Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса, постановка цели и задач исследований 22
1.1. Причины отказов деталей при работе сельскохозяйственной техники 22
1.2. Технологии нанесения покрытий при восстановлении деталей сельскохозяйственной техники 35
1.3. Электроконтактная приварка как метод восстановления и упрочнения деталей 49
1.4. Особенности получения восстановительных покрытий электроконтактной приваркой металлической ленты 83
1.5. Цель и задачи исследования 95
Выводы по главе 96
Глава 2. Теоретические исследования интенсификации электроконтактной приварки лент с использованием промежуточных слоев 98
2.1. Закономерности формирования покрытия при электроконтактной приварке ленты с использованием промежуточного слоя 98
2.1.1. Методы интенсификации процесса электроконтактной приварки 98
2.1.2. Свойства промежуточных слоев 117
2.1.3. Факторы, влияющие на качество формируемого покрытия из металлической ленты с использованием промежуточного слоя 130
2.2. Оптимизация электроконтактной приварки с использованием статистического моделирования 133
2.2.1. Расчетно-экспериментальная оценка выбора оптимального режима электроконтактной приварки лент с использованием промежуточного слоя из металлических порошков 137
2.2.2. Расчетно-экспериментальная оценка выбора оптимального режима электроконтактной приварки лент с использованием промежуточного слоя из аморфных лент 146
2.3. Нагрев металла покрытия и методы количественной оценки 159
2.3.1. Тепловые процессы при электроконтактной приварке ленты с использованием промежуточного слоя 159
2.3.2. Исследование влияния импульсов тока электроконтактной приварки на равномерность нагрева частиц промежуточного слоя 172
2.3.3. Математическое моделирование процесса охлаждения электроконтактной приварки 181
2.4. Исследование влияния промежуточного слоя на остаточные напряжения в покрытии 187
2.4.1. Остаточные напряжения в покрытиях из однородных и разнородных металлов 187
2.4.2. Влияние остаточных сварных напряжений на прочность и работоспособность восстановленной детали 193
2.4.3. Расчетные и экспериментальные методы определения остаточных напряжений 198
2.4.4. Исследования остаточных напряжений после электроконтактной приварки лент и их шлифования 210
Выводы по главе 218
Глава 3. Общие методики исследований 221
3.1. Программа, материалы и оборудование для проведения исследований 221
3.1.1. Программа исследований 221
3.1.2. Материалы для проведения исследований 221
4 3.1.3. Оборудование и технологии подготовки и электроконтактной приварки соединяемых материалов 230
3.2. Определение качества электроконтактной приварки ленты с использованием промежуточного слоя 251
3.2.1. Прочность соединения покрытия с основой 251
3.2.2. Определение состава и структуры материалов 258
3.2.3. Исследование микротвердости, величины осадки ленты и шероховатости поверхности 258
3.2.4. Испытания на ударный изгиб и усталость 261
3.2.5. Определение коррозионной стойкости и износостойкости... 264 Выводы по главе 272
Глава 4. Свойства покрытий, полученных электроконтактной приваркой ленты с использованием промежуточного слоя 273
4.1. Влияние режимов электроконтактной приварки, способа подготовки поверхности, фракционного состава порошка и толщины промежуточного слоя на прочность соединения 273
4.2. Изучение распределения микротвердостей по глубине зоны соединения в зависимости от типов промежуточного слоя и результаты металлографического исследования 281
4.3. Рентгеноструктурный анализ 294
4.4. Исследования ударной вязкости и усталостной прочности 311
4.5. Изучение коррозионной стойкости 312
4.6. Повышение износостойкости покрытий, полученных электроконтактной приваркой лент 317
4.7. Стендовые и эксплуатационные испытания 328
Выводы по главе 330
Глава 5. Разработка практических рекомендаций 334
5.1. Технология электроконтактной приварки ленты
с использованием промежуточного слоя 334
5.2. Модернизация оборудования 350
5.3. Промышленное опробование результатов работы 361
5.4. Экономическая оценка проектных решений восстановления деталей электроконтактной приваркой ленты с использованием промежуточного слоя 373
Выводы по главе 385
Общие выводы 387
Литература
- Электроконтактная приварка как метод восстановления и упрочнения деталей
- Свойства промежуточных слоев
- Материалы для проведения исследований
- Изучение распределения микротвердостей по глубине зоны соединения в зависимости от типов промежуточного слоя и результаты металлографического исследования
Введение к работе
Актуальность работы. Одним из главных составляющих звеньев технического обслуживания и ремонта машин является восстановление изношенных деталей. К числу прогрессивных и ресурсосберегающих способов восстановления можно отнести электроконтактную приварку лент, разработанную в 1954-1955 годах в ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии.
