочных ком-акнов.

Общая методика исследот'анпй включает: анализ надежности ривода картофелеуборочного комбайна,'изучение характера и меха-изма изнааивания валов с обработкой данных измерений на ЭВ',1; цепку применяемых способов восстановления и упрочнения валов ривода картофелеуборочных комбайнов; анализ путей'повышения неушей способности диффузионного слоя и величины приращения ли-эйных размеров деталей с обоснованием предлагаемого способа; эоретический анализ и обоснование возможности.повышения несущей пособности диффузионного-слоя путем применения предварительной ктивацип поверхности насыщения.(ЭМО) и, последующего электроме-анического упрочнения СЭГЛУ) ;'•' исследование физико-механических,

технологических и эксплуатационных свойств деталей с диффузионными покрытиями; разработку технологического процесса восстановления заноз 1к$$узяоннна насысеккетл с использование!.1: электромеханической обработки и его технико-экономическую оценку.

Научная новизна заключается в теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении, что применение Э:Ю интенсифицп-рует процесс диффузии-насыщаемого элемента, увеличивает толщину диффузионного слоя к его несущую способность; -в выборе режимов активации, поверхностей насыщения и электромеханического упрочнения детален с диффузионном;: покрытиями. Новизна решения подтверждала положительными решениями Гсокомизобретения К' по заявкам 'М> 4931957/02, 4935253/02 и 4914585/02.

Практическая пряность паботн. Разработан технологический процесс восстановления к упрочнения валов привода картофелеуборочных комбайнов, позьо.пнкжкй увеличить их долговечность р 2,5...3 раза по сравнению с новыми и сократить расход запасных частех.

Рсяягзл пи я результатов и с с.т: п до в я; I и я. Разработанный технологически!: процесс принят к внедрению Ногинским РТП Московской области для восстановления и упрочнения валов привода картофелеуборочных комбайнов.

Апосля пир сабо тн. Основные результаты исследований доложена, обсуждены и одобрены на:

- научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов Московского ордена Трудового Красного Знамени института инженеров сельскохозяйственного производства имени З.П.Горячкина в 1990...1992 гг; •

- научно-технической конференции "Эффективные технологические процессы и оборудование для восстановления к упрочнения деталей масин (11-12 апреля 1991 г, г.Пенза);

- научно-технической конференции Всесоюзного ордена "Знак Почета" со'п.скохозяйственного института заочного образования;

- заседании' кафедры ремонта и надежности машин ШИСП имени В.П.Горячкпна (1922г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в пяти статьях, двух отчетах по научно-исследовательской работе, зарегистрированных в ЦЕ.ЧТИ. Получено три положительных решения Госкомизобретения Р5.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,

яти глав, осЗишх .выводов,.-.списка литературы и приложения. Изло-ена на 167 страницах машинописного текста, содержит 45 рисун-

ов", 12 таблиц,, ■библиографию из' 125- наименований и пять приложе- !

ий. • ' I

• СОДЕР^АШЕ .РАБОТЫ - '.''■'_ ■ .. '

I. Состояние вопроса .и, задачи исследования [

Опыт эксплуатации и имеющиеся исследования по надежности !

артофелеуборочных комбайнов показывают,.что детали привода кар-- ; офелеуборочных комбайнов имеют низкую-долговечность из-за изно-

а рабочих поверхностей. ..'••'■.- ' . ;

В работах И.В.Крагельского, Б.И.Костецкого, М.М'.Тененбаума,' :

.В.Полячепко, М.М.Хрущойа; М.А,Бабичева, В.Н.Бугаева, М.А.Гри- ! эрьева и др.. показано, что''минпмизнровать .абразивную форг.гу из-ашивания можно созданием на'поверхностях трения покрытий твер-

эстью выше твердости.абразива. Среди известных методов повыше- !

