автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Выбор рационального метода восстановления изношенных посадочных шеек поворотных кулаков грузовых автомобилей

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА имени В.П.ГОРЯЧКИНА

На правах рукописи

МАНАЕНЮЭВ Андрей Павлович

• УДК 629.11.012.22.004.67

ШБОР РАЦИОНАЛЬНОГО МЕТОДА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ ПОСАДОЧНЫХ ШЕЕК ПОВОРОТНЫХ КУЛАКОВ ГРУЗОШХ АВТОМОБИЛЕЙ

Специальность: 05.20.03- " Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1УЭ1

Работа выполнена па кафедре сопротивления материалов Московского ордена Трудового Красного Знамени института инженеров сельскохозяйственного производства им. В.И.Горячкина.

Научным руководитель: - доктор технических наук,профессор

/ БАЛОШЕВ. Г. Г.

Официальные оппоненты: - заслуженный деятель

науки и техники РСФСР,

доктор технических наук.профессор

ДЕХТЕРИНСКИЙ Л.В.

■ - кандидат технических наук, профессор АЧКАСОВ К.А.

Ведущая организация: - БНПО "Ремдеталь"

Защита состоится " 21 " января 1991 г. в 13 часов на заседании специализированного совеАа К 120.12.03 Московского ордена Трудового Красного Знамени института инженеров сельскохозяйственного производства гч. В.П.Горячкина.

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке института.

Ваши отзывы и замечания по автореферату в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью учреждения, просим направлять по адресу: 127550, Москва И-550, ул.Тимирязевская, д.58, МИИСП, Ученый совет.

Ученый секретарь специализированного совета

к.э.н., доцент /'У/Си'^^/ ОСИНОВ В.И.

/

с

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

.•-, :л Дктуальность темы. Широков распространение в практике автомоби-Ч.л«1с троения неподвижных сопряжений типа вал-подшипник качения, работающих в значительном диапазоне эксплуатационных нагрузок динамического характера и подверженных ^реттинг-коррозии с соответственным ростом нагруженности всего узла в целом, обуславливает потребность разработки новых методов восстановления поверхностей сопряжений, позволяющих повысить их устойчивость против щреттинг-изнашивания. Актуальность диссертационной работы подтверждается включением ее в план научных исследований по проблеме ГЛИ СССР 0.51.11: "Разработать и внедрить в сельскохозяйственное производство прогрессивные технологические процессы и оборудование, обеспечивающие повышение надежности, производительности труда, качества технического обслуживания и ремонта тракторов, автомобилей и сельскохозяйственных шшш и восстановление их деталей".

Цель .заботы заключается в исследовании процессов изнашивания поверхностей, сопряженных с подшипниками'качения и подверженных фреттинг-коррозии, с разработкой практических рекомендаций по повышению их долговечности.

Объекты исследования: изношенные поворотные кулаки автомобилей ГАЗ-5ЭА, восстановленные нанесением двухслойных покрытий.

Общая методика исследований содержит комплексное изучение свойств двухслойных покрытий, формируемых с помощью электроконтактной наплавки и ультразвуковой сварки при обосновании выбора оптимальных режимов ведения указанных процессов. Экспериментальные исследования содержат анализ повреждаемости нанесенных двухслойных покрытий фреттинг-коррозией, а также оценку степени влияния рекомендуемых ■покрытий на усталостную прочность и характеристики ударной вязкости металла восстанавливаемых деталей, в том числе в связи с уровнем остаточных термических напряжений. Обработку результатов исследований проводили методами математической статистики.

Научная новизна работы. На основе предложенной математической модели двухслойного покрытия реализована возможность повышения его . фреттингостойкости за счет наличия промежуточного слоя покрытия, имеющего низкое сопротивление текучести и позволяющего вследствие этого рассеивать определенную часть энергии внешнего динамического нагружения; обоснован выбор материалов слоев двухслойного покрытия и оптимальных режимов технологических процессов их нанесения; лабораторные и эксплуатационные испытания натургж деталей о двухслойными покрытиями позволили установить достаточно высокую эффективность предлагаемого метода.

¡фактическая шннооть работы заключается в разработке перспективного метода нанесения покрытий, позволяющих существенно снизить интенсивность процесса фреттянг-коррозии соцряжени:;.

Пути реализации работы. Результаты проведенных исследований могут быть использованы в авторемонтных предприятиях и в транспортных службах системы Госагропрома.

Внедрение. Рекомендуемый технологический процесс внедрен во Всероссийском производственном объединении по строительству автомобильных дорог "Росагропровдорстрой" и АТП "Росагроцромтранс".

Апробация. Основные положения диссертации обсуждены и одобрены на научно-технических конференциях МИИСП в 1986...1990 гг.