Этот способ, основанный на методе шовной сварки, выгодно отличается от электродуговых малым нагревом детали, отсутствием выгорания легирующих элементов, закалкой покрытия непосредственно в процессе приварки и экологичностью процесса. Ленты удобны, доступны и недороги. Промышленностью выпускается самая широкая номенклатура лент различного химического состава. Однако на эксплуатационные свойства покрытия из лент существенное влияние оказывают технологические режимы электроконтактной приварки, структурная неоднородность металлопокрытия, высокие остаточные напряжения, отсутствие простых, применимых в условиях сельскохозяйственных ремонтных предприятий методов интенсификации приварки лент, которые позволяют решать вопросы управления качеством формируемого покрытия и детали в целом.
Цель работы: на основе теоретических и экспериментальных исследований повысить качественные показатели восстановленных деталей интенсификацией электроконтактной приварки лент и разработать новое технологическое оборудование.
Объект исследования: технологические процессы восстановления деталей сельскохозяйственной техники электроконтактной приваркой лент.
Предмет исследования: новые способы интенсификации электроконтактной приварки лент, позволяющие повысить количественные показатели физико-механических и эксплуатационных свойств восстановленных деталей.
Научная новизна заключается в теоретическом обосновании и разработке комплексного подхода к применению промежуточных слоев, холодного газодинамического напыления для интенсификации электроконтактной приварки лент, в технологических процессах восстановления деталей с целью повышения их долговечности.
Практическая ценность работы:
разработаны методы интенсификации электроконтактной приварки лент, применение которых позволяет повысить долговечность и сохраняемость деталей сельскохозяйственной техники (патенты РФ на изобретения № 2412791, № 2440222, № 2440223);
методом холодного газодинамического напыления созданы новые биметаллические ленты с функциональным слоем, обеспечивающим высокие механические характеристики и сохранение свойств соединения при нагреве, ограниченную взаимодиффузию элементов (патент РФ на изобретение № 2385207);
разработаны технологические рекомендации, позволяющие управлять качеством зоны соединения покрытия с деталью и самого покрытия при восста-
новлении деталей, а также типовые технологические процессы, которые обеспечивают увеличение ресурса деталей в 1,5-2,25 раза;
созданы и внедрены новые типы сварочных головок и удерживающих устройств обрабатываемых деталей: сварочная (наплавочная) головка с повышенной жесткостью конструкции (патенты РФ на изобретение № 2397051 и на полезную модель № 100937) для восстановления и упрочнения цилиндрических деталей электроконтактной приваркой; сварочная головка с механизмом смещения роликового электрода (патент РФ на полезную модель № 103772) для обеспечения электроконтактной приварки с заданным перекрытием сварочных площадок; устройство (патенты РФ на полезные модели № 70478 и № 100010) для удержания и обработки плоских деталей точечной контактной сваркой.
Реализация результатов исследования. Технологические процессы восстановления распределительных валов и других цилиндрических деталей автотракторных двигателей внедрены в филиале 7-го автобусного парка ГУП «Мосгортранс», ООО «Механика» (Москва); втулок уплотнительного устройства консольных и грунтовых насосов в ООО «Фирма Крот» (Москва); цилиндрических деталей оборудования молочной промышленности в ООО «ACT Колхоз Клинский» (Московская область); роторов дробилок спеков в ФГУП «Алексинский опытный механический завод» (Тульская область); при проектировании технологических процессов восстановления деталей путевых машин в ЗАО «ТЕРМОТРОН-ЗАВОД» (город Брянск). Материалы исследований внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО МГАУ при подготовке специалистов по специальности 110301 «Технология технического обслуживания и ремонта машин в АПК».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на:
научно-практических конференциях, в том числе международных, проводимых в ФГБОУ ВПО МГАУ в 2005-2011 гг.;
международных научно-технических конференциях, проводимых в ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии (Москва) в 2005-2011 гг.;
12 и 13-й международных научно-практических конференциях «Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня» (Санкт-Петербург, НПФ «Плазмацентр», 13-16 апреля 2010 г. и 12-15 апреля 2011 г.);
V международной научно-практической конференции «Научно-информационное обеспечение инновационного развития АПК» (пос. Прав дин -ский, Московская область, ФГНУ «Росинформагротех», 10-11 июня 2010 г.);
11-й международной научно-технической конференции «Инженерия поверхности и реновация изделий», посвященной 50-летию института сверхтвердых материалов имени В. Н. Бакуля НАН Украины (Ялта, Ассоциация технологов-машиностроителей Украины, 23-27 мая 2011 г.).
