Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса об электроосаждении покрытий. Анализ литературных источников 9
1.1. Номенклатура деталей, требующих восстановления 9
1.2. Современные способы восстановления автотракторных деталей 12
1.3. Применение легирующих добавок при восстановлении твердым железом 16
1.4. Электролитическое осаждение металлов на токе переменной полярности 30
1.5. Термическая обработка электролитического сплава 37
1.6. Выводы по первой главе. Направления исследования 39
Глава 2. Расчетно-теоретическое обоснование упрочнения электроосажденного железа кобальтом 41
Глава 3. Общая методика исследования 54
3.1. Методика нанесения покрытий 55
3.2 Методика исследования структуры и физико-механических свойств покрытия 58
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований и их анализ 66
4.1. Зависимость микротвердости и содержания легирующего элемента в покрытии от условий электроосаждения 67
4.2. Результаты исследований прочности сцепления покрытий с основным металлом 82
4.3. Исследование износостойкости электроосажденного железокобальтового сплава 87
4.4. Влияние условий электролиза на внутренние напряжения электролитического железокобальтового сплава 88
4.5. Влияние электроосажденных Fe–Сo покрытий на усталостную прочность стальных образцов 93
4.6. Результаты исследования коррозионной стойкости электролитических Fe-Co покрытий 94
4.7. Структурная неоднородность электролитического сплава Fe–Co 96
4.8. Фазовый состав электроосажденного сплава Fe–Co 100
4.9. Термическая обработка электролитических покрытий Fe–Co 102
4.10. Сравнительная износостойкость Fe–Co покрытий 107
4.11. Выводы по четвертой главе 112
Глава 5. Лабораторные и эксплуатационные испытания. Экономическая эффективность результатов исследований. Производственные рекомендации по восстановлению деталей 114
5.1. Лабораторные испытания работоспособности вала ротора турбокомпрессора, восстановленного железокобальтовым покрытием 114
5.2. Эксплуатационная проверка работоспособности вала ротора турбокомпрессора, восстановленного железокобальтовым покрытием 115
5.3. Экономическая эффективность от внедрения результатов исследований 117
5.4. Производственные рекомендации для процесса восстановления деталей электролитическими железокобальтовыми покрытиями 121
5.5. Рекомендации по упрочнению Fe–Сo покрытий термической обработкой 125
5.6. Выводы по пятой главе 126
Общие выводы 127
Библиографический список 129
Приложения 145
- Применение легирующих добавок при восстановлении твердым железом
- Методика исследования структуры и физико-механических свойств покрытия
- Влияние условий электролиза на внутренние напряжения электролитического железокобальтового сплава
- Экономическая эффективность от внедрения результатов исследований
Введение к работе
Актуальность темы. В современных условиях на первый план выдвигается задача импортозамещения и повышения конкурентоспособности продукции машиностроения, а также эффективная реновация техники. Традиционные конструкционные материалы, используемые для восстановления изношенных деталей, далеко не всегда обеспечивают требуемые характеристики (работоспособность и надежность), которым должны отвечать детали современных мощных и высокопроизводительных машин. Поэтому весьма актуальным является создание новых материалов, совершенствование технологических процессов их упрочнения. Решение этого вопроса в первую очередь связано с повышением уровня прочности поверхностных слоев тяжело нагруженных деталей, что может быть достигнуто нанесением на рабочие поверхности таких деталей металлических покрытий, отличающихся повышенной твердостью и износостойкостью.
Среди разнообразных покрытий, разработанных и используемых в настоящее время, особое место занимают электролитические покрытия, имеющие самые различные свойства. Главной их особенностью является то, что они наносятся на стальные поверхности при низких температурах, не вызывающих изменения структуры и свойств материала основы. Электролитические покрытия широко применяются в ремонтном производстве, так как их нанесение на изношенные поверхности деталей представляет собой наиболее экономичный способ восстановления их первоначальных размеров и работоспособности. Наиболее высокие свойства среди электролитических покрытий имеют электролитические сплавы, то есть электролитические осадки двух или нескольких элементов. Электролитические сплавы кроме высокой твердости и износостойкости обладают рядом других ценных свойств, поэтому их использование как в ремонтном деле, так и в промышленности постоянно расширяется.