Публикации. Основные результаты диссертации нашш отражение в четырех опубликованных работах.

На защиту выносится:

- обоснование эффективности применения двухслойных докрютш при восстановлении поверхностей деталей, сопряженных с подшипниками качения и эксплуатирующихся в условиях щ>еттинг-коррозии;

- оптимальные с точки зрения достижения максимальной прочности сцепления покрытия с основанием режимы рекомендуемых технологических методов нанесения указанных покрытий;

- результаты проведенных исследовании Износостойкости нанесен- . ных покрытий, усталостной прочности восстановленных детален.распределения остаточных термических напряжений в покрытиях и изменения ударной вязкости металла образцов;

- оценка экономической эффективности внедрения в авторемонтное производство рекомендуемого метода нанесения двухслойных покрытии.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,шее- -ти глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Работа изложена на 169 страницах машинописного текста, содержат 84 рисунка, 33 таблицы. Список использованных источников включает 179 наименований, в том числе 34 иностранных. Приложение содержит 16 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ I. Состояние вопроса и задачи исследования

Поворотные кулаки автотранспортных средств эксплуатируются в условиях значительных динамических нагрузок переменного характера при возможном их увеличении в случае торможения автомобиля на прямолинейном участке и на повороте. Основным дефектом, лимитирующие эксплуатационный ресурс поворотных кулаков, является износ посадочных шеек и сверхнормативное увеличение зазора в исследуемом соггрл-

жешш, приводящее к значительному повышению (в 2,54...4,37 раза) динамической нагруженности всего узла в целом. Характерной особенностью технического состояния составляющих сопряжения является ыадлл величина износа сопрягаемых поверхностей, достигающая 0,105 ш при овальности до 0,05 мм и конусности до 0,02 мл. Расчеты показали, что количество деталей, подлежащих восстановлению, составляет: по внутренним шейкам - 40/2, по наружным шейкам - 78$. Кроме того, в ходе проведенных исследований установлено наличие у 85,65» обследованных шеек поворотных кулаков признаков ¿реттинг-коррозии.

лпилиз существующих способов восстановления изношенных посадочных поверхностей деталей, рекомендованных Барановским В.й., Беспалов™ Ю.А., Ворониццниы И.С., Гребенюком 1,1.Н., Джанелздзе Ш.Ш., Игнатьковым Д„А., Какуевицшл В.А., Пугачевским К.М., Рудницким Н,П.. ¿илатовш Э.Я. н рдцом .других исследователей применительно к посадочном шейкам поворотных кулаков грузовых алгомобилел (пластическое деформирование, гальванические и наплавочные методы, плазменная металлизация и электроискровое легирование), показывает, что их реализация, в большинстве случаев приводящая к снижению усталостной прочности и уменьшению площади поверхности контакта сопрягаемых деталей, не предусматривает специальных мер по предотвращению фрет-тпни-изнашиванил деталей сопряжения. В этом плане определенного внимания заслуживают многослойные покрытия с промажу точным слоем, имев-щ:нл низкое сопротивление текучести, т.к. представляется возможным за счет промежуточного слоя уменьшить в несколько раз амплитуду колебательного процесса на границе раздела поверхностей. Учет механического .¿актора фреттинг-коррозил, обуславливающего уровень колебательных процессов и соответствующую степень повреждения составляющих сопряжения, позволяет оптимизировать сочетание толщин компонентов покрытия и их размеры по критерию минимума амшштудно- частотной характеристики переходной зоны сопряжения.

3 соответствии с вышеизложенным были поставлены следующие задачи исследований:

1. Основываясь на данных теоретических и экспериментальных исследовании осуществить выбор материалов и оптимальных режимов процессов нормирования двухслойных покрытий, обеспечивающих снижение интенсивности их ^реттинг-изнашиванця в процессе эксплуатации пра обеспечении высокого уровня прочности сцепления покрытия с основанием..

2. Проведение сравнительных исследований ряда технологических методов нанесения покрытии на посадочные поверхности деталей.

3. Разработка и внедрение рекомендуемого метода повышения фреттингостойкости поверхностей путем нанеоения в процессе восстановления двухслойных покрытий.

4. Апробация результатов работы и оценка экономической эффективности введрения их в производство.

2. Теоретические предпосылки выбора характеристик■ слоев многослойных покрытии, устойчивых против ¿реттинг-коррозия

Учитывая специфику условий процесса удюттинг-коррозии на поверхностях посадочных шеек поворотных кулаков, характеризующуюся наличием вибраций, предпринималась попытка установить связь между демпфирующей способностью рада металлов и стойкостью нанесенных на их основе покрытий против фреттинг-кэрр.\зии, оцениваемой по следующему

критерию: у а6г--в ■■ (1)

а

где Бх- декремент колебаний при действии тангенциальных нагрузок.

