Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Применение газотермического напыления в технологии изготовления защитных втулок узлов уплотнений с целью повышения их работоспособности Березин Евгений Кимович

Применение газотермического напыления в технологии изготовления защитных втулок узлов уплотнений с целью повышения их работоспособности
<
Применение газотермического напыления в технологии изготовления защитных втулок узлов уплотнений с целью повышения их работоспособности Применение газотермического напыления в технологии изготовления защитных втулок узлов уплотнений с целью повышения их работоспособности Применение газотермического напыления в технологии изготовления защитных втулок узлов уплотнений с целью повышения их работоспособности Применение газотермического напыления в технологии изготовления защитных втулок узлов уплотнений с целью повышения их работоспособности Применение газотермического напыления в технологии изготовления защитных втулок узлов уплотнений с целью повышения их работоспособности Применение газотермического напыления в технологии изготовления защитных втулок узлов уплотнений с целью повышения их работоспособности Применение газотермического напыления в технологии изготовления защитных втулок узлов уплотнений с целью повышения их работоспособности Применение газотермического напыления в технологии изготовления защитных втулок узлов уплотнений с целью повышения их работоспособности Применение газотермического напыления в технологии изготовления защитных втулок узлов уплотнений с целью повышения их работоспособности Применение газотермического напыления в технологии изготовления защитных втулок узлов уплотнений с целью повышения их работоспособности Применение газотермического напыления в технологии изготовления защитных втулок узлов уплотнений с целью повышения их работоспособности Применение газотермического напыления в технологии изготовления защитных втулок узлов уплотнений с целью повышения их работоспособности
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Березин Евгений Кимович. Применение газотермического напыления в технологии изготовления защитных втулок узлов уплотнений с целью повышения их работоспособности : диссертация ... кандидата технических наук : 05.03.01, 05.02.01.- Нижний Новгород, 2003.- 197 с.: ил. РГБ ОД, 61 03-5/3957-4

Содержание к диссертации

Введение

1. Состояние вопроса и постановка задач Исследования 6

1.1. Качество газотермических покрытий 6

1.2. Процессы формирования газотермических покрытий 8

1.3. Структурное состояние системы «напыленный слой-основной материал» 13

1.4. Сопротивление разрушению материалов с газотермическими покрытиями 19

1.5. Методы определения прочности соединения газотермических покрытий с основой 26

1.6. Износостойкость покрытий в паре трения 37

1.7. Виды уплотняющих устройств 51

1.8. Выводы 58

2. Методика исследований 61

2.1. Материалы покрытий 61

2.2. Технология газотермического напыления 63

2.2.1 Режимы механической обработки оплавленых газотерми Ческих покрытий 65

2.3. Исследование структуры и качества покрытий 66

2.3.1.Микроструктурный анализ 66

2.3.2.ЭХО-импульсивный акустический метод 66

2.3.3.Аппаратно-программные средства для качественной оценки Адгезии покрытий 69

2.3.4.Применение спектрально-акустического метода для оценок Качества газотермических покрытий деталей 70

2.4. Методика исследования триботехнических характеристик Материалов и покрытий 78

2.4.1. Установка для испытания на трение и износ 78

2.4.2. Технология изготовления образцов и методика Их испытаний 79

3 Эксплуатационные свойства защитных втулок с Газотермическими покрытиями 81

3.1. Анализ работы и повреждений защитных втулок горячих Нефтеперекачивающих насосов 81

3.2. Апробация спектрально-акустической методики качественной оценки адгезионных характеристик газотермических покрытий 89

3.3. Результаты исследований микроструктуры материалов основы ипокрытий 98

3.4. Износостойкость защитных втулок с газотермическими покрытиями 109

3.5. Выводы 115

4. Физико механические процессы изнашивания защитных Втулок с газотермическими покрытиями 118

4.1. Прогнозирование способности металлов избирательному Переносу в узлах трения 119

4.2. Сопротивление износу газотермических покрытий 136

4.3. Механизмы водородного изнашивания защитньгх втулок 143

4.4. Выводы 146

5. Технологические особенности изготовления и Ремонта защитных втулок с газотермическими Покрытиями 148