Таким образом, данное исследование направлено на разработку и изучение нового способа получения и нанесения железокобальтового покрытия на изношенные автотракторные детали.
Цель работы заключается в повышении износостойкости электрооса-жденного железа для восстановления изношенных автотракторных деталей путем легирования кобальтом с последующей термической обработкой.
Для реализации данной цели были поставлены и решены следующие
задачи:
– систематизировать и обобщить литературные данные и результаты собственных исследований для выбора и совершенствования гальванических покрытий, применимых для восстановления и упрочнения изношенных автотракторных деталей;
– изучить закономерности формирования структуры и фазового состава железокобальтовых покрытий в зависимости от концентрации легирующего элемента и режимов электроосаждения;
– оптимизировать состав электролита и режим электролиза методом математического планирования для получения максимальной износостойкости электролитического покрытия;
– исследовать влияние режимов электролиза и термической обработки на эксплуатационную надежность восстановленных деталей;
– изучить и разработать технологию восстановления и упрочнения изношенных автотракторных деталей электроосажденными железокобальто-выми покрытиями.
Научная новизна:
-
Разработан новый способ получения электролитического железоко-бальтового покрытия, который заключается в использовании электролита специального состава и периодического (асимметричного) тока. Данный способ обладает высокой производительностью и позволяет изменять в широких пределах физико-механические свойства получаемых покрытий.
-
Изучена и установлена зависимость структуры железокобальтового покрытия от содержания легирующего элемента и режима электролиза.
-
Предложен и исследован метод термической обработки электрооса-жденного железокобальтового покрытия, обеспечивающий повышение износостойкости покрытий.
-
Установлены закономерности формирования структуры электрооса-жденных железокобальтовых покрытий, повышающие надежность работы машин в АПК при их восстановлении и упрочнении.
В работе применялись следующие методы исследований: химический, микроскопический, количественный, микроструктурный, фазовый и рентге-ноструктурный анализ, измерение внутренних напряжений, прочности сцепления покрытий с основой, микротвердости, испытание на износостойкость, исследование усталостной прочности, математическое планирование эксперимента.
Достоверность результатов, основных положений и выводов обусловлена проведением экспериментов с использованием стандартных метал-лофизических методик, теоретическими расчетами, согласованностью полученных данных с общепринятыми представлениями в данной области науки и техники и отсутствием противоречий с результатами работ других исследователей, а также проведением математического планирования эксперимента с расчетом на ЭВМ. Достоверность выводов диссертации подтверждена испытанием на износ восстановленных автотракторных деталей непосредственно в производственных условиях.
Практическая значимость работы состоит в следующем:
– разработан состав электролита и способ нанесения железокобальто-вых покрытий;
– железокобальтовое покрытие, нанесенное на изношенные поверхности деталей, в производственных условиях показало уменьшение износа в 2 раза по сравнению с серийными деталями;
– разработанный способ нанесения железокобальтовых покрытий реализован на ряде ремонтных предприятий и может быть использован в других отраслях производства.
Положения, выносимые на защиту
-
Аналитические зависимости содержания кобальта в покрытии, износостойкости и микротвердости электроосажденного покрытия от параметров электролиза.
-
Результаты экспериментальных исследований, позволяющие установить влияние режимов электролиза и термической обработки на толщину и эксплуатационные свойства электроосажденных покрытий.
-
Результаты эксплуатационных испытаний, позволяющие оценить интенсивность изнашивания стандартных и восстановленных валов ротора турбокомпрессора фирмы «Garrett».
