Содержание к диссертации
Введение
Глава I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Факторы, определяющие уровень противокоррозионной защиты сельскохозяйственной техники 7
1.2. Влияние атмосферной корроизии на долговечность тонколистовых конструкций сельскохозяйственныхмашин 11
1.3. Технологические мероприятия, применяемые для повышения противокоррозионной защиты сельскохозяйственной техники . 21
Выводы из обзора литературы и постановка задач исследования 28
Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ КОРРОЗИИ НА ВЫНОСШВОСТЬ МЕТАЛЛА
2.1. Модель объекта исследований 32
2.2. Оценка влияния основных разрушающих факторов на выносливлсть обшивки 34
2.3. Методика оценки влияния коррозии на выносливостьобшивки 37
Выводы по главе
Глава 3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1. Выбор объектов и материалов для исследования.. 43
3.2. Методика испытаний на атмосферную коррозию... 45
3.3. Методика испытаний на циклическую прочность... 48
3.4. Методика металлографических и электрохимических исследований 58
3.5. Методика испытаний защитных свойств лакокрасочных и консервационных покрытий 59
3.6. Методика оценки уровня противокоррозионной защиты и приспособленности к хранению зерноуборочных комбайнов 67
3.7. Методика эксплуатационных испытаний 71
Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Результаты натурных испытаний образцов на атмосферную коррозию 73
4.2. Результаты исследования влияния атмосферной коррозии и защитных покрытий на циклическую прочность тонколистовой стали. Прогнозирование долговечности обшивки зерноуборочного комбайна 75
4.3. Результаты электрохимических и металлографических исследований 96
4.4. Результаты испытаний защитных свойств лакокрасочных и консервационных покрытий 102
4.5. Результаты оценки уровня противокоррозионной защиты и приспособленности к хранению зерноуборочных комбайнов 114
4.6. Результаты эксплуатационных испытаний 120
4.7. Оценка экономического эффекта от внедрения
результатов исследования 133
Выводы по результатам экспериментальных исследований
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 139
ЛИТЕРАТУРА 140
ПРИЛОЖЕНИЯ 151
- Факторы, определяющие уровень противокоррозионной защиты сельскохозяйственной техники
- Оценка влияния основных разрушающих факторов на выносливлсть обшивки
- Выбор объектов и материалов для исследования..
- Результаты натурных испытаний образцов на атмосферную коррозию
Введение к работе
Успешное решение Продовольственной программы во многом определяется эффективной, производительной работой машинно-тракторного парка (МТП) колхозов и совхозов [і] На полях колхозов и совхозов страны работает более 20 млн. различных средств механизации, включая современные тракторы, автомобили, сложные уборочные комбайны, посевные и почвообрабатывающие машины. Стоимость их составляет около 50 млрд.руб., а количество металла, израсходованного на их изготовление, достигает 100 млн.т. В условиях роста технической оснащенности сельского хозяйства всевозрастающее значение приобретает обеспечение высокой сохранности и противокоррозионной защиты сельскохозяйственной техники. Актуальность этой проблемы обусловлена объективными причинами, среди которых можно назвать резко выраженную сезонность использования большинства машин, постоянное воздействие на них разрушающих атмосферных факторов и специфических коррозионно--активных сред (удобрения, ядохимикаты), газовых загрязнений в виде сернистого ангидрида, углекислого газа и т.п. Зачастую не обеспечивается необходимая противокоррозионная стойкость сельскохозяйственной техники в сфере ее производства. Не всегда качественно проводятся операции по противокоррозионной защите машин во время технического обслуживания при хранении и при осуществлении ремонтных воздействий. Ремонтное производство и хозяйства страны пока мало получают новых эффективных лакокрасочных и консервационных материалов модификаторов ржавчины.
