Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Анализ состояния вопроса, цель и задачи исследования 11
1.1. Выбор объекта исследования 11
1.2. Общая характеристика двигателей мототехники 12
1.3. Анализ существующих методов расчета и прогнозирования износа твёрдых тел 16
1.4. Анализ факторов влияющих на износ деталей цилиндро-поршневой группы двигателей внутреннего сгорания 21
1.5. Анализ методов повышения износостойкости поверхностей трения 25
1.6. Анализ условий осаждения композиционных электрохимических покрытий 35
Выводы 3 8
ГЛАВА 2 Теоретическое обоснование возможности повышения износостойкости внутренних поверхностей деталей машин осаждением композиционных электрохимических покрытий 40
2.1. Обоснование количества, размеров и свойств частиц дисперсной фазы в упрочняющем композиционном электрохимическом покрытии 40
2.2. Обоснование условий устойчивости частиц дисперсной фазы в металлической матрице 45
2.3. Алгоритм расчёта износа внутренних цилиндрических поверхностей деталей машин с композиционным электрохимическим покрытием 54
Выводы 60
ГЛАВА 3 Теоретическое обоснование возможности осаждения композиционных электрохимических покрытий с заданным содержанием дисперсной фазы на внутренние поверхности деталей машин 61
3.1. Обоснование связи между содержанием частиц в покрытии и угловой скоростью вращения электролита-суспензии 61
3.2. Осаждение КЭП на вертикально расположенные внутренние цилиндрические поверхности 66
Выводы 69
ГЛАВА 4 Экспериментальное исследование износостойкости деталей цилиндро-поршневой группы двигателей мототехники с упрочняющими композиционными электрохимическими покрытиями 70
4.1. Осаждение композиционных электрохимических покрытий во вращающемся электролите 72
4.2 Осаждение композиционных электрохимических покрытий на внутреннюю поверхность гильз из алюминиевых сплавов с активацией катодной поверхности 77
4.3. Испытания покрытий 84
4.4. Исследование структуры композиционных электрохимических покрытий 85
4.5. Исследование влияния дисперсной фазы на характеристики шероховатости 89
4.6. Исследование влияния дисперсной фазы на коэффициент трения 94
4.7. Исследование износостойкости композиционных электрохимических покрытий 97
Выводы 103
ГЛАВА 5 Практическая реализация результатов исследований 104
5.1. Программа расчёта износа внутренней поверхности цилиндра ДВС с композиционным электрохимическим покрытием 105
5.2. Программа расчёта технологических параметров осаждения композиционного электрохимического покрытия на внутреннюю поверхность цилиндра 110
5.3.Техническая характеристика установки для осаждения композиционных электрохимических покрытий во вращающемся электролите 117
Выводы 118
Заключение 119
Литература
- Общая характеристика двигателей мототехники
- Обоснование условий устойчивости частиц дисперсной фазы в металлической матрице
- Осаждение КЭП на вертикально расположенные внутренние цилиндрические поверхности
- Исследование влияния дисперсной фазы на коэффициент трения
Введение к работе
Актуальность работы.
Повышение надёжности машин непосредственно связано с повышением износостойкости деталей машин. Задача повышения износостойкости конкретного изделия часто решается поверхностным упрочнением.
Перспективные направления развития поверхностно-упрочня-ющих технологий предполагают создание упрочняющих покрытий из разнородных материалов, обладающих как высокой прочностью и достаточной пластичностью, так и повышенной износостойкостью.
Разработка композиционных покрытий и способов их получения является актуальным направлением исследований, связанным с проблемой повышения износостойкости деталей машин. Применение композиционных покрытий позволяет не только повысить эксплуатационные характеристики изделий, но и существенно сократить себестоимость изготовления.
Целью работы является повышение износостойкости внутренних цилиндрических поверхностей деталей машин методом электрохимического осаждения композиционных упрочняющих покрытий.
Поставленная цель достигается в результате решения следующих задач:
-
Анализ существующих способов достижения высокой износостойкости деталей машин.
-
Выявление взаимосвязи концентрации и размеров частиц дисперсной фазы, их устойчивости в металлической матрице с характеристиками контакта.