Проведенная с помощью предложенного критерия оценка перспективности применения различных металлов дала возможность рекомендовать использование в качестве промежуточного слоя двухслойных покрытий листовой ыеди МЗ, проявившей способность к релаксации энергии внешнего нагрукения в наибольшей степени =655»Ю-2).

Касаясь обоснованности выбора материала формирования наружного слоя двухслойного покрытия, следует учитывать, что знакопеременные нагрузки при фреттинге способствуют интенсивному разрушению структуры покрытия, сопровождающемуся его значительным динамическим окислением. Правомерчо сделать вывод о высокий фрёттингосгэйкосгп коррэ-зионностойких сталей аустенитного класса (тййа' 12Х25Ш617ЛР), подвергнутых с целью повышения их механических характеристик механико-термической обработке, чтб позволяет увеличить в 1,46 раза и 60 2 Е 2,33 раза по сравнению о недеформированной сталью (до 1020 МПа и 840 МПа соответственно).•

Проведено математичеокое моделирование параметров компонентов двухслойного покрытая с целью их оптимизации по критерию минимума амплитудно-частотной характеристики стыка,' физическая модель которого реализована в виде двух последовательно соединенных стержней, один из которых совершает вынужденные поперечные колебания в условиях внешнего динамического яагружения. При рассмотрении указанной физической модели использовались дифференциальные уравнения относи-трлыю амплитудной функции. Хи (к) движения двухступенчатого стержня:

= О, (2)

, .A q^Stpt

где cLi - -gfc •

При решении уравнения (2) целесообразно использование комбинации тригонометрических и показательных .¡уункций А.Н.Крылова (КрК^.Кд,

л

для аргумента о1ъХъ. Тогда, амплитудная дикция второго стержня будет иметь вид: 4

Х»Сха)»1Сг&КаКо1ах8), (3)

где Си=А; Си'-О; С12- ; Сы= ;

Сгг-К«"!1 +Км ^ ♦ К11А ; Ки<о12хО=1/2(сЬо1ах2 + со5о12Х1);

С22 = о^СК11 д-1- + КиК <4АУ, К2гСо1ахг)=1/2(сНоС2Х2+со5е1.2Х1)^4)

С21 = Е5оС2(Кц^+К|г5-г+К(5А);К2аСо11Х2):1/2СсЬЛ2Ха^со5е1.ах»);

Сг+ЕйсА,1 (К (^+Кп^+К <2 А); Ка^Соба х г)=1/2( бЬЛаха - ЫпЛ» Ы).

Для определения условий минимума амшштудюи ¿¡у акции 113 пра-

вом конце второго стержня составим производную:

Ха( ti) = 1С 18 К 26 С âbK 2i, i; K'îa=eUKai; К'аз^СгКаг; Ка4=с

(5)

где KiiscliK24; К'2а=оСаКл; К'аз^оСгКаг; Ka4=oUK2j;

С ai: —¿г t(KnA'i+K<5M)A-fKiiAt + Ki3A2)A' ];

С22 ~ -¿г [(Кнд^ + К|4д'2)д-(К1(Д|+Килг)д']; (6) .

c»s -If^tCKu^t+Kii^M-iKUAt + KnûalA'];

С'а4- -^I^CCKtjA'i + K« Дг)Д-(КиД1+Ки Д2)Л' ]. .

Лсследуя ^ункцию на экстремум при использовании условий, в

которых дд 11 определены выражениями (6), связывающими длины 1^,12 н жесткости Kg02 сторицей физической модели, получим

.¡уш второго участка используемой модели необходимую длину, при которой амплитудная пункция колебательного процесса имеет минималь-'ную величину:

¿2»(-l-Aef(e,l<e,*e-t,t,)*-J-5inel.<ei>cLiESoLa. (7)

Подставляя параметры используемой модели в выражение (7), получим расчетную длину стержня 62=2,755-Ю-2 м, равную минимально необходимой с точки зрения релаксации внешних нагрузок вибрационного характера длине промежуточного слоя .двухслойного покрытия, наносимого и процессе восстановления lia изношенные посадочные шейки исолодуо-i.îux деталеа.

3. Повышение прочности сцыления наносимого покрытия с основанием

В качество методов формирования .двухслойных покрытий исследовались перспективные тохнологическйе процессы ультразвуковой свар-\\:i и элоктроконтактнол наплавки. С целью уменьшения степени влия-

ияя ремонтных воздействий на исходный уровень усталостной прочности деталей рекомендуется нанесение промежуточного слоя методом УЗС листовой меди непосредственно на наружный слой покрытия из тонколистовых коррозионностойких сталей, которые в свою очередь привариваются ЭКН двумя кольцевыми швами на подготовленные изношенные поверхности исследуемых деталей. Ввиду ограниченных площадей активации и объемного взаимодействия тонколистовых сталей и основного металла восстанавливаемых деталей на первый план выдвигается задача повышения прочностных характеристик получаемых сварных соединений.Наибольшая прочность сварного соединения достигается в случае возникновения максимального количества активных центров С, оцениваемого но изменению А плотности дислокаций др в результате выхода дислокаций в зону физического контакта за период времени т.е.