Основные выводы : 156

Список литературы 158

Приложение

Введение к работе

Важным резервом экономии материальных и трудовых ресурсов является газотермическое напыление металлических материалов, позволяющее резко повысить срок службы изделий, и так же улучшить их эксплуатационные характеристики, снизить стоимость ремонта и восстановить геометрические параметры изношенных деталей. Газотермическое напыление - наиболее перспективная и интенсивно разрабатываемая в настоящее время технология, обеспечивающая покрытие деталей с заданными физико-механическими свойствами поверхности и дающая возможность использования для их изготовления менее дефицитных, взамен дорогостоящих, конструкционных материалов.

Надежность и долговечность большинства машин и оборудования ограничивается износом подвижных соединений деталей. Повышение износостойкости деталей реализуется в основном путем выбора смазочных материалов и разработкой различных технологических мероприятий и оптимизацией конструкции узловых соединений [1].

За счет газотермических покрытий уменьшается трудоемкость ремонтных работ и расход запасных частей, сокращаются затраты труда и времени на приработку и обслуживание машин, снижается расход смазочного материала.

Нанесение защитных газотермических покрытий из сплавов с высокими эксплуатационными свойствами на рабочие поверхности деталей, изготовленных из дешевых конструкционных материалов, является одним из наиболее эффективных способов повышения срока службы тяжело нагруженных конструкций.

Прочность и износостойкость газотермических покрытий значительно зависят от химического состава .и структуры материалов основы и порошка, параметров технологии напыления и предварительной обработки поверхности деталей.

Однако, в большинстве случаев отсутствуют методики оптимизации режимов технологии напыления и прогнозирования получаемых при этом свойств газотермических покрытий. Поэтому часто с помощью эксперимента приходится подбирать материал порошка, а также технологические параметры напыления, чтобы обеспечить или увеличить ресурс стальных деталей за счет газотермического покрытия с учетом условий работы конструкций и машин.

Выбор материала антифрикционных покрытий является особенно сложной задачей, так как обусловлен режимами работы и материалами деталей сопряжения. Существующие методы расчета на износ не дают стабильного и приемлемого для эксплуатации результата. Традиционные методы увеличения износостойкости поверхности деталей повышением ее твердости во многих случаях не оправдываются, поскольку при высокой твердости материала на малых участках фактического контакта по ряду причин (перекосов, шероховатости и волнистости поверхности и других) при трении возникают высокие давления, приводящие к интенсивному разрушению.

В настоящее время практически отсутствуют надежные критерии для оптимизации состава и структуры газотермического покрытия и прогнозирования его работоспособности в условиях трения. Вследствие зависимости прочности и износостойкости газотермических покрытий от множества факторов, связанных со свойствами соединяемых материалов и параметрами технологии напыления, их величины чаще всего определяются экспериментально.

В связи с этим исследование свойств и структуры газотермических покрытий является актуальным.

Цель работы. Повышение износостойкости и надежности защитных втулок узлов уплотнений путем газотермического напыления их рабочих поверхностей.

Основные положения, которые автор выносит на защиту:

результаты анализа причин потери работоспособности защитных

втулок узлов уплотнения горячих нефтеперекачивающих насосов;

разработанную методику оценки адгезионных характеристик

покрытий на образцах и деталях, независимую от их конструктивных

особенностей;

установленные закономерности изменения триботехнических

характеристик газотермических покрытий в зависимости от состава

материалов и условий работы пары трения;

установленную зависимость между коэффициентом трения и

деформационного упрочнения материалов, аппроксимируемую

уравнениями и позволяющую оценить склонность металлов

различным типом кристаллической решетки к избирательному

износу;

разработанный технологический процесс изготовления втулок с

применением газотермического покрытия.

Автор выражает глубокую благодарность доц., к.т.н. Ю.И. Матвееву за консультации и помощь при проведении экспериментальных работ, а также за участие в обсуждении их результатов; доцентам к.т.н. Т.В. Молочной и В.В. Глебову за помощь в работе и консультации; к.т.н. А.Л. Углову за участие в разработке методики оценки адгезии.