-
Обоснование возможности осаждения композиционных электрохимических покрытий (КЭП) с заданным содержанием дисперсной фазы на внутренние цилиндрические поверхности деталей машин.
-
Разработка технологии и оборудования для осаждения КЭП с заданными характеристиками на внутренние цилиндрические поверхности деталей машин.
-
Экспериментальные исследования структуры и износостойкости
КЭП.
Научная новизна
-
-
На основе выявленных взаимосвязей между износостойкостью и характеристиками контакта доказано, что наибольшая износостойкость КЭП в условиях упругого контакта достигается при размерах частиц дисперсной фазы, сравнимых с размерами пятна фактического контакта и относительном содержании частиц в покрытии 4-13%..
-
Получена математическая зависимость, связывающая угловую скорость вращения электролита-суспензии с относительным содержанием частиц дисперсной фазы в покрытии на внутренних цилиндрических поверхностях деталей машин, параметрами анодной и катодной поверхностей, технологическими параметрами, характеристиками частиц и параметрами электролита суспензии.
Практическая значимость
-
-
-
Разработаны технология и оборудование для получения КЭП на внутренних цилиндрических поверхностях деталей машин с заданным содержанием ДФ.
-
Разработаны алгоритм и программа расчёта износа цилиндра ДВС с КЭП для автоматизации прогнозирования износа.
-
Проведены опытно-промышленные испытания гильз цилиндров ДВС мототехники с КЭП (Ni-SiC и Ni-Al2O3) на поверхностях трения, которые показали повышение износостойкости в 1,8...2,8 раза по сравнению с гильзами из чугуна ЧХНМД и 1,2.1,6 раза по сравнению с хромированными гильзами.
Методика проведения исследований. Теоретические исследования базируются на основных положениях адгезионно-деформационной теории изнашивания, теории контактного взаимодействия трущихся поверхностей, теории осаждения электрохимических покрытий, гидродинамики суспензий, на использовании методов математического анализа, применении информационных технологий. Экспериментальные исследования базируются на применении методики однофакторного эксперимента и метода малых выборок, использовании современных контрольно- измерительных приборов и оригинальных экспериментальных установок.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
-
-
-
Обоснование концентрации и размеров частиц дисперсной фазы в упрочняющем КЭП.
-
Обоснование условий устойчивости частиц дисперсной фазы в металлической матрице.
-
Обоснование возможности осаждения КЭП с заданным содержанием дисперсной фазы на внутренние поверхности деталей машин.
-
Алгоритм расчёта износа внутренней поверхности цилиндра ДВС с
КЭП.
-
-
-
-
Технология осаждения КЭП с заданными характеристиками на внутренние поверхности деталей машин и оборудование для её реализации.
-
Результаты экспериментальных исследований структуры и износостойкости КЭП.
Реализация работы. Результаты диссертационной работы внедрены в производство при изготовлении опытной партии цельнолитых цилиндров к мототехнике с предполагаемым годовым экономическим эффектом 483700 руб. в ценах 2010 г., а также используются в учебном процессе на кафедре колёсных машин КГТА им В.А. Дегтярёва.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Всероссийской научно-практической конференции ''Гальванотехника, обработка поверхности и экология'', Москва, РХТУ им. Менделеева, 2002;Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и перспективы автомобилестроения в России» - Ижевск, 2008; Научно-технической конференции аспирантов и молодых ученых «Вооружение. Технология. Безопасность. Управление».-Ковров: КГТА, 2007, 2008, 2009, 2010; V международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» - Пенза, 2009; Всероссийской межвузовской научной конференции «Наука и образование в развитии промышленной, социальной и экономической сфер регионов России» - МИВлГУ, 2010, 2011, 2012; Международной научно-практической конференции «Фундаментальные проблемы и современные технологии в машиностроении» - ИМАШ, 2010; Всероссийской научно-практической конференции
«Машиностроение: проектирование, конструирование, расчет и технологии ремонта и производства»- Ижевск, ИжГТУ,2012; на заседаниях кафедр прикладной математики и САПР (КГТА им В.А.Дегтярёва, 2009,2010 г.), колёсных машин (КГТА им В.А.Дегтярёва, 2010, 2011, 2012, 2013г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 24 печатных работы, в том числе 5 статей в журналах рекомендованных ВАК, 3 патента РФ, а также 1 отчёт по хоздоговорной НИР.