ля износостойкости деталей, машин ванное, значение имеют способы •

лмико-тсрмичсской обработки , такие как- хромирование и борпрова- [

зо. Последние обеспечивают высокую стойкость покрытий 'в различ- г

дс агрессивных средах, но имеют небольшую толщину, (до 3,3 мл' ;

эи борировапии) и поэтому могут продавливаться абразивом. Несу- , /ю способность.слоя увеличивают толщиной диффузионного слоя в

эоцессе его получения либо путем повышения .твердости металла ■

знсвы (закалкой). I

Увеличить толщину в процессе диффузииНасЫт.аЬмого элемента' |

шно путем введения в порошковую смесь дополнительных .элементов I жтиваторов), которые приводят к повышению ее активности,.и под-

>рсм режимов насыщения. Однако, возможности обоих решений, неве- |

:ки. Кроме того наличие двух и более элементов снижает, стабиль- |

)сть смеси и однородность получаемых покрытий'. Применение -акти- >

1торов связано с выделением вредных газов, ухудшением условий • ¡уда и'загрязнением окружающей среды. Поэтому в настоящее время 1учные исследования направлены на поиск и разработку .экологичес- ■ ;

I чистых технологий насыщения. >

Применение закалки, как способа, позволяющего повысить не-- [

гщую способность слоя для длинномерных деталей, каковыми явля- ;

•ся валы картофелеуборочных комбайнов, сопряжено с появлением ;

-формаций и поводок. !

ллл увеличения скорости и глубины диффузии насыщающего элемента, а, следовательно, и несущей способности слоя, наиболее перспективной, с нашей точки зрения, ыожот стать активация поверхности детали электромеханической обработкой. Одновременно Э;.!У гложет быть применено как способ поверхностной закалки деталей с нанесенными диффузионными покрытиями.

Если возможности ЭГ.Ю, как упрочняющей и сглаживающей операции, отражены в работах Лекипази Б.М. и его учеников, то вопрос применения этой обработки для активации диффузионного процесса и повышения несущей способности слоя до настоящей работы Не рассматривался. •

В связи с этим в работе поставлены следующие задачи:

- провести анализ надежности деталей привода картофелеуборочных комбайнов;

- теоретически обосновать и экспериментально доказать возможность применения ЭМО как метода, позволяющего повысить несущую способность слоя;

- исследовать влияние режимов предварительной ЭМО на изменение толщины диффузионного слоя при хромировании и борировании;

- исследовать влияние 31Д0 на изменение несущей способности диффузионных покрытий;

- исследовать сфизико-механические свойства упрочненных деталей;

- провести эксплуатационные испытания упрочненных деталей;

- внедрить технологический процесс в производство и дать" его технико-экономическую оценку.

2. Теоретическое обоснование возможности применения электромеханической обработки как средства, интенсифицирующего нпонсссы диффузии в сталях

Для обоснования возможности интенсификации процесса диффузионного насыщения было рассмотрено влияние структуры и дефектов кристаллического строения сталей.

Изменение коэффициента диффузии (Д) (рис.1) в поликристаллическом материале от температуры (Т) с достаточно малым зерном

Рис.1. Темпепатуокая завпеи-симость коэффициента диффузии: Е, Е - энергия активации

происходит по линейной зависимости. Однако,, линейная зависимость между и , следующая из уравнения Аррениуса, нарушается

в точке ТКр. Причины такого отклонения рассмотрел Фишер.

В соответствии с решением Фишера в диссертации сопоставлен путь, пройденный диффундирующим элементом по границе зерна и в его объеме.

Распределение диффундирующего вещества в объеме зерна определяется уравнением по! )(о>с т

( .

С начальными и граничными условиями Су_г)=С0,

сх=§72=сз

где С0 - концентрация вещества на поверхности тела;

Сз - концентрация Ееиества по границе между зернами изменяющаяся по зависимости С5= (!М). Величина С5 изменяется по закону

где Р - коэффициент диффузии по границе зерен;. .

Р - коэффициент диффузии в объеме зерна Решение этого уравнения для величины С8- имеет вид

С$-£0еа:р(-^) > , (3)

где 1-г - путь, пройденный диффундирующим веществом по границе . между зернами, определяется из выражения..

Ь^Р^Д/^ V (4)

Это выражение показывает, что глубина проникновения вещества по границе зерна пропорциональна а не как это имеет место в объеме зерна по уравнению Аррениуса.