Стах^а, (8)

Считая, что при £=сопбЪ Е=£Ъ , получим:

6тах-В5Стах = В5Л1о=-^~ . (10)

Полагая, что поле упругих искажений вокруг дислокации радиусомй имеет круговую симметрию Я=5Ь , где вектор Воргерса 6 =3,0.10~®ш, получим Б =253Г62=7,069'Ю-16 мм2. Путь .движения Ь дислокации до барьера и плотность р дислокаций в металле связан.-; между собой соотношением , где согласно данным Ван Ворена при степени относительной деформации элементов £=35...65$ составляет 1-10® ш/Г^. Таким образом из уравнения {10) окончательно получим:

6тох=-1г-6 - У'Т.ОбЭ-Ю"1; •£ = 2.353.10-3 6 .

4. Методика экспериментальных исследований

В данной работе прочность сцепления с основанием наружного слоя двухслойного покрытия определялась по усилию отрыва конических штифтов от покрытия исследуемого образид, представлявшего собой оправку (сталь 35Х ГОСТ 4543-71) с замаркированными коническими отверстиями. При проведении экспериментов в качестве переменных факторов, пределы варьирования которых устанавливались на основания предварительных исследований, использовались: шероховатость поверхности образцу, степень предварительной деформации тонколистовых коррозионностойких сталей л параметры процесса ЭКП (давление роликовых электродов, сила тока и длительность импульса тока).

В проведанном но схеме среза нанесенного покрытия с определен- 6 -

ной площади основания исследовании прочностных характеристик сварного соединения, полученного методом УЗС листовой меди МЗ и тонколистовых коррозионностойких сталей, в качество переменных ^акторов процесса использовались: сварочное усилие, амплитуда смещения сварочного наконечника и продолжительность сварки. Из подготовленных серил образцов отбирались по три контрольных образца, испытания которых осуществлялись на разрывной машине Р-10 (ГОСТ 7855-61).

Сравнительная оценка усталостной прочности новых, бывших в эксплуатации и восстановленных нанесением металлопокрытии поворотных кулаков автомобиле.! ГАЭ-53А осуществлялась по результатам трех этапов исследовании. Целью первого этапа исследований являлось установление характеристик усталостно-; прочности моделей цап,) (сталь 35х)с двухслойными покрытиями, наружный слой которых наносился при использовании технологического процесса ЭКН тонколистовых коррози-онностойких сталей аустенитного класса. Испытания осуществлялись при использовании универсального резонансного стенда типа УП-50 конструкции ЦНЖГМАШ по схеме симметричного изгиба в одной плоскости. Результаты первого этапа исследований были использованы при проведении испытании моделей Вд1ц. поворотных кулаков с двухслойными покрытиями, оптимальными с точки зрения усталостной прочности, однако различающимися по параметрам применяемой упрочняющей обработки. Третий этап исследований по сравнительной оценко выносливости новых, бывших в эксплуатации и восстановленных нанесением металлопокрытий поворотных кулаков автомобилей ГАЗ-53А осуществлялся на натурных деталях по схеме консольного изгиба в одной плоскости (ГОСТ 25504-82) при применении универсального стенда УМ-5 с модифицированными системами фиксации деталей и их нагружения.

С целью проведения лабораторных испытании исследуемого сопряжения в условиях ¿реттинг-коррозии использовался стенд СМЦ-2 при внесении конструктивных изменений в принципиальную схему нагружения контактирующих поверхностей. Применялись образцы, представляющие собой цилиндрические отсеки с нанесеншллп покрытиями и фиксирующиеся селективной подборкой пар трения во внутренних кольцах подшипников качения. В основу стендовых испытаний положена методика, согласно которой определялась прочность исследуемых сопряжений в момент времени С =0 и .для I млн циклов динамического нагружения (база испытании 20 млн циклов) при частоте вращения обраэид 1000 мин--'-. Аналогичные испытания двухслойных покрытий в условиях динамического знакопеременного нагружения непосредственно на поворотных кулаках бшш пронедепы при использовании универсального стенда УТЛ—5. • .