Публикации. Основные научные результаты, изложенные в диссертации, опубликованы в 86 работах, в том числе: одной монографии, 40 публикациях в изданиях, рекомендованных ВАК, пяти патентах РФ на изобретение и четырех
патентах на полезную модель, одном свидетельстве о государственной регистрации программы для ЭВМ; двух методических рекомендациях; двух зарегистрированных отчетах о научно-исследовательских работах, 25 статьях по материалам международных и всероссийских конференций, 9 статьях в электронных изданиях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Изложена на 437 страницах компьютерного текста, включая 83 рисунков, 33 таблицы, библиографию из 358 наименований и 23 приложения.
Электроконтактная приварка как метод восстановления и упрочнения деталей
Основные исследования по разработке технологий восстановления изношенных деталей электроконтактными способами, разработке и выпуску оборудования для этих целей ведутся или координируются ГНУ ГОСНИТИ Россель-хозакадемии, причем наибольшее внимание уделяется электроконтактной приварке стальных проволок и напеканию металлических порошков. Присадочный материал в виде металлических лент применяется для восстановления изношенных валов сельскохозяйственной техники реже, чем проволоки и металлические порошки. Объясняется это не только недостаточным вниманием к данному способу электроконтактной приварки, меньшей его изученностью и другими субъективными факторами, но и рядом объективных причин. В то же время способ обладает очень широкими технологическими возможностями и позволяет формировать металлопокрытия самого высокого качества. Присадочный материал в виде металлических лент гораздо технологичнее проволок и порошков. Металлические ленты удобны, доступны и относительно недороги.
Недостатками электроконтактной приварки металлической ленты являются: значительная зависимость прочности формируемого сварного соединения от технологических режимов приварки, отсутствие простых, применимых в условиях сельскохозяйственных ремонтных предприятий методов контроля прочности сварного соединения, структурная неоднородность металлопокрытия, высокие остаточные напряжения. Для предотвращения данных дефектов известны способы локализации тепловыделения, однако они не позволяют предупредить дефекты в комплексе. Решить поставленную задачу предлагается путем интенсификации электроконтактной приварки лент за счет применения промежуточных слоев в технологических процессах восстановления деталей.
В научно-технической литературе недостаточно информации о механизме формирования покрытий на деталях сельскохозяйственной техники электроконтактной приваркой металлической ленты с использованием промежуточных слоев из металлических порошков или аморфных лент. Недостаточно исследованы способы подготовки соединяемых материалов и их электроконтактной приварки, в частности, влияние режимов приварки, исходной структуры, наличия дефектов и других факторов на свойства соединений. Отсутствие таких сведений не позволяет в полной мере решать вопросы управления свойствами и эксплуатационными характеристиками восстанавливаемой детали. К причинам, сдерживающим более широкое применение электроконтактной приварки в техническом сервисе восстановления машин, следует также отнести отсутствие технологических рекомендаций по получению достаточно широкой номенклатуры покрытий на деталях сельскохозяйственной техники электроконтактной приваркой металлической ленты с использованием промежуточных слоев.
Данная работа посвящена развитию основополагающих теоретических представлений о природе формирования покрытий электроконтактной приваркой металлической ленты с использованием промежуточных слоев из металлических порошков и аморфных лент, совершенствованию и разработке технологий, основанных на прогнозировании свойств восстанавливаемых деталей.