Процессы формирования газотермических покрытий

Процесс газотермического напыления включает генерацию потока плазмы, тепломассообмен и обмен импульсом между высокотемпературным несущим потоком и дисперсной фазой, теплообмен с основой, формирование слоя напыленного материала.

Физический контакт частиц с основой, обусловленный пластическим деформированием микрорельефа поверхности в момент удара о нее частиц, предшествует химическому их взаимодействию и определяет фактическую площадь контакта, на которой формируются прочные связи [4, 3].Соединение частицы с подложкой является чрезвычайно сложным процессом, зависящим от многих факторов [2, 3, 14, 15], главными из которых оказываются температура контакта, длительность взаимодействия и давление, действующее в зоне контакта [16-19].

Во время соударения с основным металлом частица сильно деформируется, а её кинетическая энергия переходит в тепло и работу деформации [4, 15]. На гладкой поверхности имеет место значительное радиальное скольжение, которому противостоят силы поверхностного натяжения. На шероховатой поверхности частица сплющивается параллельно среднему уровню и вдоль поверхностей, а на микровыступах добавляется нормальная составляющая к поверхности, ограничивающая распространение капли.При плазменном напылении скорость частиц достигает 100-200 м/с [5], поэтому в зоне удара частиц возникает высокое давление, которое вместе с высокой температурой определяет движущую силу физико-химического взаимодействия.

Удар частицы о поверхность длится около 10"7с, и в течение этого времени действует давление в зоне контакта, которое является ответственным за деформацию и образование связей [3,16, 20-22].

Согласно данным [5, 23, 24] большая величина импульсного давления способствует очистке поверхности подложки в месте удара и приводит материал частицы и подложки в физический контакт за время 10"9с. В реальных условиях напыления при скорости частиц 100-150 м/снапорное давление может составлять 50-100 МПа при длительности действия 10" -10" с.

Температура в зоне контакта, наряду со скоростью частиц, активизирует физико-химические процессы в межфазовой зоне [3].Контактная температура устанавливается за счет передачи тепла ударяющимися о поверхность подложки частицами, а таюке тепла, переданного потоком газа (до 500-600 К). Основное количество тепла в зону контакта сообщают высокотемпературные частицы, и дополнительное выделение тепла в контактной зоне происходит при ударе частиц о поверхность основы и ее деформации [5, 22].Рассчитано [24], что нагрев подложки из Fe, обусловленный ударным сжатием при напылении Ni, достигает 50С при скорости частиц около 300 м/с.

Взаимное термическое влияние частиц весьма значительно сказывается на условиях формирования покрытия, а, следовательно, и на его свойствах. Установлено [23], что повышение температуры при образовании первого слоя покрытия приводит к увеличению прочности сцепления. Возрастание температуры при формировании последующих слоев влечет за собой рост когезии, уменьшение скорости охлаждения частиц, изменение условий их взаимодействия между собой и соответствующие изменения структуры покрытия.

Стадия интенсивного развития объемного взаимодействия при газотермическом напылении, вследствие быстротечности процесса, успевает пройти главным образом по дислокациям, малоугловым границам зерен и другим дефектам структуры [25, 26]. Пластическая деформация материала и высокая температура в контакте (свыше 0,6 Тт материала частицы) способствуют диффузии [27-32].

Таким образом, площадь контакта , расширяется благодаря облегченной подвижности адсорбированных атомов и атомов,находящихся в приповерхностных слоях, за счет повышения дефектности, плотности и скорости движения дислокаций в деформированном металле [4, 26,28].

В случае поверхностной диффузии перенос вещества осуществляется также вследствие диффузии атомов на поверхности - от выпуклых ее участков к вогнутым.

Энергетические условия, существующие при газотермическом напылении, благоприятствуют объемному взаимодействию покрытия с основой. Хотя простыми методами анализа трудно обнаружить наличие переходной зоны [33], но тем не менее доказано [4, 26], что процессы самодиффузии активно протекают в результате нагрева и рекристаллизации металла основы и покрытия.