4. Разработанная технология восстановления и упрочнения деталей
электроосажденными железокобальтовыми покрытиями.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научных конференциях: Международной научно-практической конференции «Научное обеспечение агропромышленного производства» (Курск, 2014 г.), Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы и инновационная деятельность в агропромышленном производстве» (Курск, 2015 г.),
V Международной научно-практической конференции «Наука в современ
ном информационном обществе» (North Charleston, USA 2015 г.),
VI Международной научно-практической конференции «Фундаментальная
наука и технологии – перспективные разработки» (North Charleston, USA
2015 г.), VII Международной научно-практической конференции «21 век:
фундаментальная наука и технологии» (North Charleston, USA 2015 г.), VII
Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и
прикладные науки сегодня» (North Charleston, USA 2016 г.), Международной
научно-практической конференции «Актуальные вопросы инновационного
развития агропромышленного комплекса» (Курск, 2016 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 печатных работ, 9 из которых – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 163 страницах печатного текста, состоит из введения, 5 глав, общих выводов и рекомендаций, содержит 27 рисунков и 11 таблиц. Библиографический список насчитывает 160 литературных источников.
Применение легирующих добавок при восстановлении твердым железом
Чистое электролитическое железо было получено в России Б.С. Якоби и Е.И. Клейном. По этому поводу Б.С. Якоби писал: «Данное открытие принадлежит только нашей стране и не может быть никем оспоримо» [23]. Именно открытия, совершенные в это время, можно считать революционным толчком к развитию электролитического осаждения металлов.
Б.С. Якоби и Е.И. Клейн проводили первые исследования свойств железа, полученного из сернокислых электролитов, впоследствии ими был предложен следующий состав электролита и режим электроосаждения: сульфат железа (II) – 200 кг/м3, сульфат магния – 50 кг/м3, катодная плотность тока 0,1–0,3 А/дм2, температура электролита 20–40 С. В том же году Б.С. Якоби и Е.И. Клейн практически применили сернокислый электролит для нанесения электролитического железного покрытия на медные клише и печатные доски с целью повышения их износостойкости [24].
Работы Б.С. Якоби, Е.И. Клейна положили начало широкому использованию в печатном деле так называемых «холодных» электролитов, осаждение железа в которых осуществляется без нагрева, при комнатной температуре и при малых плотностях тока. Благодаря сравнительно высокой твердости получаемых осадков железа процесс их получения в отечественной и зарубежной литературе был назван осталиванием.
Профессор Р.Э. Ленц исследовал свойства железа, осажденного им по способу Е.И. Клейна, и изложил свои наблюдения в труде «Поглощение газов электролитическим железом». Эта работа позволила сделать выводы о том, что в электролитических осадках железа присутствует водород, который в свою очередь оказывает воздействие на физико-механические свойства покрытия, а в частности, увеличивает твердость и хрупкость. Наблюдения Ленца позднее были подтверждены в трудах Ф. Габера. С того времени железнение стало широко использоваться в народном хозяйстве как основной метод упрочнения поверхностей деталей, преимущественно изготовленных из углеродистой стали. В результате развития ремонтного производства применение данного вида восстановления деталей различной техники было распространенным и востребованным. Именно с того времени и до настоящего момента ведется обширная разработка составов электролитов для железнения, из которых можно будет получить электролитические железные покрытия с необходимыми физическими и механическими свойствами [25, 26].
Процессу осаждения железа из холодных электролитов посвящено весьма значительное количество исследований (Н. Лангбейна, К. Биндера, В. Бертольда и др.), в которых для потребностей полиграфии была разработана обширная рецептура холодных электролитов для получения твердых толстых и тонких осадков железа. В своих работах Ф. Фёстер и А. Кофетти установили зависимость потенциала выделения железа от катодной плотности тока.