Это приводит к тому, что в процессе эксплуатации металлические конструкции машин подвергаются коррозии, снижаются их прочностные характеристики. В первую очередь это относится к тонколистовым конструкциям (обшивке) зерноуборочного комбайна, которые воспринимают все разрушающие факторы окружающей атмосферы и механические нагруз- ки (истирание, знакопеременные напряжения и т.д.)» Следует отметить, что в современном комбайне обшивка совмещает роль оболочки с несущей способностью и воспринимает значительные динамические нагрузки. Нарушение целостности таких конструкций приводит к увеличению потерь зерна при уборке, снижению общей прочности машины. Последующий ремонт прокорродировавшей обшивки требует дополнительных затрат труда и материалов. Учитывая, что только на предприятиях Госкомсельхозтехники СССР ежегодно ремонтируются капитальным ремонтом 156 тыс. зерноуборочных комбайнов, дополнительно расхо-
2 дуется около 3 тыс.тонн тонколистовой стали общей площадью I млн.м, около 85 тонн сварочной проволоки, 200 тонн лакокрасочных материалов. Стоимость таких работ около 8 млн.руб. Трудоемкость сварочных работ на один комбайн составляет около б час, жестяницких - 25 час, окрасочных - 10 час Следует отметить, что у новых зерноуборочных комбайнов удельный вес обшивки не уменьшается, а возрастает. Это свидетельствует о том, что разработка мероприятий по улучшению противокоррозионной защиты обшивки зерноуборочных комбайнов является актуальной и важной задачей.
В последние годы проведены работы, посвященные решению отдельных вопросов, связанных с обеспечением сохранности сельскохозяйственной техники и повышением уровня ее противокоррозионной защиты. Вместе С/ тем недостаточно проведено исследований по оценке влияния коррозионных процессов на долговечность отдельных конструктивных элементов машин применительного к реальным условиям эксплуатации, по внедрению технологических мероприятий, направленных на повышение уровня противокоррозионной защиты сельскохозяйственной техники в условиях эксплуатации и ремонта.
В настоящей работе поставлена задача - оценить влияние коррозии на долговечность обшивки зерноуборочного комбайна и разработать технологические мероприятия по повышению ее противокоррозионной защиты. Для этого изучено состояние вопроса по теме, рассмотрены теоретические предпосылки исследования влияния коррозии на выносливость обшивки, выявлены доминирующие разрушающие факторы, разработаны методики и проведены экспериментальные исследования, на основании результатов которых оценено влияние коррозии и разработан метод прогнозирования долговечности и запаса прочности обшивки, обоснованы и внедрены в производство способы повышения уровня противокоррозионной защиты с помощью применения модификаторов ржавчины и защитных водно-восковых составов, выявлены наиболее опасные в коррозионном отношении места в конструкциях комбайнов СК-5 и Д0Н-І500, оценена их приспособленность к хранению в целом.
По результатам оценки приспособленности к хранению комбайнов СК-5 и Д0Н-І500 образца 1983 г. разработаны предложения, которые приняты ГСКБ "Ростсельмаш" и учтены при доработке конструкции комбайна Д0Н-І500 образца 1984 г.
Проведенные исследования позволили разработать и внедрить в производство "Рекомендации по защите от коррозионных разрушений обшивки зерноуборочных комбайнов при эксплуатации и ремонте", новые высокоэффективные и технологичные консервационные средства - водно-восковые составы ЗВВД-ІЗ и ИВВС. Новизна результатов исследования подтверждена 2 авторскими свидетельствами на изобретения.
Факторы, определяющие уровень противокоррозионной защиты сельскохозяйственной техники
На уровень противокоррозионной защиты машин влияет ряд факторов. По характеру действий их можно разделить на конструктивно-производственные и эксплуатационные. Разделение по такому признаку удобно с точки зрения рационального распределения усилий между разработчиками и потребителями сельскохозяйственной техники/ 3,4/.
К группе конструктивно-производственных факторов относятся факторы, связанные с разработкой, проектированием и изготовлением машин. Их влияние является определяющим. Для обеспечения противокоррозионной защиты проектируемой машины разрабатываются требования к сохраняемости, весу, объему и другим характеристикам изделия; определяются виды используемых материалов и защитных покрытий, устанавливаются величины запасов механической прочности изделий, анализируются условия эксплуатации и устанавливаются запасы по разрушающим факторам, действие которых не должно нарушать нормальной работы машины.