- 7 -

Основание и нанесенное покрытие образуют неоднородную систему с розко отличающимися-свойствами,,в связи о чем для расчета остаточных напряжений использовалась методика ЛД.Дехтяря. Исследуемио образин представляли собой кольца, которые рырезались непосредственно из восстановленной шейки поворотного кулака, имеющей по наружному периметру покрытие толщиной 1,0 мм. Измерения относительной деформации образцов в процессе снятия слоев металла осуществлялись с помощью тензорезисторов и цифрового измори1: и ля деформации ВДЦ-1.

Для изучения тенденций изменения ударной вязкости металла исследуемых деталей (ГОСТ 9454-78) испытаниям при использовании маятникового копра Шарпи (с максимальной энергией удара 300 Дж) подвергались образцы типа II (квадратного сечения со стороной 10-0,10мм), вырезанные непосредственно из восстановленных посадочных шоок поворотных кулаков и имеющие концентратор вида V.

Микротвердость структурных составляющих покрытия и основания определялась в соответствии с требованиями ГОСТ 9450-76 на приборе ПМГ-З при нагрузке 50Н.

Металлографические исследования структуры нанесенного покрытия и основания проводились с помощью оптического микроскопа "КЕ0РН0Т-21".

Фазовый рентгеноструктурный анализ переходной1зоны осуществлялся на дифрактометре ДРОН-3.

С целью изучения диффузионных процессов в переходной зоно проводился микрорентгеноспектральный анализ на шкрранализаторе "САМЕВАХ" и ПБ-46 "САМЕСА" (Франция).

5. Результаты экспериментальных исследований

Результаты экспериментов, проведенных с целью оценки прочностных характеристик сварных соединений, формируемых с примененном электроконтактной наплавки избранных типов материалов, при использовании теории планирования многофакторных экспериментов позволили установить, что максимальная прочность сцепления {на уровно Ь2_>,0 МПа) с основанием наружных слоев двухслойных покрытий (коррозионно-стойких сталей,12Х25Н16Г7АР толщиной 1,0 ш), получается при следующих параметрах процесса: давлении роликовых электродов -0,7 кн; силе тока -6,0 кА; продолжительности импульса сварки -0,06 с и шероховатости поверхности основания -40,0 мкм. Оптшазация технологического процесса УЗС тонколистовой стали 12Х25Н16Г7АР- и листовой меди МЗ толщиной 1,0 ш, примененной при нанесении промежуточной; слоя покрытия, позволила выявить область оптимальных (с точки зро-

ния повышения прочности сцепленчя составляющих по]фытия до 138,0 Ulla) режимов процесса: сварочное усилие -1,5 кН; амплитуда колебании сварочного наконечника -18,0 мкм; время сварки -0,7 с; шероховатость поверхности стальной ленты -12,0 мкм.

На начальных этапах исследований сопротивления усталости восстановленных деталей испытаниям; осуществляющимся по схеме сишет-ричного изгиба в одной плоскости, подвергались модели цапф поворотных кулаков (сталь 35Х), восстановленные ЭКН (на выбранных по результатам предварительных экспериментов оптимальных режимах) двухслойных покрытI?и, уррмируешх на основе тонколистовых коррозионно-стойких сталей аустенитного класса (ГОСТ 5632-72). Анализ результатов первого этапа исследований (рис.1) показал несомненное преимущество применения сталей 12Х25Ш6Г7АР, выразившееся в минимальном снижении усталостной прочности образцов по сравнению с другими маркими с тале;:. °

а

6-1, МЛа

. Ю4 I 3 4 5 6 7 105 2 3 4 567 10« 2 3 4,567 10' !

Рис.1 Результаты усхалостных испытаний моделей цапу поворотных кулаков, восстановленных ЭКН двухслойных покрытий: л

I- сталь 12Х25Н16Г7АР; 2- сталь ОЗИ9АГЗНЮ; 3- сталь 12Н7Г9АН4; ■1- сталь 07Х21Г7АН5; 5- сталь 07Х13АГ20; 6- стаж ОЗПЗАП9; 7- сталь ЮП4АГ15; 8- сталь 15Х17АП4.

Следует отметить, что попытка использования выбранных методов упрочняющей обработки (закалки с нагрева ТВЧ и обработки непрерывным СОо- лазером) привели к дальнейшему снижению усталостной прочности доталеГ. из-за значительной концентрации напряженна в месте обрыва

- 9 -

закаленного слоя (при термообработке с нагрева ТЗЧ) и взаимного частичного отыуска граничащие полоо терилчиского воздействия излучения (при обработка С02-лазером) (табл,1).

Таблица 1'

Влияние метода упрочняющей обработки на усталостную прочность моделей цапу?