Таким образом, можно предположить, что предварительное измельчение зерна поверхностного слоя насыщаемой де.тати будет способствовать увеличению толщины диффузионного слоя вследствие значительного вклада граничной диффузии:в общий диффузионный процесс. ; ..'■'■'.:' _

Известно, что вакансии'ускоряют диффузионные процессы, однако , при этом необходимо учитывать-время -релаксации (существования), которое определяется их подвижностью-.и'.средним расстоя-

- о -

нием до стока. Стоками, как правило, являются дислокации, либо." поверхность детдпи.-

По данным Криштаяла, влияние вакансий на скорость диффузии ощутимо только при плотности.дислокаций ниже Ю^см2. При большей плотности время релаксации вакансий будет ничтожно мало. Повышение плотности дислокаций до''13*^.см2 приводит к тому, что коэффициент диффузии по' дислокациям возрастает па порядок по сравнению с' коэффициентом диффузии в объеме зерна.

■ С учетом вышесказанного в'.диссертации рассмотрены процессы хромирования и боркрованкя и влияние 31.10 на их течение.

На первой стадии процесса хромирования, при достижении температуры насыщения., хром под воздействием химического потенциала диффундирует в глубь детали. Если до процесса поверхность детали была подвергнута ЭЖ>, то насыщение должно ускориться по следующим причинам:

- под воздействием Э1Л0 в поверхностном слое за белым нетра-вящимся слоем образуются карбиды, которые более устойчивы к тер-мичоскому воздействию. Следовательно, встречный поток диффузии углерода па стадии нагрева и в начальный момент насыщения не будет препятствовать диффузии хрома, вследствие чего глубина его проникновения должна возрасти;

- ЭГ/.О создает в поверхностном слое плотность дислокаций до Ю13 см2 и более, что как было отмечено выше, приводит к увеличению коэффициента диффузии по.дислокациям;

- диффузия по границам зерен на два порядка выше, чем в объеме зер.ча, следовательно, измельчение зерна при ЭМО приводит к увеличению протяженности границ и к интенсификации диффузионных процессов.

Рентгенографические исследования структуры поверхностного слоя стали 45, подвергнутой Э.'ЛО^ показали, что она состоит из мелких блоков размером 1,57*1Э~° мм, что в 4,5 раза мельче, чем после обычной термической обработки (Б.М.Аскинави).

На основании вышеизложенного следует, что ЭМО может быть использована как операция, активизирующая процессы насыщения при хромировании и борировании.

При рассмотрении путей штонсификации диффузионного бориро-вания из порошка карбида бора нами учитывалось, что в процессе насыщения возможно получение двух видов боридов (Ге2В и РеВ), причем борид низшего порядка Ре?В обладает лучшими физико-механи-

ческими свойствами. Для выявления факторов, определяющих формирование того или иного борида, рассмотрена кинетика роста бсрндпого слоя (рис.2). Гз анализа следует, что для образования борида низшего порядка необходимо, чтобы у„«\/ь •

Как отмечалось выще, 31.10 позволяет увеличить скорость диффузии насыщающего элемента, однако, она но монет влиять на его образование и на скорость поступления к изделию Уп .

Процесс борировапия из порошка карбида бора (З^С) происходит при высокой температуре в присутствии кислорода по следующим реакциям:

Т + 09

В4С + 202 -В203 + СО + 2Ват (5)

5В203 + 2Ре Т + Те\- Ге203 + 602 + ЮВат (6)

При борировании изделий в чистом порощке карбида боря и в поверхностном слое, как правило, образуются бериды высшего порядка (РеВ). Для образования борида низшего порядка (Го2В), как уже отмечалось, необходимо, чтобы скорости осаждения бора и диффузии были соизмеримы. Это достигается введением в порошок карбида бора инертной добавки - оксида алюминия (ЛЬ,Од) в определенной пропорции, что увеличивает газопроницаемость смеси во всем объеме реакционного пространства. Отсутствие в двухкомпонен-тной смеси (В^С - Л1203) активаторов (галогенидов щелочных металлов) долает процесс насыщения экологически чистым. Подбор состава смес; для борирования проводен экспериментально.

3. Программа и методика экспериментальных исследований

Дня измерения величины местного износа на валах использовали микрометры МК 25, МК 53 с точностью измерения О,СИЗ...0,004 мм.