В работе изучено влияние основных технологических параметров и условий осуществления процесса (влияние микрорельефа поверхности детали, состава промежуточного слоя и его величины) на свойства покрытия при восстановлении деталей электроконтактной приваркой металлических лент. Рассмотрены особенности формирования покрытия и его соединения с основой с использованием промежуточного слоя, разработаны расчетно-экспериментальные и математические модели процесса электроконтактной приварки металлической ленты с использованием промежуточного слоя, позволяющие оценить неравномерность нагрева и охлаждения восстанавливаемой поверхности, которые, в конечном итоге, определяют рабочие характеристики детали. Разработанные математические модели позволяют прогнозировать прочность покрытия, зону термического влияния в результате варьирования параметрами режима электроконтактной приварки и, следовательно, управлять качеством восстановленной детали. Представлены модернизированное оборудование, технологические рекомендации по исполь зованию покрытий, полученных электроконтактной приваркой металлической ленты с использованием промежуточного слоя, типовые технологические процессы восстановления деталей сельскохозяйственной техники, внедренные или опробованные в производстве.
Исходя из изложенного, разработка технологических основ повышения качества покрытия, полученного на деталях сельскохозяйственной техники электроконтактной приваркой лент за счет использования промежуточных слоев, и их реализация в ремонтном производстве является актуальной задачей, решение которой внесет значительный вклад в ресурсосбережение и конкурентоспособность российской сельскохозяйственной техники.
Цели работы: на основе теоретических и экспериментальных исследований повысить качественные показатели восстановленных деталей интенсификацией электроконтактной приварки лент и разработать новое технологическое оборудование.
Объекты исследования: технологические процессы восстановления деталей сельскохозяйственной техники электроконтактной приваркой лент.
Предмет исследования: новые способы интенсификации электроконтактной приварки лент, позволяющие повысить количественные показатели физико-механических и эксплуатационных свойств восстановленных деталей.
Методы исследований. При проведении исследований в данной работе применялись теоретические и экспериментальные методы. Основой теоретических исследований была выбрана теория формирования соединения металлов в твердой фазе. Составлены и проанализированы математические модели влияния режимов электроконтактной приварки металлических лент с использованием промежуточных слоев на качественные характеристики восстановленных деталей с учетом методик активного планирования эксперимента. Для исследования влияния химического состава промежуточных слоев, режимов электроконтактной приварки на структуру формируемого покрытия и зону термического влияния применялись методы оптической микроскопии
Свойства промежуточных слоев
Глубина канавок при абразивном изнашивании зависит от размеров зерна, зазора между сопрягаемыми деталями к длине поверхности контактирования пары и варируется от 0,001 до 0,5 мм.
При образовании канавок и царапин наблюдается явление наклепа, в результате которого происходит выкрашивание верхних слоев металла. Важную роль играет и тот факт, что в процессе работы сопряжений при абразивном разрушении поверхностей трения образуются оксидные пленки толщиной в несколько элементарных ячеек кристаллической решетки данной фазы оксида. Продуктами окисления могут быть твердые растворы кислорода и металла и их химические соединения. Железо с кислородом образуют три оксида с различным типом кристаллической решетки: вюстит FeO, магнетит Без04 и гематит БегОз.
Скорость образования оксидной пленки достаточно высока, так, например, для возникновения слоя Fe203 толщиной 1,4 нм достаточно 0,05 с. С увеличением толщины слоя химические процессы роста пленки замедляются. Оксидная пленка толщиной 2,0...5,0 нм находится в напряженном состоянии, испытывая остаточные напряжения сжатия [40]. С увеличением толщины пленки происходит возрастание сил упругости самой пленки, и на границе раздела появляются трещины и отслоения окислов, которые, смешиваясь с рабочей жидкостью, адсорбированными парами и газами, участвуют в изнашивании в качестве частиц абразива.
На интенсивность абразивного изнашивания оказывает влияние скорость перемещения рабочей поверхности детали по отношению к положению и перемещению частиц абразива. При наличии высоких скоростей продолжительность контакта снижается и выделяющаяся при этом теплота вследствие пластического деформирования не успевает распространиться в глубь детали. В случае повышения температуры на микроповерхности детали (местный нагрев) возможно изменение механических свойств металла в результате структурных превращений, что оказывает влияние на интенсивность изнашивания. Удары абразивных частиц о микронеровности поверхности расшатывают их связь с материалом основы, что также способствует разрушению.