При дальнейшем развитии различных отраслей промышленности возникла потребность в значительных количествах чистого железа, обладающего некоторыми специфическими свойствами (магнитными, электрическими, технологическими). В связи с этим перед гальванотехниками была поставлена задача получения мягкого электролитического железа любой толщины при высокой производительности процесса. Для решения поставленной задачи применяли горячие электролиты с температурой 95–105 С. Это послужило возникновению в годы Первой мировой войны новой отрасли производства – электролитического рафинирования железа, или электрометаллургии водных растворов солей железа. Развитие этой отрасли базировалось исключительно на использовании хлоридных электролитов. Электролиты других типов (сернокислые, щелочные и др.) являлись опытными и промышленного использования не получили.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что в практике получения электролитических железных осадков применялось два вида электролитов: холодные и горячие. В первом виде электролитов процесс проходил без нагрева. Основным недостатком при использовании данных электролитов являлась малая плотность тока (от 0,1 до 1,0 А/дм2). Так как скорость электроосаждения железа на низких плотностях катодного тока невысока, холодные электролиты не нашли дальнейшего применения для восстановления деталей машин электролитическими методами. Поэтому с целью повышения производительности процесса электролитического осаждения и улучшения качества получаемых осадков дальнейшие исследования электролитического наращивания покрытий производились из горячих электролитов.
Последующую работу продолжили ученые Э. Фишер и Р. Пфонгаузер, Н.П. Федотьев, Н.Н. Мурача и С. Гутман, в результате чего были освещены вопросы теории электроосаждения железа, а также исследованы его основные физические и механические свойства.
Академик Ю.Н. Петров изучил воздействие веществ, содержащихся в электролите, и режим электролиза на физические и механические свойства электролитических покрытий и показал, что из обычных горячих хлоридных электролитов получаются покрытия с хорошими механическими свойствами (200–240 кг/мм2).
Невысокая твердость покрытий, полученных из хлоридных электролитов при рекомендованных режимах электролиза, показала необходимость проведения ряда работ по исследованию способов упрочнения железных покрытий. Так, во второй части своей работы Ю.Н. Петров рассмотрел вопрос о влиянии органических добавок на механические свойства покрытий и предложил две новые добавки в хлоридный электролит (глицерин и сахар-глицерин), позволяющие получать покрытия с твердостью 3200–7000 МПа.
Следует отметить также научные труды В.П. Ревякина, И.К. Минькова и А.П. Смелова, которые изучали получение более прочных катодных осадков из хлоридных электролитов, содержащих соли марганца, никеля, кобальта и хрома. Результаты этих исследований показали возможность получения сплавов железа с кобальтом, никелем и хромом, имеющие по сравнению с осадками железа повышенные (на 20 – 40 %) механические свойства.
В дальнейшем отечественными и зарубежными учеными предложены сернокислые электролиты, в состав которых для повышения физико-механических свойств покрытия входят органические и неорганические добавки.
Так, например Б.Е. Кожаков и К.С. Ибищев [27] занимались электроосаждением покрытий из электролита, содержащего следующие вещества, кг/м3: сульфат железа (II) – 200–250; сульфат магния – 150–180; борная кислота – 25–30; фторид натрия – 1–2; серная кислота – 1,5–21; сульфат тинанила и аммония – 4–5. Одним из преимуществ этого электролита была повышенная устойчивость к окислению на воздухе при его хранении. Электролитические покрытия, полученные в результате осаждения в данном электролите, обладают высокой микротвердостью и износостойкостью.
В статьях и авторских свидетельствах Н.Т. Кудрявцева и Л.А. Яковлевой [28] изучались условия получения плотных, толстых железных покрытий повышенной твердости из растворов сернокислого железа со стабилизирующими добавками Al2(SO4)3 и K2SO4, предохраняющими электролит от окисления. В результате экспериментов был установлен оптимальный состав электролитов, обеспечивающий получение твердых (250–600 кг/мм2) износостойких осадков железа при температуре электролита от 20 до 70 С и при плотностях тока от 3 до 15 А/дм2.