Диффузионное хромирование в вакууме контактным способом проводили в печи типа СИВЭ-1.3.1/16-113, при остаточном давлении 1,33'ЮГ* Па. Детали укладывались в контейнер, изготовленный из стали ЗЭХГСА, и засыпали хромом марки Х97 ГОСТ 5935-79, измельченным до размера 0,4...О,6 мм. Температура процесса варьирова-

Рис.2. Кинетика роста

боридного слоя:

1-У„»\Л> ; 2- Чп^Мъ ; V«- скорость осаждения; скорость диффузии

^ - а -

лась в пределах;:11ЭЪ..1200' С. при, времени выдержки 4...8 ч.

. /ля газофазного диффузионного, борирования в порошках прт няли электропечь сопротивления. СНО-4.8.2,5/13.111 с автоматичес ким реагированием.температуры. Исходными материалами для нась щаемых о;лесей' служили порошок карбида бора В4С марки ТУ 2-036-879-81 зернистостью.ЗН и оксид алюминия А1203 ГОСТ 3136-76. Г ред смеш:.ъакнем. порошок .карбида бора прокаливался при температ ре 330.. .'-Ш °С, а оксид алюминия - при 713 °С в течение 2...2 После прокаливания порошки смешивали согласно процентному соде хсанию в смеси....

Детали и образцы укладывали в контейнеры, изготовленные 1: жаропрочней стали, которые герметизировали плавким затвором. Т пературу бор;;рования варьировали в пределах 930...1030 °С при времени выдержки-2...6 ч.

Для проведения электромеханической обработки использовала установку, состоящую из токарного станка IA6I6 и понижающего трансформатора. В качестве обрабатывающего инструмента исполье вали твердосплавный ролик марки TI5K6 диаметром 53 мм и ради} сом закругления 8 мм. Давление обкатывающего инструмента peryj ровали тарированной пружиной. Сила тока изменялась реостатом с 230 до 10.00 А и контролировалась амперметром. Частоту вращение и подачу инструмента задавали механизмами управления станка IA6I6.

Металлографические исследования деталей и образцов провод ли на микрошлифах с помощью ыикротвердомора ГП.1Т—ЗГЛ и металлов фического микроскопа МШ-8.

Твердость замеряли па твердомере TKC-IM по ГОСТ 9313-79, гликротвердость на мнкротвердоморе ПМТ-ЗМ по ГОСТ 9453-76.

Несущая способность диффузионных покрытий была исследоваь по методике, изложенной в работах проф. Бугаева B.ll. па прибс ПМТ-ЗМ, посредством вдавливания алмазной пирамиды в диффузиош слой разной толщины при периодически изменяющихся нагрузках.

Сазовый состав покрытий изучали на рентгеновском дифрактс метре " R¿¡jaku ".

Исследование распределения элементов по глубине дпффузио( го слоя проводили на растровом электронном микроскопе " Саш Si фирмы " LLnk Sybtemt".

Испытания образцов на усталость изгибом проводили по ГОСТ 2306-78 на машине МУИ-6300, конструкция которой обеспечивала i

торно переменное нагру;к.ение образцов, вращающихся с частотой 6330 мин"1.

Испытания образцов на ударную вязкость проводились на маятниковом копре МК-ЗЭ с номинальной потенциальной энергией 303 £-;с по ГОСТ 10738-82.

Исйытания образцов на растяжение осуществлялись lia универсальной гидравлической машине И:.-Е-30. При испытании определяли предел текучести, временное сопротивление, относительное удлинение и сужение.

Эксплуатационные испытания восстановленных валов проводили в условиях рядовой эксплуатации в хозяйствах Ногинского, Рамек-ского и Павлово-Посадского районов московской области.

Полученную информацию обрабатывали методом теории вероятности и математической статистики с использованием ЗЗ'Л.

Экономическую эффективность предлагаемых мероприятий рассчитывали по методике, разработанной кафедрой "Экономика а организация сельскохозяйственного производства" MlII'Cîl имени-З.П.Горяч-кина.