Штод оанесения покры-ТПредел вы-:Предел вития,марка материала и :носливости:носливости применяемой метод уп- : с т ,1ГТ„ .-восстановлен-:сравнению с но

----------------------: ^-а.шшд ;нШг д0Талей :ми деталями, %

___:____:в £ к новым

¡Снижение предела ¡выносливости по новы-

рочнения

Сталь 35Х (без покрытия) 140

ЭКН стали 12Х25Н13Г7АР 114 81,43

ЭКН стали 12Х25Н16Г7А1' 89 83,57 обработка С02-лазеро1Л

ЭКН стали 12Х25Щ5Г7АР 38 ■ 48,5В закалка с нагрева ТВЧ

.18,57 33,43

¿1,42

Заключительный этап исследований, связанный с анализом влияни I восстановления различными териологическими методами на усталостную прочность деталей, проводился непосредственно на поворотных кулаках по схеме консольного изгиба (табл.2).

Таблица 2

Результаты усталостных испытаний поворотных кулаков автомобилей ГАЗ-53А

Наименование деталей«метод нанесения покрытий и марка применяемого материала

Новые поворотные кулаки

Поворотные кулаки с изношенными посадочными шейками

Кулаки,восстановленные дискретной ЭКН двухслойного покрытия на основе тонколистовой стали 12Х25Н16Г7АР .

Кулаки.восстановленные воздушно-плазменным напылением сплава 1Ш-85Ш5

Кулаки,восстановленные лазерной наплавкой сплава П0Х28К63В4

Кулаки,восстановленные вибро-дугонол наплавкой проволоки 2Нп~55

Предел ¡Предел вынос-выносли-:ливости вос-вости ¡обновленных

б-Г МГТя;Детале*! в $

Длдым___

140 -

130 92,83

: Снюшше-преде-:ла выносливости :по сравнению с

:1|овыш деталями --------

130

92,83

III 79,28

102 72,83

62 44,29

7,14 7,14

20,72 27,14 55,71

- Ю -

Результаты экспериментов позволили установить, что определенное преимущество рекомендуеызго метода восстановления, заключающееся в уменьшении протяженности по глубине и в локализации по площади зон термического влияния на учасаках возникновения максимальных изгиб-ных напряжении в условиях эксплуатации (дискретная ЭХН), дает в этом случае возможность сохранять характеристики усталостной прочности изношенных детален, годных к дальнейшему использованию.

Сравнительным испытаниям на .¿¡реттпнг-пзнашивзние исследуемых У сопряжений подвергались образцы следующих партий: эталонные (сталь ЗЕК); образцы ©покрытиями, нанесенными вибро.цуговой наплавкой проволоки '2ПП-513, лазерной наплавкой стеллита П0Х28К53В4, воздушно- 0 плазменн.-м напылением сплава 1Ш-85Ю15, ЭКН двухслойных покрытий на основе стали 12Х25Н16Г7АР п ЭЛ1 стали 15Х17АП4 (ГОСТ 5632-72). Результаты исследований представлены в виде графиков зависимостей моментов проворачивания Ыпр внутренних колец подлинников приспособ-

Гпс.2.Изменение момента проворачивания сопряжения :

о зависимости от числа циклон нагрухения:

I- эталонный образец (сгаль 350; 2- вибродуговая наплавка проволоки 2Нп-65; 3- воздушно-плазменное напыление сплава 1Ш-05Ю15; 4- ЗКЫ стали 15X17АЛ4; 5- ЗКН двухслойного покрытия на основэ стали 12Х25НГ5Г7ЛР; 3- лазерная наплавка сплава П0Х231о334.

А« )Л2а указазша: г иш:!::ос19.1 позволил установить олр'гдаленшга

... ц _

номераости (на начальных этапах до (3,0.. .5,0)х10° циклов нагру,ноши) изменения прочности различна партии сопряжешь, аирала/ощиеся в повышении прочности посадки сопряжения в 1,103.. .1,37-1 раиа от началь-^ ной, что обусловлено, вероятно, увеличсч-:иеи площади контакта сопряженных поверхностей в результате пластических деформаций мнкронеров-ностей, а также повышением коэффициента трения вследствие частичного разруш^ия поверхностных слоев покрытий. На последующих этапах испытаний от 5,0x10° до 20,0x10° циклов ирольилнсь преимущества двухслойных покрытии на основе тонколистовое стали 12Х25Н15Г7ЛР с промежуточным слоем листово.! меди Ш, имеющим низкое сопротивление текучести и П03Е0ЛИВД1Ш вследствие этого компенсировать определенную часть энергии внешнего динамического нагру.хенил. У сопряжений образцов с покрытиями, не обладающими подобным свойствами, наблад.»ется постоянное снйжонне прочности посадки,свидетельствующее о продолжающемся интенсивном разупорядэяешш структуры их поверхностных слоев (рис.З).