Таким образом, электролиты для железнения разделены на две основные группы: кислые растворы, содержащие железо в виде гидратированных ионов, и щелочные растворы, в состав которых входит трехвалентное железо и различные комплексные соединения. Для получения электролитических железных осадков предложены хлоридные, сульфатные, фторборатные, борфтористо-водородные, фенолсульфоновые, кремнефтористые, органические и другие электролиты.
Н.Т. Кудрявцев [26] и М.М. Мельникова [29] изучали условия получения твердых осадков железа из борфтористо-водородных электролитов. В результате проведенных исследований предложены составы борфтористо-водородных электролитов (борфтористо-водородное железо и борная кислота), работающих при пониженных температурах (20 - 40 С) и имеющих более высокие показатели производительности процесса и качества получаемых покрытий.
Методика исследования структуры и физико-механических свойств покрытия
Исследование микроструктуры Fe-Co покрытий проводили при помощи микроскопа МИМ-8М при 450 кратном увеличении на поперечных шлифах. Методика приготовления шлифов для исследований подробно изложена в работе [95]. Травление железокобальтовых покрытий осуществляли 5 % раствором азотной кислоты в этиловом спирте.
Так же нами проводились рентгеноструктурные исследования на установке ДРОН-3М, расшифровка полученных дифрактограмм осуществлялась c применением стандартных методик.
Для определения фазового состава при обработке рентгенограмм были построены диаграммы по справочным данным межплоскостных расстояний [95].
Измерение внутренних напряжений в электроосажденном Fe-Co покрытии проводилось на экспериментальной установке, которая представлена на рисунке 3.2. В процессе электроосаждения покрытия на ленточный катод происходила его свободная деформация. Катодом служила пластина из полосовой стали Ст45 толщиной 0,2 мм с размерами 8010 мм.
Нижняя часть катода с помощью прижимной планки закреплялась в электролитической ячейке, в место их закрепления подводился провод от источника тока. К верхней части ленточного катода прикреплялась медная проволока диаметром 0,10 мм, которая связывала ленточный катод и груз – натяжитель и укладывалась на блоки натяжного устройства. На подвижный стол прибора ПМТ-3 устанавливалась ячейка для электроосаждения в таком положении, чтобы в окуляре МОВ-1-15У4.2 была видна медная проволока.
В процессе электролиза через равные временные промежутки производился отсчет деформации катода, который определялся исходя из перемещения медной проволоки. Благодаря окуляру МОВ-1-15У4.2 точность измерений доходила до 0,3 мкм.
Для проведения испытаний на прочность сцепления электролитических покрытий нами был изготовлен специальный разборный блок, где находились пять отверстий для штифтов диаметром 3 мм, за счет этого можно получать толщину электролитического покрытия 0,3 мм. Общий вид данного блока представлен на рисунке 3.3.
Штифты устанавливались в блоке и стопорились винтами, а наружную поверхность крышки зашлифовывали на круглошлифовальном станке до шероховатости Ra = 2,5-0,63 мкм. Дальнейшие испытания на отрыв проводились на разрывной машине РМ-05.
Прочность сцепления покрытия с торцом штифта рассчитывались по площади сечения штифта, нормально к его оси
Исследования образцов на износостойкость проводились по схеме диск - колодка в условиях трения без смазки на машине СМЦ-2 согласно требованиям ГОСТа 30480-97. Схема образцов для проведения испытаний представлена на рисунке 3.4. [96].
Для испытаний использовали ролики из стали 45. Эталонные ролики для сравнения подвергали закалке на глубину 1,5 мм и отпуску при температуре 300 С. Внешний диаметр роликов для нанесения покрытий – 49,7 мм. Толщина покрытий, наносимых на ролики, колебалась в пределах от 0,2 до 0,5 мм.