Структура и объём работы. Диссертационная работа изложена на 129 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, общих выводов и приложений, содержит 26 рисунков, 3 таблицы и список использованной литературы из 128 наименований.
Работа выполнялась в соответствии с планами научно - исследовательских работ КГТА им. В.А. Дегтярёва, хоздоговорной темой НИР 78/97 и договорами творческого содружества 44-с/03 и 45-с/05 между ОАО завод им. В.А. Дегтярёва и КГТА им.В.А. Дегтярёва.
Общая характеристика двигателей мототехники
Под изнашиванием понимают [28] процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела или накопления его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и формы тела
Износ есть результат изнашивания, определяемый в единицах длины, объема, массы. Износ деталей и узлов трения приводит к ухудшению функциональных показателей машины и, как правило, регламентирует ее ресурс. В результате износа нарушается кинематическая точность механизмов, снижается производительность, уменьшается прочность деталей, увеличиваются расходы на ремонт машины, затраты энергии на производство конечной продукции, появляются не предусмотренные расчетом дополнительные нагрузки, вибрация, шум.
Количественно изнашивание характеризуется скоростью изнашивания у -отношением значения износа А/г к интервалу времени t, в течение которого он возник, или интенсивностью изнашивания / - отношением износа U к обусловленному пути L, на котором происходило изнашивание, или к объему выполненной работы. Обычно для определения износа [40] используют зависимость U=U0+IL, (1.4) где Uo - начальный износ (износ за время приработки); / - интенсивность изнашивания; L - путь на котором происходило изнашивание. Различают мгновенную (в определенный момент времени) и среднюю скорость изнашивания (за определенный интервал времени).
Под износостойкостью понимают свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения, оцениваемое величиной, обратной скорости или интенсивности изнашивания. Значения износостойкости на практике колеблются в широких пределах 103...1013. Наибольшее распространение получила следующая классификация видов изнашивания по характеру воздействия на поверхность трения и протекающих на ней процессов при эксплуатации машин [117]: механическое изнашивание — абразивное; гидроабразивное (газоабразивное); гидроэрозионное (газоэрозионное); кавитационное; усталостное; изнашивание при фреттинге; изнашивание при заедании; коррозионно-механическое — окислительное; изнашивание при фреттинг-коррозии; электроэрозионное; водородное изнашивание. Под механическим изнашиванием понимают изнашивание в результате механического воздействия, в отличие от коррозионно-механического изнашивания, при котором механическое воздействие сопровождается химическим и (или) электрохимическим взаимодействием материала со средой. При абразивном изнашивании изнашивание материала происходит в результате режущего или царапающего действия твердых частиц. Такими частицами могут быть микро выступы более твердой сопряженной поверхности, твердые частицы грунта, металлической стружки, оксидной пленки, песка и т.д., попавшими в контакт сопряженных деталей. Твердые частицы могут находиться в закрепленном или свободном состоянии.
При гидроабразивном (газоабразивном) изнашивании абразивное изнашивание происходит в результате действия твердых частиц, увлекаемых потоком жидкости.
Гидроэрозионное (газоэрозионное) изнашивание — изнашивание поверхности тела под воздействием потока жидкой или газовой среды.
Усталостное изнашивание — механическое изнашивание в результате усталостного разрушения при повторном деформировании микрообъемов материала поверхностного слоя. Этот процесс имеет скрытый латентный период, вследствие которого происходит накопление повреждений внутри материала.
Кавитационное изнашивание возникает при перемещении потока жидкости относительно поверхности твердого тела в случае разрыва сплошности этой жидкости, образования каверн, заполненных газом (паром), и последующего захлопывания каверн вблизи поверхности с большой скоростью. При этом ударные волны многократно воздействуют на участок поверхности и приводят к усталостному разрушению последней.
Изнашивание при фреттинге имеет место при малых многократных колебательных относительных перемещениях сопряженных деталей.