. Рис.З Изменение коэффициента относительной прочности (Ч') сопряжения в зависимости от числа циклов нагружения:

1-'эталонный образец (сталь ЗЕК); 2-вибродуговая наплавка проволо-. ки 2Ш1-65; 3- воздуино-плазменное напыление сплава Ш1-85Ю15; 4- ШФ стали 1зП7дГ14; С- 3x21 двухслойного покрытия на основе с г ала 12Х25Н15Г7АР; 5- лазерная наплавка сплава П0Х28КЗЗВ4.

Исследования остаточных термичосттах напряжений у образцов с покрытиями, нанесенными рекомендуемым методом, позволили установить,что на поверхности покрытий во всех случаях создаются, остаточные напряжения растяжения величиной до 53,0...137,0 Ша. (в зависимости от марки применяемой стали), снижающиеся затем по толщине покрытия с переходом в сжимающие уровня 13,0 Ща' (.для стали 12Х25Щ.З"7ЛР) на расстоянии 5,5 мм от поверхности (рис.4).

Рис.4 Эпюры остаточных термических напряжений по толщине нанесенных рекомендуема,гметодом покрытий и основания:

I- сталь 12Х25НГ6Г7АР; 2- сталь 03ХГ9А13Н10; 3- стал^ 12П7Г9АН4; 4- сталь О7X2117АН5", 5- сталь 07Х13АГ20; 6- сталь ОЗаХЗЛПЭ; 7- сталь 10X14АП5; 8- сталь 15Н7АИ4.

Наблюдаемое различие абсолютных значений остаточных напряжений на одинаковом расстоянии от поверхности образцов, отличающихся по мзр~ ке примененного материала, связано, очевидно, с изменение^ режимов ведения технологического процесса, обуславливающим вариацию степени термического влияния метода и, как следствие, р^зляыый уровень остаточных термических напряжений в металле нанесенного покрытия и основания. „

Анализируя данные экспериментов по определению'характеристик ударно:5 вязкости образцов, следует отметить наблюдаемое различие исследуемых параметров металла образцов, вырезанных параллельно осям деталей на расстоянии 1/3 радиуса от их поверхностей, обусловленное, вероятно, наличием в их поверхностных слоях определенного урог;;.; остаточных напряжений, появление которых связано с техяологич ;скшы

особенностями рассматриваемых процессов (таол.З).

Таблица о

Изменение ударной вязкости металла образцов в зависимости от те:шера"ури

¡Зетод нанесения йокрй-Тударна}1-вязко"сть R0V ГЛ^с:/2)~прн-тёмпе1Ьтури

тня и марка примоняе- :испытаний Т(К)___

мого материала ;203,0:233,0:253,0:273,0:293,0:313,0:J13,О

0галопные образцу 54 32 85 92 94 95 93

(сталь 35Х)

Воздушно-плазменное 77 83 98 105 103 НО III

напыление сплава

1Ш-85Ж5

Лазерная наплавка 58 80 94 101 103 104 105

сплава II0X28K5334

ЭКН .двухслойного • 47 ¿5 80 87 89 91 92

покрытия на основе'

стали 12Х25Н16Г7АР -

Вибродуговая наплавка 31 33 <5 51 51 57 5 о

проволоки 2Нп-65 •

Кроме того, в ходе исследований установлено, что ударная вязкость образцов, вырезанных из центральных частей посадочных шеек, соответствует параметрам основного металла детали без покрытия, что обтясняется незначительностью глубины зон термического влияния указанных методов восстановления.

Результаты металлографических и рентгеноструктурных исследований позволили сделать вывод об адекватности пре.иложенноп модели образования покрытия получаемым результатам, что подтверждается преимущественной деформацией присадочного материала и приповерхностного слоя основы с разрушением вершин микронеровностей при образовании диффузионного слоя незначительной толщины (до 18 щи),

6. Результаты эксплуатационных испытаний

Проведенные в условиях рядовой эксплуатации нагруженного автомобиля ГАЭ-53А по грунтовым и асфальтированным дорогам (при пробсте свыше 42650 км) испытания нанесенных рекомендуемый методом двухслойных покрытн.1 показали наличие незначительного пластического деформирования (до 7,0...I2,0xICF"3 мм) поверхностных слоев металла покрытия о последующей стабилизацией процесса изнашивания.

7. Внедрение процесса в производство и его окономическая эффективность

На подвергнутую предварительной механико-тормпческой обработке (холодная прокатка .со степенью обжатия до 20% я последующий ofiiycn

при 87ЗК в течение 2,0 ч) тонколистовую коррозионноотойкую сталь марки 12л2ЫП.ЗГТАР методом ультразвуковой сварки (сварочное усилие -1,5 кН; амплитуда колебаний сварочного наконечника -18,0 мкм;время сварки -0,7 с) наносится листовая медь МЗ толщиной 1,0 мм. Затем, полученное двухслойное покрытие приваривается кольцевыми швами методом дискретной электроконтактной наплавки (давление роликовых электродов -0,7 кН; сила тока -6,0 кА; продолжительность импульса •лр-'фка -0,06 с) на подготовленные изношенные посадочные шейки повз ротных. кулаков грузов;1Х автомобилей, после чего производится их окончательная механическая обработка.