При эксплуатации деталей сельскохозяйственной техники, находящихся в постоянном контакте с рабочими жидкостями системы (углеводородной средой), имеет место водородное изнашивание.
Известно, что наличие водорода в металлах и сплавах снижает их пластичность и повышает хрупкость. Это объясняется искажением кристаллической решетки и ослаблением когезионной связи между атомами железа при внедрении водорода в структуру металла [41]. Известно, что в результате трения пар, циклических напряжений и деформации при контакте с углеводородной средой на поверхности подложки образуется атомарный водород, который адсорбируется матрицей металла и диффундирует через кристаллическую решетку в зону охрупчивания [42]. При внедрении водорода в структуру металла его концентрация в поверхностных слоях постоянно увеличивается. В результате, в некоторых случаях, когда эти показатели повышаются более чем в десятикратном размере по сравнению со средним содержанием водорода в сплаве, появляются микротрещины, которые увеличиваются, и происходит разрушение (выкрашивание микрочастиц) в поверхностном слое [43]. Следовательно, в определенных условиях эксплуатации деталей в совокупности с другими видами водородное изнашивание может играть решающую роль, приводящую к значительному уменьшению ресурса узла или агрегата, а в некоторых случаях и к аварийному выходу из строя всей системы.
При эксплуатации прецизионных деталей сельскохозяйственной техники имеет место кавитационно-эрозионное изнашивание, которому, в первую очередь, подвергаются детали масляных насосов, плунжерных пар высокого давления, гидравлических распределителей, цилиндропоршневои группы и др. Этот факт объясняется наличием у таких дефектов полостей, отсеченных канавок и уплотнительных поясков, которые способствуют возникновению и развитию указанных явлений. Механизму кавитационного и эрозионного изнашивания посвящены работы [44, 45], где отмечается, что кавитационно-эрозионное изнашивание происходит в парах трения за счет образования и попадания в зазор сопряжения с рабочей жидкостью пузырьков воздуха, образование которых происходит, во-первых, во время работы подкачивающего топливного, масляных насосов и насоса системы охлаждения, в магистральных трубопроводах при перемещениях рабочих жидкостей и, во-вторых, при наличии сужения или препятствия в движущемся с большой скоростью потоке, которые могут снизить давление до величины, соответствующей парообразованию при данной температуре. При этом, в зависимости от сопротивления растягивающим усилием, может наступить разрыв и нарушение сплошности потока. Образовавшаяся пустота заполняется паром и газами, выделившимися из рабочей жидкости. Воздух, вовлекаемый в поток, также способствует развитию кави-тационных процессов. Образовавшиеся парогазовые пузырьки перемещаются вместе с потоком рабочей жидкости и попадают в область высоких давлений, где пар конденсируется, а газы растворяются и в появившиеся пустоты с высоким ускорением устремляются частицы рабочей жидкости. Кавитационный процесс сопровождается гидравлическими ударами и вибрацией, которые приводят к деформациям на уровне кристаллических решеток, появлению наклепа и началу эррозионного изнашивания, сопровождающегося отрывом частиц с поверхности детали, образованию микротрещин и микросколов. Процесс эрозии новых и исправных соединений развивается медленно, но по мере появления очагов разрушения размеры поврежденных участков начинают быстро увеличиваться.
При работе деталей в постоянном контакте с рабочими жидкостями имеет место коррозионно-механическое изнашивание, которое происходит в результате взаимодействия трущихся деталей с кислородом, когда на поверхности трения образуются пленки оксидов. При этом разрушение поверхностей трения происходит под действием двух одновременно протекающих процессов: коррозии и механического изнашивания.
Материалы для проведения исследований
Контактно-конденсаторная наварка легированных лент в технологии изготовления деталей, по мнению В. М. Чекина, это новые возможности создания биметаллических деталей, основной металл которых - дешевая углеродистая, а поверхностные рабочие участки - легированная сталь с необходимыми физико-механическими свойствами [84].