Ролики с нанесенным на них Fe–Co покрытием шлифовали и полировали. После механической обработки образец соответствовал диаметру 50 ± 0,01 мм, при этом шероховатость поверхности была Ra=0,5– 2,0 мкм. Эталонные ролики изготавливались аналогичным образом за исключением операции нанесения покрытия.
Контробразцами в испытаниях служили колодки, изготовленные из серого чугуна. Площадь контактирующих поверхностей ролика и колодки равна 2 см2.
Испытанию были подвергнуты следующие образцы:
1. Ролики с нанесенным чистым электролитическим железом.
2. Ролики с нанесенным электролитическим сплавом Fe–Co.
3. Ролики с нанесенным электролитическим сплавом Fe–Co и отожженные при температуре 400 С в течение часа.
При испытании по определению износостойкости Fe–Co покрытий скорость скольжения была равна 0,94 м/сек, нагрузка – 0,75 МПа.
Износ определялся по разнице массы образцов через каждые 1000 м пробега при испытании без смазочного материала и через каждые 500 м пробега при испытаниях при граничном трении. Взвешивание проводили на лабораторных весах ВЛА-200М. По разности массы образца до и после испытаний определяли износ.
Общий пройденный путь при проведении испытаний на трение без смазочного материала составлял 4000 м. В ходе испытаний фиксировались пробег образцов, объемная температура и работа трения. Также составлялась диаграмма изменения момента трения.
Измерения средней температуры колодок проводились с помощью хромель-алюмелевой термопары, потенциометра F-307 и зеркального нуль-гальванометра типа ГМП. Для удаления продуктов износа на машине трения была закреплена щетка, которая постоянно касалась рабочей поверхности испытуемого образца. Момент трения определялся по шкале машины СМЦ-2.
Влияние условий электролиза на внутренние напряжения электролитического железокобальтового сплава
Внутренние напряжения в электролитических покрытиях характеризуют их сжатое или растянутое состояние. Изучение внутренних напряжений, которые присущи всем электролитическим покрытиям, имеет большое теоретическое и практическое значение, т.к. под их действием покрытия могут растрескиваться или отслаиваться, а также происходит снижение защитных свойств и усталостной прочности [125–130].
Были предложены различные гипотезы о происхождении внутренних напряжений [131, 132]. Так, С.А. Немнонов предложил концепцию фазовых переходов как причину внутренних напряжений применительно к хрому и никелю. Однако эта гипотеза неприменима для металлов, у которых известна одна кристаллическая структура и которые осаждаются с большими напряжениями (например, кобальт).
По мнению А.Ф. Иоффе, причиной возникновения внутренних напряжений является изменение параметров решетки в процессе роста кристаллов. Однако эта модель не может дать полного представления об осаждении металлов с разнознаковыми напряжениями и о влиянии условий электролиза на величину внутренних напряжений.
А.Т. Ваграмян, Ю.С. Петрова считают, что причины внутренних напряжений в электролитических осадках связаны с изменением многих факторов: параметров решетки, расстояний между кристаллами, размеров кристаллов, образованием химических соединений.
Существует мнение, что при электроосаждении покрытий образуется большое количество гидридов с последующим их распадом, которые и являются причиной возникновения внутренних напряжений.
В работах В.И. Серебровского и др. [22, 58, 133], показано, что катодная плотность тока, при которой происходит процесс электролиза, оказывает значительное влияние на внутренние напряжения.
К причинам, из-за которых могут появляться внутренние напряжения, относят:
1) включения различного рода примесей;
2) характер структурных несовершенств;
3) однородность структуры и характер роста осадка;
4) структурные изменения кристаллической решетки. Возникновение внутренних напряжений также связано с составом электролита, электрохимическими свойствами гальванопокрытия, условиями электроосаждения. Данные факторы определяют электрохимические процессы, которые влияют на величину внутренних напряжений электролитического сплава железо - кобальт [134].
Искажение кристаллической решетки основного металла происходит в случае включения в решетку железа атомов кобальта. Рост величины внутренних напряжений определяется тем, что силовое поле основы (железа) отличается от силового поля включающихся атомов кобальта.