4. Результаты экспериментальных н'сслпдовлнпй

Экспериментальными исследованиями установлено, что ЗМО, проведенная до процесса насыщения, влияет на изменение толщины диффузионного слоя и линейных размеров деталей.

На основании предварительных экспериментов был спланирован полный трехфакторный эксперимент. Функцией отклика являлась толщина диффузионного слоя. Получено уравнение регрессии,■которое адекватно описывает процесс. Найдены оптимальные значения параметров Э.МО:

- дяя последующего хромирования: 0-530...600 Л, Г-500...630 H, У-1...14 м/мин, S-0,1...0,2 мм/об; '

•4 для последующего борирования': ' 0-530. ..600 A, F-430...450 H, У-1.. .14 м/мин,' $-3,1.. .0,2|мм/об.

Эксперименты показали, что применение тока выше 830 А приводит к резкому снижению стойкости обрабатывающего инструмента. Происходит налипание металла на ролик, вследствие чего шероховатость обкатываемой пове£;хности значительно повышается.

Повышение усилия прижатия инструмента выше 550...653 H не способствует увеличению диффузионного слоя как при хромировании в вакууме, так и при борировании. Толщина слоя, с повышением усилия прижатия выше оптимального, уменьшается. Это, по-видимому,

связано с явлением перенаклепа и появлением вторичной шероховатости.

Эксперименты, проведенные с целью исследования влияния режимов активации на изменение линейных размеров исследуемых стале показали, что для процесса вакуумного хромирования рост линейню размеров пропорционален росту диффузионного слоя (рис.3). При бс рированки, в отличие от хромирования, происходит значительный рост толшвиы диффузионного слоя, тогда как рост линейных размеров незначителен. . !

В результате исследоваш влияния ЭМУ после процес са насыщения на изменен! несущей способности, установлено, что .усилие п] жатия инструмента до 25; 280 К не вызывает сущес-венного уменьшения лине] ных размеров хромированных деталей (рис.4). Вместе с тем улучшается шероховатость поверхности и увеличивается глуб; на прокаливаемости. Для борированных деталей ув! личение усилия прижатия на уменьшение размеров деталей менее значитель: однако, оно все же набл. дается при усилии 400.. 420 Н.

Влияние силы тока на изменение толщины подкаленного слоя, . также его микротвердость, представлены на рис.5, из которого сл дует, что с повышением силы тока возрастает как микротвердость подслоя, так и его толщина. Для борированных сталей вследствие го, что углерод вытеснен из диффузйонного слоя в глубь детали и образует науглерожепную зону, процесс подкаливанкя идет более э фективно. Так, на стали ХЗГ толщина подкаленного слоя увеличива ется с 170 до 200 мкм, а на стали 45-е 240 до 290 мкм при изм ■нении силы тока с 200 до 650 А.

Рис.3. Влияние предварительной активации на приращение линейных раз-моров -и толщину диффузионного слоя хромированной стали 45: I-общая толщина слоя; 2-прирашение размеров (на диамето); Режим активации: Л=500А, Р=500Н,

V=14 м/мин, ¿=3,2мм/об Режим хромирования:^глубина вакуума Ю"1 Па, £=1180 ос —,— хромирование; д хромирование с предварительной Э;;Ю

.

-к

\ц

■ А ' 3

--""i

00

200

Ш

Шише прижатия инструмент

з.4. Влияние усилия прижатий инструмента при ЭЫУ на изменение ли-. нойных размеров деталей, про- ■■' шедших ХТО: :..

зталь 45 хромированная; ' ■'■'-'''/ ' ■ •' зталь ХВГ хромированная; . зталь 45 борированная; зталь ХВГ борированная

{(30

'Па N

»1

. . А -1 ста пь та СтаТь Но"

----- >--А—Г-^ Iл ±7 | ^

няс

После определения оптимальных режимов предварительной Э'.'О к последующего 'Э1.1У были проведены исследования по определению несущей способности диффузионных покрытий. Результаты ;по стати 45 представлены на рис.6, откуда видно, что все зависимости имеют . характерны]*] перегиб в точке с критической толщиной ''слоя. • Критическая толщина характеризует несущую способность диффузионного .'слоя'и определяется как минимальная толщина слоя, способная исключить его ■продавливанпе от заданной .'/нагрузки. Дтя валов роль ;. сосредоточенной нагрузки ■выполняют частицы абрази-■ ва, попадающие в зазор сое. дкнения. '.,