Т. У. Абдурахимов установил, что абсолютное большинство деталей автотракторных и сельскохозяйственных машин, основную группу которых составляют детали класса валов, несущие неподвижные соединения, выбраковывается при износе рабочих поверхностей до 0,3 мм. Основной причиной потери посадки является фреттинг-процесс. На основании этого Т. У. Абдурахимов исследовал технологию восстановления шеек валов неподвижных соединений тракторов и сельскохозяйственных машин контактным электроимпульсным покрытием лентой. Определил, что при наплавке ленты, глубина зоны термического влияния находится в прямой зависимости от силы тока и времени импульса и составляет 0,5; 0,55; 0,6 мм. Структура наплавленного металла неравномерная и имеет чередующие структуры закалки и отпуска в местах перекрытия швов. При наплавке ленты на закаленную деталь в переходной зоне Т. У. Абдурахимов обнаружил частичный отпуск основного металла. При этом микротвердость поверхности при наплавке ленты из стали У8А составила 8700, 65Г - 7500, 40Х - 7100 и 50 - 6800 Н/мм2, а коэффициент относительной прочности восстановленных валов превысил на 8...25 % прочность вала из стали 45, закаленного нагревом токами высокой частоты. У наплавленных валов, в зависимости от марок применяемой ленты, по данным Т. У. Абдурахимова, снижается предел выносливости на 54,1...66,6 %. Для повышения предела выносливости Т. У. Абдурахимов рекомендует поверхностно-пластическое деформирование (обкатка шариком), которое способствует повышению предела выносливости наплавленных образцов на 209 % [85]. Для восстановления изношенных поверхностей чугунных корпусных деталей на примере блока цилиндров тракторных двигателей СМД-14 и СМД-60 X. А. Мирзоян исследовал и обосновал способ электроконтактной приварки стальной ленты. Определил оптимальные режимы для восстановления блоков цилиндров двигателей СМД-14 и СМД-60: время импульса /и = 0,16...0,18 с; время паузы /п = 0,06... 0,20 с; сварочный ток JCB = 6,5...7,5 кА; усилия прижатия сварочных роликов Р= 1500...1650 Н; скорость сварки vCB = 0,6...0,8 м/мин; плотность тока у = 200...250 А/мм при ширине рабочей поверхности ролика Ъ = 6,5 мм [86].
X. А. Мирзоян установил, что в соединении чугун-сталь преобладают сжимающие напряжения, что выгодно отличается от соединений чугун-латунь Л-62, где растягивающие напряжения более чем в два раза превышают сжимающие. Износостойкость образцов, восстановленных способом приварки стальной ленты, превышает износостойкость поверхностей, восстановленных другими способами, в том числе наплавкой латунью Л-62. Восстановленные сталью 30 блоки цилиндров, по данным X. А. Мирзояна, обеспечивают ресурс блоков тракторных двигателей свыше 5000 мото-ч без ремонта и высокую надежность [86].
Е. Л. Оханов на основании исследований эксплуатационные свойства чугунных коленчатых валов разработал технологию их восстановления электроконтактной приваркой порошковых твердых сплавов, в частности, порошкового твердого сплава КБХ. Для приварки порошкового твердого сплава КБХ на изношенные поверхности коленчатого вала двигателя УМЗ-451М электродом с шириной рабочей части 7 мм Е. Л. Оханов определил оптимальные режимы: сварочный ток - 5,8...6,0 кА, напряжение холостого хода трансформатора - 4,2 В, усилие сжатия электродов - 200 кгс (2 кН), продолжительность импульсов - 0,08 с, продолжительность пауз - 0,08 с, скорость приварки - 1,05...1,17 м/мин [87].
Износ покрытия КБХ, по данным Е. Л. Оханова, в 4,55 раза меньше, чем у закаленной стали 45, а износ антифрикционного сплава АО 20-1 с по 57 крытием КБХ в 1,24 раза меньше, чем при работе с закаленной сталью 45. При этом микроструктура покрытия отвечает требованиям, предъявляемым к антифрикционным покрытиям (мягкая основа и твердые включения), глубина зоны термического воздействия незначительна и составляет 1,3 мм. Сцепля-емость покрытия с основным металлом составляет 11,5... 12,3 кгс/мм (115... 123 МН/м2), что достаточно для восстановления коленчатых валов. Вследствие этого изменение линейных размеров коленчатого вала не происходит и наибольшее биение вала (удвоенный прогиб) после электроконтактной приварки составляет 0,38 мм. Усталостная прочность снижается в среднем на 11 % от прочности новых. Износостойкость шеек коленчатого вала, восстановленных Е. Л. Охановым электроконтактной приваркой порошкового твердого сплава КБХ, в 3,3... 3,6 раза выше, чем у перешлифованных на ремонтный размер [87].