Для исследования внутренних напряжений в электролитических Fe-Co осадках мы применяли метод растяжения - сжатия ленточного катода. При использовании данного метода режимы электролиза остаются неизменными в течение всего эксперимента, а результаты измерений довольно легко обрабатываются математически. В результате проведенных экспериментов было установлено, что при увеличении катодной плотности тока повышаются внутренние напряжения в электролитическом сплаве Fe-Co от 280 до 360 МПа. Постепенное снижение величины внутренних напряжений наблюдалось на отрезке катодной плотности тока от 40 до 60 А/дм . Это объясняется тем, что при повышении катодной плотности тока происходит ухудшение качества электролитического покрытия и уменьшение сцепляемости покрытия с основой, поэтому рекомендуемая нами катодная плотность тока должна находиться в пределах от 40 до 50 А/дм . При повышении катодной плотности тока происходит образование центров кристаллизации, которые увеличивают напряженность отдельных зерен и в целом всего электролитического покрытия, а также выпадает в электролитический осадок гидроокись, из-за чего покрытия растрескиваются.
Повешение коэффициента асимметрии в пределах от 5 до 6 приводит к максимальному увеличению внутренних напряжений до 330 МПа в электролитическом сплаве. При этом покрытия обладают высокой микротвердостью и имеют мелкозернистое строение. Повышенное значение коэффициента асимметрии приводит к формированию крупнокристаллической структуры покрытия, а низкое значение способствует растворению гидроокисей. Покрытия, полученные при таких условиях электролиза, обладают низкими внутренними напряжениями, низкой твердостью, повышенной прочностью сцепления.
Увеличению внутренних напряжений способствует повышение концентрации хлорида кобальта в электролите. Электроосаждение первых слоев железокобальтового сплава происходит с высокими внутренними напряжениями около 350 МПа. При электролитическом наращивании слоя толщиной в 10 мкм величина внутренних напряжений снижалась до 260 МПа, а при 20 мкм - до 185 МПа. Это связано с тем, что при толщине 20 мкм и более основной металл (железо) не оказывает никаких последующих действий на величину внутренних напряжений электролитического сплава Fe-Co. Зависимость внутренних напряжений в электролитическом железокобальтовом сплаве от параметров электролиза представлена на рисунке 4.10.
Экономическая эффективность от внедрения результатов исследований
Этот параграф посвящен расчету экономической эффективности от внедрения технологического процесса восстановления и упрочнения железокобальтовым сплавом вала ротора турбокомпрессора фирмы «Gаrrett» модель GT2049S для двигателя 2.0 TDI «DuraTorq» автомобиля Ford Transit V применительно к условиям типового участка восстановления с годовой программой 100 валов ротора турбокомпрессора. Данные расчеты выполнены применительно к ЗАО «Краснополянская сельхозтехника» по методике А.Н. Батищева и В.М. Юдина [158–160].
В настоящее время отсутствует эффективная технология восстановления и упрочнения вала ротора турбокомпрессора иностранных марок автомобиля, их зачастую просто заменяют новыми. Таким образом, экономическая эффективность определялась сравнением стоимости новой и восстановленной детали.
Проведенные нами эксплуатационные испытания показали, что средний межремонтный ресурс восстановленного вала аналогичен среднему межремонтному ресурсу нового вала, т.е. Pi=P2.
Себестоимость восстановления вала ротора ТКР по предполагаемой технологии определяется по формуле: Свосст=ЗП+См+Спр+Зукв, (5.2)
где ЗП - заработная плата сотрудников, занятых восстановлением и упрочнением вала ротора ТКР, руб.;
См - стоимость материалов для восстановления, руб.;
Спр - расходы на производственные нужды, руб.;
Зукв - удельные затраты для капитальных вложений, руб.