Одновременно с диффузией во время взаимодействия частиц и подложки могут образовываться интерметаллиды [34]. Например, при напылении W, Мо и Ті на границе с подложкой из Fe наблюдаются диффузные и реактивные процессы. Образование промежуточных фаз NbFe2, ZrFe2 имеет место и при напылении Nb, Та, Zr и других металлов.

Рентгеноструктурный анализ [35] показывает, что при напылении Ni и Сг получаются широкие диффузионные зоны, равные 8-9 мкм, а Мо -порядка 1 мкм. Разрушение композиции с покрытием из Ni происходит между покрытием и основой, с покрытием из W - между покрытием и переходной зоной, с покрытием из Мо - по покрытию. Состав переходной зоны между покрытием и основой соответствует: для вольфрама Fe2W-или FQJWG, ДЛЯ молибдена - Fe2Mo[36].

Изучены также явления, происходящие в плакированной частице по мере ее нагрева, на примере двухслойной твердой частицы, состоящей из алюминиевого ядра и никелевой оболочки [18].Установлено, что процесс взаимного растворения этих элементов носит диффузионный характер. При этом выделяются четыре этапа в процессеэволюции внутренней структуры частицы до момента ее полного расплавления (рис. 1.1). Первоначально существует двухслойная твердая частица из ядра А1т и оболочки Nij.

Технология газотермического напыления

Поверхность деталей и образцов должна быть чистой, без следов ржавчины, окислов, коррозии, масла и других загрязнений. С целью обеспечения максимальной прочности сцепления она подвергается струйно-абразивной обработке электрокорундом №№ 80-120 ГОСТ 3647-80 в соответствии с ОСТ 5.9229-81 при давлении сжатого воздуха 0,4-0,6 МПа до шероховатости не менее Rz= 40-80 мкм по ГОСТ 2789-73. После абразивной обработки детали и образцы обдуваются сжатым воздухом.

Газотермическое напыление порошковых материалов при грануляции 40-100 мкм осуществляется на установке швейцарской фирмы «Castolin» Швейцария и плазмотроне ПП-25 Ржевского завода. Толщина напыляемого слоя учитывает величину припуска 0,4-0,5 мм на механическую обработку, возможные нежелательные неравномерности 0,1-0,15 мм по толщине слоя в окружном и осевом направлении, усадку напыленного слоя до 25-30% после его оплавления и до 0,06-0,1% от его толщины в процессе естественного охлаждения.

Толщина напыляемого слоя составляет 0,05-0,1мм за один проход плазмотрона со скоростью 0,2 мм/мин. Толщина нанесенного покрытия определяется специальными приборами - толщиномерами. Она находится в пределах 1,2-1,8 мм.

Проводится промежуточный контроль визуально и с помощью мерительного инструмента на наличие макродефектов и деформаций. Затем осуществляется газопламенное оплавление покрытий при температурах 1050 и 1380 С газокислородной горелкой с сетчатым мундштуком после предварительного нагрева до 250 С равномерно всей поверхности детали.

Окончательный контроль качества для выявления микротрещин, сколов, отслоений, раковин и других дефектов производится визуально, цветным методом (ГОСТ 18442-80, ГОСТ 24522-80, ОСТ 26-5-88), микроструктурным анализом и специально разработанным эхо-импульсивным акустическим способом.

После него образцы и детали с покрытиями обрабатываются до чистоты поверхности Ra = 0,63 мкм.

Механическая обработка газотермических покрытий, обладающих высокими твердостью и вязкостью, является трудоемкой операцией. Рекомендуемые фирмой Castolin приблизительные параметры механической обработки твердосплавным KOI; К10 резцом приводятся в приложении. В производстве на наших предприятиях для обработки труднообрабатываемых высокопрочных и жаростойких материалов, а также закаленных сталей с HRC=55-64 используется твердый сплав вольфрамовой группы ВК8 (в% 92WC; 8Со) ГОСТ 3882-74, который имеет высокие прочность на изгиб и износостойкость, хорошее сопротивление ударам и вибрациям. Обточка резко закаленной стали ведется твердыми сплавами ВК8 со скоростью 20 м/мин при стойкости 60 минут. В случае обработки стали с высокими скоростями резания стружка постоянно контактирует с передней поверхностью инструмента, что способствует ее интенсивному износу при обработке закаленных сталей. Для твердосплавных резцов применяется передний угол -5 при подаче 0,2 мм, что согласуется с рекомендациями фирмы Castolin.