Изнашивание при схватывании (заедании) возникает в результате локального соединения двух твердых тел вследствие действия молекулярных сил, последующего глубинного вырывания материала с одной поверхности и переноса его на другую. Этот вид изнашивания имеет место при сухом трении, при разрыве масляной пленки, обнажении и взаимодействии ювенильных поверхностей материалов. При скольжении схватывание на локальных участках может распространяться на большие площади контакта, вызывая глубинное вырывание материала, задир и заедание узла трения. Последнее может завершиться прекращением относительного движения деталей.
Окислительное изнашивание — вид коррозионно-механического изнашивания, при котором главную роль играют химические реакции материала с кислородом воздуха или окислительной средой и механические свойства образовавшихся на поверхности оксидных пленок. Оксидные пленки в ряде случаев защищают металл и предотвращают схватывание. При трении в условиях смазки металлическая поверхность окисляется кислородом, растворенным в масле. Оксидные пленки, постепенно разрушаются и возникают снова.
Обоснование условий устойчивости частиц дисперсной фазы в металлической матрице
В процессе эксплуатации деталей машин, имеющих поверхности с композиционными электрохимическими покрытиями, работающими в условиях трения скольжения, важным является вопрос устойчивости частиц дисперсной фазы в основном металле покрытия (металлической матрице). Если под действием сил, действующих в процессе трения, частицы дисперсной фазы будут разрушаться или отрываться от матрицы, характер трения и износа изменится, т.к. в процессе трения и износа будут участвовать свободные абразивные частицы.
Положим, что частицы дисперсной фазы, равномерно распределённые в металлической матрице, имеют шарообразную форму, а диаметр частиц сравним с диаметром фактического пятна контакта. В процессе трения имеет место дискретный контакт частицы с шероховатой поверхностью контртела, при котором место приложения равнодействующей сил давления на частицу изменяется (рис.2.1). В условиях трения скольжения частицы, контактирующие с контртелом, получают вид шарового сегмента с радиусом - Rf и высотой - hf (рис. 2.2). Рис.
Схема сил действующих на частицу в процессе трения: а) неровность контртела надвигается на частицу; б) неровность контртела сдвигается с частицы; P - сила давления; Fc - сила сдвига; Rk- радиус круга контакта; hf - высота частицы; Rf -радиус частицы; Lk - высота сегмента контакта; Ак - площадь контакта частицы с контртелом; V - направление движения контртела; Rp -расстояние от точки приложения равнодействующей сил давления на частицу до центра круга контакта. Сила давления на частицу в этом случае определяется как Р = РЛ , где Р - сила давления на частицу; рг - фактическое давление в процессе трения, Ак - площадь контакта частицы с контртелом. Фактическое давление может быть определено из соотношения (2.2). Величина площади контакта определяется из выражения, Л = Rk2 aiccos((Rk -Lk)IRk)-Rk{Rk - Lk) sin(arccos(( -Lk)IRk)), где Rk- радиус круга контакта; Lk- высота сегмента контакта, изменяющаяся в пределах от 0 до 2Rk при надвигании неровности контртела на частицу, и от 2Rk до 0, когда неровность сдвигается с частицы Радиус Rk, определяется из соотношения Rk= Rl2-{Rf-ht)\ Допустим, что точка приложения силы Р находится в центре тяжести площади Ак. Тогда расстояние от оси симметрии частицы до точки приложения силы Р определяется из зависимости RP = Rk Lp в которой величина Lp определяется из уравнения Rk2 mccos((Rk -Lk)IRk)-Rk(Rk -Lk)sin(arccos(( -Lk)IRk))-2(Rk2 arccos((Д, -Lp)IRk)-Rk(Rk -Lp)sin(arccos(( , -Lp)/Rk))) = 0
При действии контртела создаётся крутящий момент MP=PRP, стремящийся повернуть частицу относительно центра вращения, за который можно условно принять центр сферы радиусом Rf. Сила Fc=fP, действующая на поверхности контакта стремится сдвинуть частицу относительно матрицы и повернуть её относительно центра вращения, создавая крутящий момент MT=Fc(Rf-hf).