Для восстановления и упрочнения ботворежущих ножей комбайна и подрезчика корневищ хмеля, противорежущих пластин и тонколезвийных ножей картофелеуборочного комбайна и других деталей И. Е. Юдин разработал технологию электроконтактного плакирования износостойкими лентами. В качестве материалов для плакирования И. Е. Юдин использовал спеченные ленты типа ЛС-70ХЗНМ(А), а также специально разработанные им ленты на основе Ее-СгзС7-Си, обеспечивающие повышенную износостойкость металлопокрытия. Для электроконтактного плакирования износостойкими лентами шириной до 25 10" м И. Е. Юдин определил оптимальные режимы плакирования: плотность и длительность тока в импульсе - не более 7-Ю8 А/м2 и 0,08 с, величина усилия сжатия - 600...800 Н/м при диаметре электродов более 0,15 м. Биметаллические композиции по мнению И. Е. Юдина, получаемые электроконтактной приваркой на оптимальных режимах, обеспечивают повышенную (в 1,5-2 раза) прочность соединения по сравнению с промышленным износостойким биметаллом, могут подвергаться сложному пластическому формообразованию, а лезвия самозатачиваются в процессе эксплуатации [88].
Изучение распределения микротвердостей по глубине зоны соединения в зависимости от типов промежуточного слоя и результаты металлографического исследования
Некоторое снижение циклической прочности полученных образцов в сравнении с образцами из стали 45 происходит в результате образования усталостных трещин в зоне термического влияния при воздействии циклических нагрузок (рисунок 4.16, б). При усталостном разрушении отслаивания покрытия не наблюдалось.
Сопоставление полученных результатов с данными работы [11] показало, что CTN образцов, полученных электроконтактной приваркой ленты из стали 50ХФА с использованием промежуточного слоя из порошка ПГ-СР2, приблизительно на 20 % выше crN , полученной электроконтактной приваркой стальной проволоки к валам из стали 45.
Это, по-видимому, можно объяснить меньшим воздействием термического цикла электроконтактной приварки на основной металл в результате более равномерного нагрева зоны соединения за счет более развитой площади контакта при наличии порошкового материала между соединяемыми поверхностями.
Нормальное функционирование многих деталей часто зависит от успехов в исследовании и применении новых покрытий из конструкционных металлических материалов и защитных покрытий с повышенной коррозионной стойкостью. Для оценки коррозионной стойкости покрытий, полученных электроконтактной приваркой лент с использованием промежуточных слоев использовали методики, приведенные в разделе 3.2.5.
Анализ анодных поляризационных кривых растворения соединения сталь 45 - покрытие из стали 50ХФА, полученного электроконтактной приваркой с использованием промежуточного слоя из порошка ПГ-СР2 при оптимальном сочетании параметров режима показал, что коррозионные процессы в такой зоне соединения протекают медленнее, чем в стали 45. Скорости протекания коррозионных процессов в зоне соединения и в покрытии из стали 50ХФА отличаются незначительно и имеют приблизительно одинаковые значения. Это свидетельствует о том, что коррозионная стойкость зоны соединения не хуже, чем коррозионная стойкость одного из соединяемых металлов (рисунок 4.17).
Длительные коррозионные испытания показали (рисунок 4.18), что прочность соединения х образцов, полученных при оптимальных параметрах режима электроконтактной приварки (/= 5,8 кА, Р = 1,5 кН, tH = 0,06 с, tn = 0,10 с), с увеличением времени нахождения в камере тепла и влаги практически не изменяется и равна прочности т приваренного металла (рисунок 4.18, зависимость 1).
Прочность соединения т образцов, полученных при неоптимальных параметрах режима (J= 5,3 кА, Р = 1,5 кА, и = 0,04 с, tn = 0,10 с), с увеличением времени нахождения в камере тепла и влаги снижается и через 30 суток принимает значения, равные 50...52 % прочности соединения образца, не подвергавшегося выдержке в камере тепла и влаги (рисунок 4.18, зависимость 3).