С целью сокращения времени и числа операций при механической обработке покрытия ПГ-10Н-01 нами проведен целый ряд однофакторных экспериментов по выбору материала и геометрии заточки режущего инструмента и режимов резания [99, 163].

Лучшие результаты при точении покрытия ПГ-10Н-01 показывают резцы с твердосплавными пластинами из ВК8.

Максимальная производительность при стойкости инструмента Г= 30 мин соответствует скорости резания V= 20-28 м/мин проходным резцом, для которого передний угол у = -5, главный угол в плане (р = 60; радиус при вершине г = 2,5 мм (рис. 3.18). Глубина резания и подача приточении покрытия ПГ-10Н-01 защитных втулок составляет 0,2-0,25 мм и 0,12-0,15 мм/об, соответственно.

Апробация спектрально-акустической методики качественной оценки адгезионных характеристик газотермических покрытий

Апробация спектрально-акустической методики качественной оценки адгезионных характеристик газотермических покрытийКачественная оценка адгезионных характеристик газотермических покрытий по разработанной методике проводилась на образцах и реальных деталях из различных материалов (табл. 3.1).

На образец № 1 из стали 45 методом газопламенного напыления с одновременным оплавлением нанесено одностороннее покрытие из ПН73Х16СЗРЗ, причем для ухудшения адгезии предварительно на частьповерхіїости основы вала специально была нанесена масляно-графитоваяпленка.Зондирование акустическими импульсами проводилось с обеих сторон образца. Соответствующие осциллограммы и спектрограммы приводятся на рис. 3.7-3.9 для разных зон образцов.

Для образца № 1 (табл. 3.1) определены все участки с ухудшенной адгезией на основе анализа полученных результатов (рис. 3.7, а-г).

Рис. 3.9, г. Вкладыш подшипника с плазменным покрытием Б83, хорошая адгезия, зондирование со стороны покрытия, зона № Характер акустической информации с плавным переходом от покрытая к материалу основы детали указывает на гораздо более высокую адгезионную прочность покрытия Б83 по сравнению с предыдущими случаями.

Контроль качества адгезии спектрально-акустическим методом по предложенной методике проведен на образцах, изготовленных для исследования покрытий на машине трения СМТ-1 (см. с. 89). Образцы имеют хорошую адгезию покрытия к основе (рис. ЗЛО, 3.11, 3.12).

Апробация спектрально-акустической методики подтверждает возможность ее использования для качественной оценки структурного состояния покрытий различных деталей, независимо от их кон струї ;тивных Таким образом, в результате наводороживания цементит стали превращается в губчатый дефект с пониженными величинами твердости. Защитные втулки нефтеперекачивающих насосов изготавливаются в основном из высоколегированной хромистой коррозиостойкой стали мартенситного класса марки 95X18 ГОСТ 5632-72, которая после закалки с низким отпуском имеет твердость HRC55 (ГОСТ 5949-75).

Сталь 95X18 является дефицитной и дорогостоящей, она склонна к трещинообразованию при закалке. Коэффициент использования при изготовлении втулок в АО «НОРСИ» не превышает 0,4.

В нефтеперекачивающих продуктах, которые одновременно служат смазочным материалом для насоса, присутствует некоторое количество примесей коррозионно-активных соединений серы (меркаптанов). Вследствие высокой сорбционной способности они могут накапливаться на тр}тцейся поверхности защитной втулки. Однако, при допустимом содержании в топливе эти соединения не вызывают коррозии деталей.

Изучение фрактографии излома гильзы из стали 95X18, диаметром 85 мм с толщиной стенки 8-3,5 мм, показывает, что трещина зарождается с наружной поверхности детали (рис. 3.1), а затем распространяется на глубину 40-50% от толщины гильзы. Зона долома составляет 60-50%. На наружной поверхности втулки наблюдаются трещины и задиры (рис. 3.2 и 3.3). Кольца, вырезанные из концевых участков гильзы, раскрываются (рис. 3.3), что свидетельствует о наличии достаточно больших внугренних растягивающих напряжений.