Для. разрушения частицы кварца размером' в 23 .мюл'необходимо усилие 0,13 .'..0,15 Н, а для частицы ' в Ю мкм (а это основной размер абразивных частиц, попадающих'в зазор соединения) необходимо усилие Э,65.. .0,75 II, что соответствует. толщине боридне-го слоя 3 мкм для стали 45 и 2 мкм для ХВГ, в то время, как для этих же сталей, но без предварительной З.М0 последующего ЭМУ, эти величины соответственно равны 6 и 5 мкм.

60

190

«0

200

250 ЬПКП

с.5. Изменение микротвердости бори-

рованной стали от режима ЭМУ: Л=200А, 2-а=650А, у =12 м/мин, 5=0,2 мм/об

сталь 45; сталь ХВГ

Следовательно, несущая спосос ность боридного слоя увеличилась за счет активации поверхности насыщения и ЭМУ на сте ли 45 8 2,0, а на стали ХВГ i 2,5 раза. При хромировании эч увеличение соответственно par но 1,75 и 3,2 раза, i

Для более глубокого изуче ния процессов, протекающих щ ____диффузионном насыщении, и дл*

и 00 40 60 s 0 -100 , <40 I1.C

ттпльотешт Призпы Ш-3(ШОДЩ)прсэвсрки правильности теорет!

_ ческих предположений, были

Рис.6. К определению критической толщины хромированного , . покрытия на стали 45: хромирование;-хромирование- с предварительной Э!,10 и последующим

I-F=3,5H¡' 2-F=I,0H, 3-F=I,5Н, 4-F=2,0II

проведены рентгеноструктурны^ и микрорентгеноспектралышй анализы диффузионных покрыти{ Рентгеноструктурным анализом установлено, что боридный слс состоит из борида низшего по-

"23С6

и ср-ус^.

рядка, а хромированный - из карбидов Сг^

Наложная работа1 деталей с дк^узиоинш .покрытием зависит не .только от стойкости поверхностного слоя к абразивному изнашиванию, но и от конструктивной прочности. Прочностные свойства .материала оценивались при статическом нагружении в условиях растяжения. Изменение предела прочности стали 45 и ХВГ в зависимости от продолжительности хромирования и вида ЭМО представлено на рис.7, из которого следует, что предел прочности стали 45 уменьшается на 8.. .15,?. Причина пе дения предела прочности объяс няется высокотемпературным от жигоы стали в процессе диффузионного насыщения.

ЭМУ, проведенное после щ цесса хромирования,' позволяет повысить предел прочности на

2...6 %ш

Результаты испытаний обрг цов на усталостную прочность приведены на рис.8. Из рисунка следует, что предел, выносливости сталей при хромировании пов

Рис.

oí, z i z,4

Изменение предела прочности,стали 45 в зависимости ' от продолжительности и вида Z.'.Q: .

1-хромироваш;е;'2-хромирование с предварительной ЭМО и последующим З.лУ ■

— 1 -j --i 1 1

---- Л

РЧ_

'N

р 1 h

--- j 1"" 1 -

1 1

Рис.8. Кривые усталости образцов из стали 45:

1-в состоянии поставки;

2-после хромирования;

3-посло хронирования с предварительной ЭМО и последующим ЭМУ;

4-пссле борирования;

5-после бооироваппя с предварительной ЭМО и постедующим ЭМУ

шается: у стали 45 на 13 у стали ХВГ - на 8

После борирования продел выносливости повышается более значительно, чем при хромировании: у стали 45 па 25 у ХВГ-на 19 %. Повышение предела выносливости как при борированпи, так и при хромировании, об'ьяс-няется сжимающими напряжениями, возникающими в диффузионном . слое. Сочетание предварительной ЭМО с процессом хромирования и последующим ЭМУ позволяет повысить предел выносливости на 4 а с процессом борирования на

В результате исследований, для повышения долговечности валов привода картофелеуборочных комо-ойпов, изготовленных из стали 45, предложена следующая технологическая схема обработки.