Рекодандг'йгь; технологический иотод нанесения двухслойных по к-, хштиЗ пр.; восстановлении посадочных ¡к эк поворотных кул шов автогю-•'цлий Г.из-ЗЗА внедрен во Всероссийском производственном объединении "Рооагропромдорстрэй". Экономический э^ект от внедрения в сравнении с применяемым методом воздушно-струшого хромиртвания за период 1990...1996 гг составит свыше 22506,45 рублей при программе восста-аэилоыия ЗаОО деталей в год.

ВЫВОДЫ

1. Динамически л характер эксплуатационного нагружения поверхностей исследуемого сопряжения при наличии переходного типа посадгп-.'.у.иювлззает дрогресснруадее разрушение значительного количества

талой з условиях ¿реттинг-коррозиа, фиксируемое по волнообразной " 1'руктурзой повреждаемости их поверхностных'слоев.

2. Снижение интенсивности '¿реттднг-азн.чшюаАия исследуемых по-е-.'р.'сностел достигается в результате нанесения двухслойного покрытия . ; прегкхкуточннл слоем, имеющим низкое сопротивление „зкучестя.

3. Оценка технического состояния контактирующих поверхностей попуомзго сопряжения (при наличии износа до 0,105 ш) позволила

:.».'Кэмендо?ать нанесение двухслойнах покрытпй последовательным применением технологических процессов ультразвуковой сйарки _й электро-;::;:!га::тно.1 наплавки.

4. Реализация теории планирования г.шого^акторн^о эксперимента целях повышения прочностньх характеристик сварных соединений позволила установить оптимальные границы изменения режимов рекомендуе-, М..Х методов нанесения покрытий в случае лспользование тонколистовых коррозаонностоЗких сталей аустенитного класса и листовой мадя 13.

5. Результаты испытаний двухслойных .покрытий на изнашивание в условиях ууреттанг-коррозип показали нали-гиэ незначительного пластического дь^рклроваши металла наружного слоя покрытия о пооледуп-'•*«»: стэбаяпзахдоЛ асследуепэго процесса.

6. При исследовании характеристик усталостной прочности поворотных кулаков с нанесенными на посадочные шейки рекомендуемыми покрытиями установлено, что их предел выносливости соответствует уровне аналогичных показателей изношенных деталей, пригодных к дальнейшему использованию без восстановления.

7. Анализ остаточных термических напряжении в нанесенных покрытиях и основании позволил установить наличие на поверхности покрытия остаточных растягивающих напряжений (до 55,0 !Ша) с постепенным снижением их уровня по толщине покрытия и переходом в напряжения сжатия (до 13,0 ЫПа) на расстоянии 5,5 мм от поверхности.

8. Исследования ударной вязкости металла на образцах, вырезанных из центральных частей восстановленных деталей, позволили сделать вывод о соответствии их характеристик параметрам металла деталей без нанесенных покрыт"-.

9. Экономический эффект за период 1930...1995 гг от внедрения рекомендуемого технологического процесса нанесения двухслойных покрытий для условий '"Росагропромдорстрой" при программе восстановления 6500 деталей в год составит свыше 22,5 тыс рублей.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Оценка технического состояния посадочных шеек поворотных кулаков автомобилей РАЭ-53А, поступающих в капитальный реконт//Эксплу-атаццонная надежность тракторов и сельхозмашин и способы повышения их долговечности: Сб.научн.тр. ЬЩСП.-Ь1.:1987,с.54...57.

2. Оценка динамической нагруженности поворотных кулаков грузовых автомобилей в процессе эксплуатации//Способы повышения долговечности тракторов и сельхозмашин: Сб.научн.тр. 1.ШСП. -Ы.: 1988,

с.147...151.

3. Сравнительный анализ методов восстановления посадочных шеек поворотных кулаков грузовых автомобилей: Отчет о НИРДИИСП (научный руководитель д.т.н.,профессор Баловнов Г.Г.); №. Гос.регистрации 01860053205; № Инвентарный 02890050182. -М.:1989. -75с.

4. Восстановление изношенных посадочных шеек'поворотных кулаков грузовых автомобилей нанесением .двухслойных покрытий с промежуточным слоем, имеющим низкое сопротивление текучести//Дияаынка и прочность конструкций сельскохозяйственных машин: ьб.научн.тр.ШШСН. -Ы.:1989, с,19...23,