На стадии проектирования противокоррозионная защита обеспечивается:
а) выбором материалов конструкций - материалы следует выбирать так, чтобы они обеспечивали необходимые механические характеристики во всем диапазоне эксплуатационных условий в сочетании с достаточно высокой коррозионной стойкостью и стойкостью против старения, обеспечивающей необходимый технический ресурс машины;
б) выбором конструктивного решения - на противокоррозионную защиту влияют тип конструкции и ее монтажа, рабочие режимы, меры защиты от вибраций, ударов, механических нагрузок и действия окружающей среды; в целом конструктивное решение машины должно предусматривать хорошую влаго- и пылезащищенность, устойчивость к перепадам температур, устойчивость к различным механическим и атмосферным воздействиям;
в) удобством постановки машин на хранение и их снятия с хранения - т.е. при конструировании должны предусматриваться простота операций при постановке на хранение и снятии с хранения, легкий и свободный доступ к снимаемым узлам и деталям, необходимый инструмент, приспособления и материалы, меры безопасности обслуживающего персонала при проведении работ;
г) учетом недостатков проектирования, выявленных при испытаниях опытных образцов; испытания являются средством проверки эффективности принятых при проектировании мер для повышения противокоррозионной защиты машины.
Оценка влияния основных разрушающих факторов на выносливлсть обшивки
В реальных условиях на обшивку зерноуборочного комбайна действует комплекс климатических и механических факторов. Суммарный эффект воздействия определяется как действием каждого фактора в отдельности, так и их взаимодействием.
Исследовать совместное влияние нескольких климатических факторов на свойства материалов можно методами активного эксперимента в лабораторных условиях и методами пассивного эксперимента при натурных испытаниях [70] При пассивном эксперименте климатическими факторами управлять невозможно, и эксперимент сводится к тому, что образцы исследуемого материала размещают на открытой площадке и подвергают воздействию всего комплекса климатических факторов. При активном эксперименте можно выбирать количество воздействующих факторов и интенсивность воздействия каждого из них. Уменьшение объема экспериментальных исследований достигается использованием методов планирования эксперимента /7// При планировании многофакторных экспериментов к факторам предъявляются требования их совместимости (возможности установления значений какого-либо фактора независимо от значений других факторов) и отсутствия прямолинейных корреляционных зависимостей между факторами. При активном эксперименте климатические факторы удовлетворяют этим требованиям fiOj.
На прочностные характеристики тонколистовой стали влияет ряд факторов Xf,XX/... Хд и в математическом плане задача сводится к тому, чтобы в результате экспериментов получить значения функции отклика:
Коррозионно-усталостные разрушения появляются в тонколистовых конструкциях комбайна во время его работы, при этом выносливость обшивки зависит от таких факторов, как частота нагружения, температура окружающей среды, концентрация агрессивных примесей в ней. Влияние предварительной коррозии также проявляется в процессе работы, хотя сами коррозионные разрушения появляются, главным образом, во время хранения комбайна.
Выбор объектов и материалов для исследования
Для исследования влияния коррозии на снижение усталостной прочности тонколистовых конструкций сельскохозяйственных машин, а также для проверки возможности применения- модификаторов ржавчины при проведении ремонтной окраски и консервации машин, необходимо исследуемые материалы подвергнуть предварительной коррозии. При выборе методов испытаний на предварительную;коррозию исходили из того, что необходимо получить наиболее полное воспроизведение условий эксплуатации реальных конструкций сельскохозяйственных машин как в отношении воздействующих факторов, так и в отношении характера и масштабов коррозионных поражений. Стендовые атмосферные испытания позволяют нам в максимальной степени приблизиться к условиям эксплуатации машины.