В технологии восстановления и упрочнения вала ротора турбокомпрессора заняты гальваник 6 разряда и термист 4 разряда. Таким образом, отчисления на заработную плату определяются по формуле:
ЗП=(ЗПг+Нзп ) Івосст + (ЗПт+НзПт) tynp, (5.3)
где ЗПг- почасовая тарифная ставка гальваника 6 разряда, 377/=160 руб/ч; Нзт - отчисления в налоговую службу на заработную плату гальваника 6 разряда, руб.;
teoccm - длительность процесса восстановления одного вала ротора ТКР, определялась на основе хронометража, ч.;
ЗПт - почасовая тарифная ставка термиста 4 разряда, 3777=100 руб/ч.; Нзпш - отчисления в налоговую службу на заработную плату термиста 4 разряда, руб.;
tynp - длительность процесса упрочнения вала ротора ТКР, tynp=\ ч. Сумма налоговых отчислений определяется по формуле:
Нзп=(Нпен+Нсс+Нмс+Нтр) -317/100, (5.4) где 77иек - денежные отчисления в пенсионный фонд, 77иек=28 %, руб.;
77сс - денежные отчисления на социальное страхование, 77сс=4 %, руб.; Нмс - денежные отчисления в медицинский фонд, 77 =3,6 %, руб.; Нтр - денежные отчисления для страхования от травматизма, Нтр=\,7 %, руб.
77злг=(28+4+3,6+1,7) 160/100=59,68 руб. Нзпт=(28+4+3,6+1,7)-100/100=37,3 руб.
Время, которое затрачивается на восстановление одного вала ротора ТКР, определяется по формуле: где t4d - время, которое затрачивается на очистку и дефектацию, /ц=Т,5 ч.; t3 - время, которое затрачивается на процесс электролитического наращивания покрытия, t3=\ ч. teoccm = 1,5+1=2,5 Ч.
Тогда отчисления на заработную плату составляют: 377=(160+59,68)-2,5+(100+37,3)-1=686,5 руб.
Стоимость материалов для восстановления вала ротора определяется по формуле: См=Нхж СХЖ+НСК ССК+НСЕР.К ССЕР.К+НХК СХК, (5-6) где Нхж - норма расхода хлорида железа, определяется в зависимости от величины износа, 77 ж 0,05 кг; Схж - стоимость хлорида железа, Схж=350 руб/кг; Иск - норма расхода соляной кислоты, 77с/=0,01 кг; Сек - стоимость соляной кислоты, ССА=400 руб/кг; HCEP.K - норма расхода серной кислоты, НСЕР.К 0,005 КГ; ССЕР.К - стоимость серной кислоты, ССЕР.Я=400 руб/кг; Нхк - норма расхода хлорида кобальта, определяется в зависимости от величины износа, Нхк=0,0\ кг; Схк стоимость хлорида кобальта, Сж=3500 руб/кг.
Стоимость электроэнергии, затраченной на восстановление и упрочнение вала ротора ТРК, определяется по формуле:
СэЛ= (Рэл.уст U +Pn tynp) Тэл, (5.8)
где Рэл.уст - мощность установки для нанесения гальванических покрытий, Рэл.уст=3 КВт;
Р„ - мощность термической печи для упрочнения гальванических покрытий, Р„=95 кВт;
Тэл - стоимость электрической энергии, Тэл=7,5 руб/кВт.
Са/7=(3" 1+95-1)-7,5=735 руб. Стоимость коммунальных услуг определяется по следующей формуле
По данным официального сайта фирмы «mellet», стоимость нового вала ротора турбокомпрессора фирмы «Garrett» модель GT2049S для двигателя 2.0 TDI «DuraTorq» автомобиля Ford Transit V составляет 15350 рублей.
Таким образом, экономическая эффективность от внедрения предлагаемой технологии в ремонтное производство с программой ремонта 100 валов ротора ТРК составит: Эга=(15350-1971)-100=1337900 руб.