Рис. 3.6. Микроструктура стали у внутренней поверхности гильзыМеталл у внутренней стенки гильзы представляет собой структуру мартенсита, карбидов и остаточного аустенита (-10-15%) с твердостью 49-52 HRC У наружной поверхности гильзы количество остаточного аустенита несколько выше (-20-25%). Травлением в растворе Муріками в структуре обнаружено присутствие 5- феррита в количестве -10-15%. Твердость структуры в среднем слое стенки гильзы имеет 43-45 HRC. Таким образом, твердость металла на наружной поверхности гильзы оказывается значительно ниже требуемых ГОСТом величин.

В соответствии с данными макро- и микроанализа температура нагрева заготовки гильзы под закалку ТВЧ была около 1100, а не 1000-1050С согласно техническим условиям для обеспечения твердости 55 HRC для стали 95X18.

Поскольку растворимость водорода в аустените больше, чем в мартенсите и феррите [104-106], то повышенное содержание остаточного аустеюгга в наружных слоях металла очевидно способствует интенсификации водородного износа защитной втулки.

Кроме того, наличие в структуре феррита усиливает склонность стали 95X18 к водородному охрупчиванию.

Применительно к защитным втулкам нефтеперекачивающих насосов разработаны следующие рекомендации для улучшения сопротивления водородному изнашиванию [104,105,107]: при выборе материалов необходимо учитывать степень их наводороживания; введение в сталь хрома, титана, ванадия снижает проникновение в нее водорода; наклеп стали увеличивает поглощение водорода; водородная хрупкость проявляется в большей степени в стилях ферритного класса; коррозионные процессы в узлах трения затормаживаются путем снижения температуры, скорости скольжения и давления; водородное изнашивание в ряде случаев понижается введением в материалы медьсодержащих добавок; затормозить проникновение водорода в поверхности трения возможно путем создания положительного электрического потенциала по отношению к наводороживаемой детали; нанесение на трущуюся рабочую поверхность покрытий со специальными свойствами. В соответствии с этими рекомендациями нами исследована возможность замены стали 95X18 на стали 45 и 40Х с нанесением на наружную поверхность защитной втулки газотермического покрытия.особенностей.

Сопротивление износу газотермических покрытий

Согласно анализу литературных данных (раздел 1.6) износ газотермических покрытий носит случайный характер и зависит не только от материалов, но и от условий их взаимодействия с окружающей средой.

При этом в настоящее время практически отсутствуют зависимости, устанавливающие непосредственную связь между скоростью изнашивания и свойствами материала покрытия, а также режимами его напыления.

На практике имеются различные правила и рекомендации, обеспечивающие для определенных материалов и условий эксплуатации оптимальные показатели износостойкости или, по крайней мере, гарантирующие недопустимые степени износа.Согласно правилу Шарпи антифрикационные сплавы должны иметь структуру, состоящую из твердых включений в пластичной массе, что обеспечивает быструю прирабатываемость материала к форме сопряженного вала и высокую несущую способность.

Одним из способов выбора износостойких материалов является также правило положительного градиента механических свойств материала по глубине, предложенного проф. .В.Крагельским.Большое значение для получения износостойкости имеет образование на поверхности защитных окисных пленок, пленок перенесенного мягкого металла из структурных составляющих [143], а также нанесение на твердый материал специальных легкоплавких покрытий, менее прочных, чем основной металл.

Выбор износостойких материалов обычно не рассматривается без учета смазок поверхностей. В узлах трения, выполненных из пористыхматериалов, обеспечивается самосмазывание за счет капилляров, образовавшихся между структурными частицами.

Наиболее характерным для большинства узлов трения является граничное трение, когда слой смазки не превышает 0,1-0,2 мкм. Наличие граничного трения приводит к более равномерному распределению контактных напряжений, их релаксации, уменьшению температурных влияний и тем самым снижает скорость изнашивания.