Для изношенных валов: ЭМО па режиме 3-530 Л, F-530 Н, V-I4 м/мин, S-1,2 мм/об, хромирование в вакууме на приведенных выше режимах, последующее ЭМУ на режиме 3-о5Э A, F-230H, V-I1 м/мин, S-0,2 мм/об.

Дтя упрочняемых валов: ЭМО на режиме 5-530 Л, F-433 Н, V-I4 м/мин, S—СТ,2 мм/об, борировапие на указанных выше режимах, последующее ЭМУ на режиме J-5J0 A, F-35J К, V—10 м/мин, S-3,2 г дм/ об.

Эксплуатационные испытания проводились в хозяйствах Ногинского, Раменского и Павлово-Посадского районов Московской области', испытаниям подвергались ваш кривошипа, ват редуктора Н.091.10. ЮЗ, восстановленные и упрочненные согласно предлагаемой техно-югии. При контрольной разборке редуктора, после 203 часов работы, нарушений покрытий, либо царапин не наблюдалось. Износ не тевыщал 7 мкм, что оказалось в 2,8 раза меньше, чем у серийных.

5.. Внедрение ■ результатов исследования в производство . и ух экономическая опенка .

На основании..проведенных исследований разработан- технологический процесс-диффузионного, хромирования в вакууме и газофазного борирования.с предварительной активацией поверхностей насыщения и последующего.ЭИУ,. позволяющий восстанавливать и одновременно. упрочнять валы привода картофелеуборочного комбайна.

. Результаты исследования приняты к внедрению Ногинским PTÏÏ Московской области. ; Сравниклышй .экономический эффект oij внедрения новых технологических процессов за расчетный период (6 лет) превысит 183£ тыс.руб. (в ценах 1992 года).

" ' ' ОБЩИЕ В1Ш0ДЫ

.'I. -В работе показано, что ЭМО может быть применена как средство,- позволяющее повысить несущую способность диффузионного слоя за счет интенсификации процесса насыщения сталей и поверхностной, термической обработки,' повышающей твердость металла основы.

2. Теоретическим анализом установлено, что путь, пройденный диффундирующим элементом по границам зерен на два порядка больше, чем в их объеме. Измельчение зерна увеличивает толщину диффузионного слоя I! его несущую способность.

3. Для формирования однофазного слоя боридов низшего порядка необходимо поверхность детади подвергнуть активации электромеханической обработкой, а процесс борирования"~вести в смеси состава масс.) В4С - 63, Al^Og - 43 при температуре ¿=953. °С.

4. Разработанный способ, включающий предварительную активацию поверхности детали электромеханической обработкой, позволяет увеличить линейные размеры при последующем хромировании на 15...25 % и тем самым расширить область применения вакуумного хромирования при ремонте.

5. Оптимальными режимами ЭМО дяя активации поверхностей насыщения являются: для хромирования - £7-503...603 А; Г-530... 633 H; У-13...14 м/мин; S-3,1...0,2 мм/об; для борирования

0-530...633 A; F-430...453 H; V-I4 и/мин; S-0.X мм/об.

6. Установлены оптимальные режимы электромеханического упрочнения борированных деталей Л-600...653 A; F-353...403 Н;

V-5...I3 м/мин; 5-3,2 мм/об; хромированных деталей 5-650... 730 A; F-230...250 Н; V-5-..Ю м/мин; S-0,2 мм/об.

7. Диффузионное бох-iii ->:v::i:io из порошковой смеси состава

' масс.) В^С - 63, ALgQg - 43, после предварительной ЭМО, поз-)ляет получить толщину борпдиого слоя на стати 45 200 м:сл, на •алп ХВГ - 145 мкм, за 6 ч при L - 950 °С. Изменение линейных 13меров составляет 20...30 мш.

8. Рентгенсст^уктурньм анализом установлено, что дкффузи-nuii слой на исследуемых сталях после борировшшя л порошковой :оси состава (Г' масс.) В^С - 60, Al^Og - 40, с предварительной тивацной поверхности насыщения, состоит ;:з борида низшего цо-дка (I-'OpB), а диффузионный слой поело хромирования в вакууме предварительной активацией - из карбидных фаз ^23% > iV^Cg, ;

0 подтверждает правильность теоретических предпосылок о Ф'01>- j рованип диффузионного слоя. .