Испытания образцов на атмосферную коррозию проводили в соответствии с ГОСТ 17332-71.
Образцы перед установкой на испытание обезжиривали техническим ацетоном, выдерживали в эксикаторе с силикагелем в течение 24 ч и взвешивали с точностью до 0,0001 г. Результаты взвешивания заносили в таблицу. Испытываемые образцы устанавливали в открытой атмосфере под углом 45 в направлении к югу (см.рис.З).
Общая продолжительность испытаний образцов на предварительную коррозию один год, что позволяет учесть специфику испытания коррозионных процессов на деталях сельскохозяйственной техники, которая периодически вводится в эксплуатацию.
Осмотр всех образцов в процессе испытания первые десять дней проводили ежедневно, далее, в течение первого месяца - еженедельно и затем через 2,3,6,9 и 12 месяцев. Результаты осмотра заносили в журнал наблюдений. Для проведения дальнейших испытаний после предварительной коррозии образцы снимались в зависимости от программы испытаний.
Оценку коррозионного поведения образцов производили с помощью визуальных методов по измерению массы, по измерению толщины слоя продуктов коррозии. При осмотре образцов после испытаний отмечали наличие и характер слоя продуктов коррозии, цвет слоя.
Результаты натурных испытаний образцов на атмосферную коррозию
Знание закономерностей коррозии стали в природных условиях представляет определенный интерес, хотя, как правило, стальные изделия, эксплуатируемые на воздухе, защищаются от коррозии различными покрытиями. Однако стойкость покрытий в значительной степени определяется коррозионной устойчивостью защищаемого металла.
На рис.б приведены кривые "коррозионные потери - время коррозии" по результатам испытаний в условиях открытой атмосферы. Определение ошибки весовых потерь образцов проводилось по методике [&9ji для стали 08КП по трем периодам коррозии. Результаты.испытаний и расчеты приведены в приложении I. Расчеты показали, что ошибка в определении коррозионных потерь стали при испытаниях в атмосферных условиях не превышала 5%, что можно считать вполне удовлетворительным. Следует отметить, что коррозионные потери обеих марок стали за все периоды коррозии примерно одинаковы и за год составили 200-220 г/м . Учитывая тот факт, что и по химическому составу, и по физико-химическим свойствам обе марки стали весьма близки, этот результат можно считать вполне закономерным. Ход кривых подтверждает выводы других исследователей [90fl1)92t 93j о постепенном снижении скорости протекания коррозионных процессов во времени. В дополнение можно отметить, что коррозия на сталях обеих марок была сплошной и равномерной.
Проведенные испытания позволили получить образцы с различными масштабами коррозионных поражений в зависимости от срока экспозиции, что необходимо для проведения дальнейших исследований.
Нарастание толщины слоя продуктов коррозии на поверхности стали в течение года имеет характерную особенность: на "лицевой" стороне слой ржавчины увеличивается быстрее, чем на "обратной" только в течение первых шести месяцев. В дальнейшем эта зависимость нарушается, и на "обратной" стороне толщина слоя ржавчины начинает увеличиваться быстрее, чем на "лицевой". Это объясняется тем, что слой ржавчины при достижении определенной толщины (30-35 мкм) постоянно увлажняется как во время дождя, так и за счет адсорбции влаги из воздуха при относительной влажности больше 7(. Это объясняет тот факт, что коррозия на внутренних поверхностях деталей машин протекает более интенсивно, хотя на них атмосферные осадки не оказывают прямого воздействия. Подтверждается такой вывод и данными о замерах толщины слоя ржавчины, образующейся на деталях зерноуборочных комбайнов СК-5 при хранении их на открытых площадках в течение 10-12 месяцев. Так, на наружной поверхности днища и шнека жатки, рабочих поверхностях режущего аппарата, вариатора скорости и канавках шкивої толщина слоя продуктов коррозии достигает 40-50 мкм, а на внутренней поверхности бункера, зернового и колосового шнеков она колеблется от 30 до 85 мкм.