Однако износ может происходить при локальных разрывах масляной смазки и при ередаче усилий через эту пленку [111, 123]. В эти?: случаях смазка попадает в микротрещины и расклинивает их, разрушая поверхностные слои.Основными механизмами, контролирующими процесс разрушения газотермических покрытий считаются адгезия (износ при скольжении), абразия (образование канавок), трибохимическая реакция (коррозия), абляция (термический износ) и усталость [144].

В настоящее время отсутствуют критерии, позволяющие выбрать оптимальный состав и структуру газотермического покрытия при работе в условиях трения и оценить его долговечность.

Адгезионное изнашивание всегда связано с фрикционным переносом материала с одного тела на другое или образованием прослоек за счет молекулярного взаимодействия, силы которого превосходят прочность связей материала поверхностных слоев с основой. Часто оно приводит к схватыванию контактирующих участков, глубинному вырыванию материала, к заеданию и отказу сопряжения.

Окислительное изнашивание происходит при наличии на поверхности трения защитных пленок, созданных в результате взаимодействия материала с кислородом.Существуют различные формы окислительного износа [145]:- при удалении с поверхности трения ультрамикроскоиическихадсорбированных пленок;- при удалении микропленок твердых растворов и эвтектик химических соединений кислорода и металла;- при периодическом образовании и выкрашивании твердых и хрупких слоев химических соединений кислорода и металла.

В общем, если при взаимодействии поверхностей имеют место условия для возникновения изнашивания различных видов, то контролирующим механизмом окажется тот, который протекает с большей скоростью.

Для повышения износостойкости деталей разработаны порошковые материалы, содержащие Mo, W, Ni, Сг, Ті, которые согласно нашему анализу имеют низкие значения показателя упрочнения и коэффициента трения. К ним относятся, например (в %): 45ТІС - 55Со, система Mo - NiCr (сплав) - ТІС; 30 Ni—Мо; 35 WC-Co; 24,5 Ni-Cr-Si; 10-15 Mo - 55-70 Ni-сплав; 15-35 Cr; 70 Ті-ЗОМо; TiC - 35 Ni и другие.Швейцарская фирма «Кастолин» рекомендует использовать для покрытий различных сталей и сплавов порошки на Ni-основе типа РгоХоп 21021 и 21031. Например, порошок РгоХоп 21031 содержит: 74% Ni, 9% Сг, 7% А1, 5% Fe и 5% Мо. Для улучшения сцепления в особых случаях его наносят на подслой состава, в процентах: Ni 88 - 5,8 А1 - 5,3 Мо либо 95№-5А1.

Защитные покрытия из порошка РгоХоп 21031 имеют плотную пластичную структуру и высокую силу адгезии.Нанесение газотермических покрытий, выполненное нами [144-150] порошками РгоХоп 21031 существенно повышает долговечность восстановленных изделий (ротор ТНД и ротор Н-235 для агрегатов типа ГТК-2-И; ротор электродвигателя типа СТД 12500 и другие).

Как показано в разделе 1.6, в условиях трения скольжения самофлюсующиеся покрытия, такие как ПН77Х17СЗР2, ПН73Х16СЗРЗ и ПН70Х17С4Р4, сопротивляются износу тем лучше, чем выше их твердость, но их износостойкость зависит не только от количества упрочняющей фазы, но и от состава Ni-матрицы [64]. В частности, износ (за 1000 м пути трения индентора из сплава ВК-8) оплавленного покрытия ПН70Х17С4Р4 составляет 30 мм3хсм"2, а покрытия ПН70Х17С4Р4 + 60% Q3C2 - 3 мм3хсм"2, то есть в 10 раз меньше.В настоящей работе исследовались порошки ПН73Х16СЗРЗ, механическая смесь порошковых материалов ПН73Х16СЗРЗ + 5% ПН85Ю15 и ПГ-ЮН-01 (14-20% Сг; 4-4,5% Si; 2,8-4,2% В; 0,6-1% С; 3-7%

Похожие диссертации на Применение газотермического напыления в технологии изготовления защитных втулок узлов уплотнений с целью повышения их работоспособности