9. Экспериментально установлено, что прсдчарнтелккУ! акти-

дия поверхностей насыщения позволяет повысить носупс/ю способ- ; ;ть хромированного слоя: на стали 45 в 1,75, на стали ХВГ в

1 раза; борированного слоя в 2,0 и 2,5 раза соответственно. j

10. Предел выносливости образцов, изготовленных из ст.?:.ей ; и ХВГ после хромирования к ЭМУ увеличивается па 14 и 12

юсле борпрованпя и Э.'.'У на 35 1 и 27 соответственно. :

11. Входе эксплуатационных исслодоткыий устааоллеко, •■•то говечность валов картофелеуборочных комемйнов, восстановленных прочненных по предлагаемой технологии, yi еличплась в 2.5...3 f а по сравнению с новыми. :

12. Разработанный технологический процесс диффузионного бо-овання с предварительной активацией лов?-] .лностеп насыщения и j

принят к внедрению Ногинским РГП ДТоскозчпсой облает::. Сравни- : ышй экономический эффект от внедрения то гнологии уа расчет- ; период (6 лет) составит более 1832 тыс.р, б (в ценах 1992 го- ;

!

Но теме циссептагшп опубликованы следую:":, пабстн:

1. Разработка и инодроние технологическою процесса улрочне- I фильтрующих соток установки У0Н-835Б//Пау п.ый отчет (часть f -1Л.: МОИ, 1991. -57с. !1- Гос.регистрации V860353205, |

№ 02910021187 (соавторы В.Н.Бугаев, С.П.Казднцов). !

2. Анализ технического состояния топливоподгд гпваюшпх насо-низкого давления системы литания дизелей//Нау ный отчет. |

ЫЖСП, 1990. -47с. К Гос.регистрации 3I86005C205, инв. ;

0025222 (соавторы В.Н.Бугаев, Ю.В.Мазаев, Б.Л.Богачев, В.А. ;

Прилеп:::!).

3. Способ внтенскфккацнв дьффузпопнсго хромирован::я в вакуу ме//Тез.докл, на научно-технической конференции "Эффективные тех нологичесг.ие процессы и оборудование для восстановления и упрочнения деталей глапшн". -Пенза, 1991. С. 53. ..52.

4..Упрочнение стальных деталей вакуумным хромированием с пр мзнением'электромеханической обработки. -М.: Пкформагротех, 1991 Еып. ¡'К2. С.1...3.

5. Вакуумное хромирование стальных деталей с применением электромеханической обработкн//Тез. докл, на научно-технической конференции "Эффективное использование машиностроительного обору дования". -Саранск, 1991. -С.41...42 (соавтор Бугаев В.Н.).

6. Влияние электромеханической обработки на диффузионное хр< миррванпе з вакууме//Способи лозьпивипя долговечности сэльскохо— зяйстзот:о;: техники. Сб. научк. тр. Г.ККСП. -'.1.1991. С.45...47.

7. Упрочнение деталей диффузионным хромированием в вакууме после предварительной электромеханической обработки//Тез. докл. научно-технической конференции "Работы в области восстановления и упрочнения деталей". -ГЛ.: Ремдеталь, 1991. -С.33...34.

8. Способ диффузионного хромирования стальных деталей в вал; уме. Положительное решение Госко?,изобретений К' по заявке

4931957/02 (соавтор В.Н.Еугасв).

9. Способ восстановления изношенных деталей из азотированных сталей. Полой®тельное решение Госкомизобретений РФ по заявке .'< 4914585/02 .(соавторы В.Н.Бугаев, Ю.В.Мазаев, Б.А.Богачев, С.П. 'Казанцев, Н.Н.Болдин). .

.10. Способ диффузионного хромирования в вакууме. Положительное решение Госкомизобретений.Р5 по заявке 11 4939253/32 (соавторы В.Н.Бугаев,, Ю.В.Мазаев, З.Б.Евсиков, С.П.Казанцев, Э.К.Кочетов).