Соответственно система уравнений определяющих неподвижность частицы в матрице может быть представлена в виде: PR = Р2 +Fc2 FRRf = PRF + Fc(Rf - hf) (2.19) ИЛИ FRRf =-PRp+Fc(R, -hf) (2.20) где PR, - равнодействующая реакций матрицы на действие нормальной и тангенциальной сил; FR - равнодействующая сил сопротивления сдвигу на поверхности контакта частицы и матрицы. Уравнение (2.19) определяет равнодействующую сопротивления сдвигу в период, когда неровность контртела надвигается на частицу (см. рис. 2.2, а), а уравнение (2.20), когда эта неровность сдвигается с частицы (см. рис. 2.2, б).
Если принять, что Р и Fc воспринимаются поверхностью контакта частицы и контртела, а суммарный крутящий момент вызывает сдвиговые напряжения на всей поверхности контакта частицы и матрицы, то можно записать: а, = yip,2 +(Fc/Ak)2 = р; + (fpr J = р, ф + f2 tk={PRp+JP{Rj-hf))IAmRf rk=(-PRp+JP(Rf-hr))/AmRf, где Gf- напряжения сжатия, тк - напряжения сдвига в зоне контакта частицы и матрицы от действия нормальной и тангенциальной сил. Площадь поверхности контакта частицы с металлом матрицы - Ат определяется из соотношения Ат = 2nRfhf Устойчивость частицы в матрице будет сохраняться при следующих условиях: af a_u; (2.21) тк т.ч; (2.22) {« -\т\ (2.23) Ч и ; (2.24) af a_]k; (2.25) г, г 1А (2.26) где cr.if, а.\т G.]k - предел прочности при циклической нагрузке материала частиц, металла матрицы и зоны контакта частицы и матрицы соответственно; т.і/,, т.іт, т_]к - предел устойчивости при циклических сдвиговых напряжениях материала частиц, металла матрицы и зоны контакта частицы и матрицы соответственно. Предел прочности при циклической нагрузке определяется [60] выражением т_,= (0,5 - 0,000\а0)о0, {2.21) где т0- предел прочности при статической нагрузке. Предел устойчивости при циклических сдвиговых напряжениях определяется [60] выражением г_, =(0,5...0,6) 7_, , Величина критического напряжения вызывающего разрушение частицы при скольжении определяется [60] выражением 11 8(1-2/0 где /л - коэффициент Пуассона. Величину сткр следует подставлять в выражение (2.27) вместо а0 при определении устойчивости частицы по условию (2.21). Принимая в зависимости (2.27) о0=ак получим условие (2.26) в виде: тк (0.5...0.6)(0.5 - 0.0001 ак) ак , где ак - предел прочности зоны контакта металла матрицы и частицы. При несоблюдении условий (2.21) и (2.22) частица может разрушиться, при несоблюдении условий (2.24) и (2.26) возможен отрыв частицы от металла матрицы и превращение её в свободную абразивную частицу. При несоблюдении условий (2.23) и (2.25) абразивная частица будет вдавливаться в металл матрицы и контакт будет происходить как по поверхности частицы, так и по поверхности металла матрицы (в пределах пятна контакта). Условия (2.21)-(2.24) достаточно легко выполняются при выборе материалов матрицы и дисперсной фазы, т.к. пределы прочности известных материалов определены достаточно точно.
Выполнение условий (2.25) и (2.26) может быть сопряжено со значительными трудностями, так как предел прочности зоны контакта металла матрицы и частицы обычно определяется экспериментально [52].