Следует отметить, что наибольшее влияние на х соединения оказывают коррозионные процессы, протекающие в течение первых пяти суток нахождения образцов в камере тепла и влаги.
Затем скорость протекания коррозионных процессов стабилизируется, что, по-видимому, объясняется образованием на поверхности образца стойкой оксидной пленки, затрудняющей протекание коррозионных процессов, и т соединения изменяется незначительно. Прочность соединения приваренного металла с основой образцов, полученных при неоптимальных параметрах режима (J= 5,3 кА, Р = 1,5 кА, и = 0,04 с, f„ = 0,10 с), не подвергавшихся воздействию коррозионной среды, практически не изменяется в течение 30 суток (рисунок 4.18, зависимость 2).
При исследовании коррозионной стойкости образцов, полученных электроконтактной приваркой стали 12Х18Н10Т к стали 45 с использованием промежуточных слоев из металлических порошков и аморфных лент в неподвижном растворе NaCl в течение 60 суток (таблица 4.5), было установлено, что наименьшей скоростью коррозии обладает образец, полученный электроконтактной приваркой ленты 12Х18Н10Т с использованием промежуточного слоя из аморфной ленты Стемет 1311.
Для определения степени воздействия климатических факторов на цилиндрические образцы из стали 45 диаметром 50 мм с покрытиями из стальной ленты 50ХФА толщиной 0,5 мм, приваренной с использованием промежуточных слоев из металлических порошков ПГ-СР2, Ni-00-02 и аморфной ленты Стемет 1311, проводились испытания в камере тепла и влаги КТВЭ-04-002 и камере холода и тепла КХТО 0,4-004 согласно ГОСТ 20.57.406-81.
По результатам исследований установлено, что образцы выдержали климатические испытания, в частности, стойкость воздействия повышенной влажности (выдержка при температуре +40 С и влажности 93 % в течение 24 ч); воздействие повышенной температуры (выдержка при температуре +65 С в течение 6 ч); воздействие пониженной температуры (выдержка при температуре -40 С в течение 6 ч). Отслоений покрытий не установлено (Приложение I).
Увеличить износостойкость рабочих поверхностей изделий можно изменением химического состава материала поверхности путем внедрения легирующих компонентов для образования структур, хорошо сопротивляющихся процессам изнашивания; механическим и тепловым воздействиям на поверхность металла, которые приводят к структурным и субструктурным превращениям, способствующим повышению стойкости при различных процессах изнашивания; нанесением на поверхности трения деталей износостойких покрытий [299, 300].
Среди многообразия методов нанесения износостойких покрытий с учетом химического, термического и механического воздействий, позволяющих существенно изменять поверхностные свойства изделия, является холодное газодинамическое напыление [269, 301].
С помощью холодного газодинамического напыления в работе сделана попытка повысить износостойкость покрытия, полученного электроконтакт 318 ной приваркой металлической ленты с использованием промежуточного слоя.
Для износостойких покрытий, которые создавали путем напыления на приваренную и прошлифованную поверхность, были выбраны металлические порошки на основе никеля (N3-00-02), меди (С-01-11) и алюминия (А-80-13) производства Обнинского центра порошкового напыления (город Обнинск, Калужская область) [272]. Для подготовки поверхности и напыления выбранных порошков в работе использовали установку «ДИМЕТ 405».
Износостойкость покрытий определяли на установке ИМ-01 с использованием плоских образцов и на машине ИИ 5018 по схеме ролик-колодка.
Для сравнения свойств исследуемых покрытий использовали образцы, приготовленные из алюминия А5, и эталонные образцы из стали 45 (HRB 90), которые шлифовали с двух сторон и испытывали по аналогии с исследуемыми покрытиями. Результаты испытаний эталонных образцов служили мерой стабильности показаний прибора ИМ-01.
Испытания проводили при среднем контактном давлении в зоне трения 0,33 МПа, расход абразивного материала - 7,0 г/мин. Длительность испытаний составила 30 мин, что при скорости вращения ролика 115 мин-1 и его диаметре 50 мм соответствовало пути трения 540 м.
