Введение к работе
Актуальность темы
Рост объемов н продолжительность морских и речных перевозок предъявляют особенно высокие требования к надежности работы судового движителя, в качестве которого наибольшее распространение получили гребные впиты. Попытки повысить надежность последних за счет оптимизации геометрии лопастей и использования новых высокопрочных, коррозионно-стойких материалов практически исчерпали себя н уже не приводят к заметному улучшению потребительских свойств изделий. В настоящее время основным резервом увеличения периода безотказной работы судовых гребных шпггов является дальнейшее совершенствование ТСХІЮЛОЦИІ их производства и особенно изыскание и промышленное освоение принципиально новых методов финишной обработки лопастей и галтельпых переходов.
Традиционные методы упрочнения изделии за счет термического или механического воздействия на поверхностные слон материала, из которого они изготовлены, не нашли применения в впнтообрабатывающем производстве из-за сложности геометрической формы н относительно большой податліпзостн лопастей винтов.
В ряде отраслей промышленности с успехом применяют для формирования заданных свойств в поверхностных слоях материалов физические методы, применение которых не зависит от конструктивных особенностей изделий.
Поэтому использование достижений фундаментальной физики для упрочнения поверхностей материала гребных винтов,за счет имплантации в них ионов определенных элементов, является перспективным и найдет применение в впнтообрабатывающем производстве судостроительных предприятий.
Цель и задачи исследований
Целью настоящей работы является повышение срока службы судовы гребных винтов путем ичыскания и промышленного освоения технологи! ионной имплантации основных материалов, применяемых впнтообрабатывающем производстве.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
классифицированы основные факторы, влияющие на долговечност гребных винтов;
разработана гипотеза о возможности формирования и направленной нзмененя свинств металлов гребных винтов методом ионной имплантации;
установлены, закономерности взаимодействия ионного пучка кристаллической решеткой металла;
экспериментально установлено влияние ионной имплантации и; физико-механические и коррозионные свойства материалов гребных винтов;
рекомендовано оборудование и разработаны технологические режимі ионного упрочнения лопастей гребного винта;
осуществлена ионная имплантация штатных гребных винтов і проверена их надежность в течение длительной эксплуатации в состав действующих судов;
разработаны научно обоснованные рекомендации по промышленном; освоению ионой технологии при финишной обработке малогабаритны, гребных винтов;
выполнен анализ экономической и практической целесообразності использования ионной имплантации для упрочнения поверхностных слое) материалов гребых винтов.
Методы исследования
Основу исследований составили экспериментальные методы і применением современного оборудования для имплантации материалов проведения усталостно-коррозионных испытаний, исследованш модифицированного слоя и микротвердостн образцов. Обработк;
результатов экспериментов и выбор требуемых параметров процесса имплантации гребных винтов выполнены с использованием специальной программы на ПЭВМ. Проверка достоверности результатов исследовании осуществлена при эксплуатации штатных гребных винтов, обработанных методом поною упрочнения, и винтов, изготовленных по традиционной технологии.
Научили новизна и научные результаты
Установлены зависимости между режимами ионной имплантации и величиной мнкротпердосш поверхности материала гребных винтов.
Установлены зависимости между режимами ионной имплантации и усталости > коррозионными зарактсристиками основных материалов гребных НИН ТОП.
По результатам экспериментальных исследовании математически описаны закономерности влияния режима ионной имплантации на уровень остаточных напряжений в поверхностных слоях материалов.
Практическая ценность работы
Научно обоснована возможность применения ионном имплантации для повышения усталостной прочности и коррозионной стойкости малогабаритных гребных винтов.
Предложена расчетно-экономическая методика определения технологических режимов процесса имплантации, контролируемых в автоматическом режиме по значениям твердости материала гребного винта.
Разработанная технология ионного упрочнения реализована на практике при обработке штатных гребных винтов.
Результаты экспериментальных и теоретических исследований подтверждены на практике при многолетних сравнительных эксплуатационных испытаниях грсбпмх винтов в сотаве действующих судов. Для промышленного использования принципиально нового метода упрочнения разработан руководящим документ РД5.ГКЛИ 0207-201-92
" Винты гребные. Типовой технологический процесс упрочнения методом
" Винты гребные. Типовой технологический процесс упрочнения методом ионной имплантации ".
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:
I Всесоюзной конференции "Модификация свойств конструкционп материалов пучками заряженных частиц", г. Томск, 1988 г.
IX Всесоюзной конференции "Взаимодействие атомных частиц твердым телом", г.Томск, 1988 г.
Симпозиуме "Взаимодействие атомных частиц с твердым телом", Москва, 1989 г.
V Республиканской конференции "Коррозия металлов г
напряжением и методы защиты", г. Львов, 1989 г.
Всесоюзной научно-технической конференции "Повьішсі
технического уровня судостроительного производства", г. Ленинград, 199(
Межотраслевой конференции "Экологически чистая вакуумі
технология - процессы, свойства, методы контроля, области применен!
г.Москва, 1993 г.
Публикации
Основное содержание работы опубликовано в 11 печатных работах заявке на изобретение № 4953733/21 от 03.06.91 г. ( положительное реше от 25.06.92 г.; ходатайство о выдачи патента от 01.06.93 г.).
Структура и объем работы