Осаждение КЭП на вертикально расположенные внутренние цилиндрические поверхности
В работах, посвященных осаждению композиционных упрочняющих покрытий [15, 103], отмечается, что количество частиц дисперсной фазы (ДФ) может изменяться в значительных пределах по толщине покрытия, обеспечивая тем самым нестабильность характеристик покрытия. Исследования, посвященные определению влияния катодной плотности тока, концентрации частиц ДФ, температуры, интенсивности перемешивания и рН электролита-суспензии (ЭС) [16], показали что, изменяя условия электролиза, можно улучшить равномерность распределения частиц ДФ в покрытии и, в определённой степени, регулировать их содержание. Однако такой путь регулирования содержания частиц ДФ в покрытии представляется достаточно сложным, учитывая то, что качественное осаждение основного металла покрытия обычно эффективно реализуется в достаточно узком диапазоне изменения технологических параметров. При перемешивании электролита-суспензии мешалками или другими способами с целью предотвращения седиментации создаётся перемещение частиц ДФ в неопределённых направлениях. В этих случаях перенос частиц на поверхность катода имеет случайный характер, и количество включающихся в покрытие частиц не поддаётся регулированию. Для того чтобы иметь возможность регулировать содержание частиц в покрытии требуется создать направленное перемещение частиц. При осаждении КЭП на внутренние цилиндрические поверхности это возможно путём придания электролиту-суспензии вращательного движения [91]. В этом случае частицы ДФ под действием центробежных сил перемещаются к катоду по траектории аналогичной спирали Архимеда, при контакте с поверхностью катода они останавливаются и врастают в кристаллизующийся осадок. Количество подведённых к поверхности катода частиц зависит от скорости вращательного движения, концентрации частиц в электролите и времени осаждения покрытия. Достигающие поверхности катода частицы попадают в пограничный слой электролита, имеющий ламинарный характер течения и при размерах меньше толщины этого слоя [11, 52] остаются неподвижными на поверхности. В результате обеспечивается возможность зарастания частиц кристаллизующимся осадком. Предположим, что все частицы ДФ, которые достигли поверхности катода, включаются в покрытие.
Связь между содержанием частиц в покрытии с угловой скоростью вращения ЭС получена на основе следующих соображений. При вращении ЭС на частицы, находящиеся в межэлектродном пространстве, действуют силы, вызывающие диффузионный, электрофоретический и конвективный перенос. При осаждении КЭП на внутреннюю цилиндрическую поверхность конвективный перенос определяется в основном скоростью течения ЭС, направленной вдоль оси поверхности, скоростью радиального перемещения, вызванного центробежными силами, и вертикально направленной скоростью седиментации под действием силы тяжести частицы и подъёмной силы. Диффузия и электрофорез оказывают незначительное влияние на перенос частиц [15], поэтому их влиянием можно пренебречь.
Рис. 3.1 Схема осаждения частиц дисперсной фазы во вращающемся электролите: 1 - частица; 2 - анод; 3 - катод; 4 - пластины вращающиеся; VI — осевая скорость течения ЭС; V2 - центробежная (радиальная) скорость течения ЭС; Vc - скорость седиментации частиц ЭС; h - расстояние от частицы до поверхности катода; Rk -радиус катодной поверхности; Lk - длина катодной поверхности.
Для определения скоростей движения частицы рассмотрим схему (рис.3.1), в которой осевая скорость течения электролита - V\ направлена по координатной оси X, являющейся осью цилиндрической поверхности. Скорость седиментации - Vc расположена в плоскости X, Z и направлена относительно оси X под углом а, центробежная скорость - V2 расположена в плоскости Y, Z под углом Р к оси Z. Рассматриваемая частица расположена в начале системы координат на расстоянии h от поверхности катода. Углы а и ft могут принимать значения в пределах 0-360 .В этом случае скорость радиального перемещения частицы Vr=V2+Vcsina cos/З, а скорость осевого перемещения V0=Vj + Vccosa. За время t=h/Vr частица достигнет поверхности катода, переместившись за это же время вдоль оси отверстия на расстояние l=tV0 или /= hVJVr. Частица осядет на поверхность катода в том случае, если будет выполняться условие LK hVyVn (3.1) где LK - длина поверхности катода, на которую осаждается покрытие.
Исследование влияния дисперсной фазы на коэффициент трения
Образцы для испытаний вырезались из цилиндровых втулок (рис. 4.4). Для экспериментов использовались образцы из чугуна ЧХНМД, применяемого для серийных цилиндровых втулок, образцы, вырезанные из алюминиевых втулок с хромовым покрытием, образцы с КЭП, структура которых показана на рис. 4.5, образцы с КЭП, структура которых показана на рис. 4.6.
Контртело изготавливалось из чугуна ЧХНМД, стали45 и стали45 с покрытием из твёрдого хрома. Диаметр контактной поверхности контртела-1,5мм. Нормальная нагрузка на контртело обеспечивалась мерными грузами (0,24; 0,6; 1,0)кг, что соответствует номинальному давлению (1,3; 3,4; 5,7)МПа. Этот диапазон изменения давления соответствует изменению давления верхнего поршневого кольца на зеркало цилиндра, определённому из индикаторной диаграммы. Сила трения покоя определялась тангенциальной силой приводящей к предварительному смещению образца. Сила трения скольжения определялась тангенциальной силой, приводящей к скольжению образца относительно контртела после предварительного смещения. Тангенциальная сила определялась по величине удлинения упругого элемента, соединенного с подвижной платформой, к которому приложена сдвигающая нагрузка. Предварительно упругий элемент тарировался. В процессе тарирования к упругому элементу прикладывалась определённая нагрузка - Р и фиксировалось соответствующее удлинение упругого элемента - Л1.
В таблице 4.2 приведены значения коэффициентов трения скольжения без смазки (верхняя строка) и со смазкой (нижняя строка) для различных пар трения. В качестве смазки использовалось моторное масло для двухтактных двигателей SAE 15W-40. 4.2
Анализ результатов экспериментов показывает: 1. Введение в никелевую матрицу 4% частиц карбида кремния с средним размером 5 мкм снижает коэффициент трения в среднем на 5-7% в условиях сухого трения и на 1,5- 2% при трении со смазкой. 2. Введение в никелевую матрицу 4% частиц корунда с средним размером 15 мкм снижает коэффициент трения на 16-20% в условиях сухого трения и на 10-16% при трении со смазкой. 3. Введение в никелевую матрицу 13% частиц корунда с средним размером 15 мкм снижает коэффициент трения на 20-25% в условиях сухого трения и на 17- 21% при трении со смазкой. 4. Введение в никелевую матрицу 12% частиц карбида кремния с средним размером 15 мкм снижает коэффициент трения в среднем на 26-31% в условиях сухого трения и на 20-24% при трении со смазкой. 5. Характер изменения коэффициентов трения при трении по чугуну, стали и хрому для КЭП с различным содержанием ДФ идентичен.
Введение в никелевую матрицу 4- 13% карбида кремния или корунда с зернистостью 15мкм снижает коэффициент сухого трения на 16-30%, при трении со смазкой коэффициент трения снижается на 10-24%.
Испытания полученных КЭП на износ проводились на специальном стенде (рис 4.12), в условиях сухого трения по схеме с возвратно-поступательно движущимися образцами (рис.4.11). Для сравнения испытаниям на износ подвергались образцы с хромовыми покрытиями и образцы, вырезанные из серийных цилиндровых гильз.
Образцы для испытаний вырезались из цилиндровых гильз по схеме (рис.4.4). Контртело изготавливалось из чугуна ЧХНМД, диаметр контактной поверхности контртела -1,5мм. Скорость возвратно-поступательного движения образца -160м/мин. Давление на контртело принималось Р =5,6 МПа, что соответствует максимальному давлению верхнего поршневого кольца на зеркало цилиндра, определённому из индикаторной диаграммы. Заданное давление обеспечивалось мерными грузами. Контроль износа проводился по глубине канавки износа с помощью микроскопа OLYMPUS - GX71 с точностью 0,01 мкм. В таблице 4.3 приведены средние арифметические значения начального износа - Uo , полученные после приработки в течение 7 часов, износа - U, полученные после трения в течение 60 часов и износа Up, рассчитанного по методике, приведённой в параграфе 2.3, при исходных данных, соответствующих условиям эксперимента, с учётом экспериментально определённого значения U0. Поле рассеивания значений U0 6с=0,36 мкм, поле рассеивания значений U 6ст=0,44 мкм.
Похожие диссертации на Повышение износостойкости внутренних цилиндрических поверхностей деталей машин методом электрохимического осаждения композиционных покрытий
-
-
-
-
-
-
-
-
-
