Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние вопроса и постановка задачи исследования 10
1.1 Требования, предъявляемые к поверхностям деталей работающих при циклических нагрузках 10
1.2 Особенности условий работы деталей, работающих при циклических и знакопеременных нагрузках 11
1.3 Способы восстановления коленчатого вала 17
1.3.1 Плазменное напыление 19
1.3.2 Способы повышения прочностных и механических свойств покрытий 20
1.3.3 Механические, термомеханические способы упрочнения покрытия 21
1.3.4 Термическое воздействие на покрытие 23
1.3.5 Способы одновременного напыления и упрочнения покрытий 25
1.3.6 Модуляция электрических параметров плазмотрона 27
1.3.7 Модуляция электрических параметров сварочной дуги 29
1.4 Выводы 30
1.5 Цели и задачи исследования 31
Глава 2 Разработка физико-математической модели тепловых процессов при плазменном напылении с одновременным оплавлением покрытия выносной дугой в режиме модуляции 33
2.1 Постановка задачи определения температурного поля цилиндрической детали 34
2.1.1 Основные допущения 34
2.1.2 Математическая модель теплообмена 35
2.1.3 Учет изменения тепловой мощности плазматрона при модуляции электрических параметров 38
2.1.4 Расчетные зависимости температурного поля 39
2.1.5 Учет формы вала 42
2.2 Моделирование теплового режима 44
2.2.1 Основные факторы 44
2.2.2 Результаты расчета 44
2.2.3 Выбор теплового режима 54
2.2.3.1 Условия выбора теплового режима 54
2.2.3.2 Выбор частоты вращения вала 55
2.2.3.3 Регулирование температуры перед пятном напыления при ПНОВМ 61
2.2.3.4 Пример расчета температуры перед пятном напыления на коленчатом валу при ПНОВМ 64
2.3 Выводы 69
Глава 3 Методика исследования 72
3.1 Общие положения методики 72
3.2 Разработка экспериментального оборудования 73
3.2.1 Определение электрических параметров 73
3.3 Обоснование выбора рабочих материалов 75
3.4 Методика определения температуры основы 77
3.5 Методика исследований физико-механических свойств покрытий .79
3.6 Методика обработки результатов экспериментов 85
3.7 Выводы 85
Глава 4 Результаты экспериментальных исследований 86
4.1 Определение оптимальных технологических параметров процесса ПНОВМ 86
4.2 Исследование электрических параметров 90
4.2.1 Исследование электрических параметров плазмотрона без модуляции 90
4.2.2 Исследование модуляции электрических параметров плазмотрона 92
4.2.3. Положительная модуляция электрических параметров плазмотро на 94
4.2.4 Отрицательная модуляция электрических параметров плазмотро на 94
4.3 Изучение прочности сцепления покрытия с основным материалом 95
4.4 Изучение пористости покрытий 96
4.5 Изучение температуры основы 96
4.6 Металлография и рентгеноструктурный анализ 98
4.7 Твердость и микротвердость покрытий 99
4.8 Исследование износостойкости покрытий 102
4.9 Результаты усталостных испытаний 103
4.10 Выводы 104
Глава 5 Реализация технологии ПНОВМ 106
5.1 Технологический процесс восстановления коленчатого вала ПНОВМ 106
5.1.1 Рекомендуемые режимы нанесения покрытий 107
5.1.2 Механическая обработка покрытий 107
5.2 Эксплуатационные испытания восстановленных коленчатых валов 108
5.3 Экономическое обоснование эффективности разработанной технологии 109
Общие выводы и рекомендации 117
Список литературы
- Особенности условий работы деталей, работающих при циклических и знакопеременных нагрузках
- Учет изменения тепловой мощности плазматрона при модуляции электрических параметров
- Определение электрических параметров
- Исследование электрических параметров плазмотрона без модуляции
Введение к работе
Актуальность темы. Долговечность деталей типа "вал" (коленчатый вал, распределительный вал, полуоси и т.п.), работающих при знакопеременных и циклических нагрузках, определяется как износостойкостью рабочих поверхностей, так и сопротивлением усталости. В настоящее время наряду с широко применяемыми методами получили распространение такие способы восстановления, как наплавка. Однако, восстановление рабочих поверхностей наплавкой приводит к снижению сопротивления усталости, прочности, возникновению остаточных термических напряжений, приводящих к короблению детали. В последующем требуется правка и балансировка восстановленной детали. Правка отрицательно сказывается как на самой детали, так и на качестве покрытия. Поэтому в ремонтном производстве стремятся применять упрочняющие методы восстановления рабочих поверхностей, не перегревающие деталь и сокращающие технологический цикл.
Одной из прогрессивных технологий восстановления является плазменное напыление, которое позволяет наносить износостойкие покрытия не изменяя сопротивление усталости основного материала. Однако покрытия, формируемые данным способом, не всегда обеспечивают необходимую прочность как самого покрытия, так и соединения его с основой. Для устранения данного недостатка можно применять последующее силовое, термо-силовое, термическое воздействие на покрытие, в том числе одновременно с напылением.
Одним из таких способов является применение напыления с одновременным оплавлением покрытий выносной дугой. Использование данного метода позволяет снизить затраты труда и энергии, повысить эффективность процесса за счет совмещения напыления и оплавления покрытий. При этом способе дистанция напыления находится в пределах токопроводящей зоны плазменного потока, что позволяет использовать выносную дополнительную электрическую дугу. В результате происходит локальный подвод энергии в покрытие, что позволяет оплавить его на заданную глубину.
Наряду с достоинствами данный способ имеет такой недостаток, как неравномерность нагревания поверхности детали на начальных и конечных участках, а следовательно, снижение качества покрытий и сопротивления усталости по сравнению с традиционным плазменным напылением. Кроме того, ухудшение свойств покрытия может быть обусловлена нестабильностью работы выносной дуги.
Анализ информационных источников и опыт исследования кафедры "Производство, ремонт и эксплуатация машин" Воронежской государственной лесотехнической академии показал, что устранение данных недостатков возможно за счет использования импульсной модуляции электрических параметров выносной (прямой) дуги. Модуляция электрических параметров заключается в наложении импульсов тока, создаваемых от заряда, накопленного в емкости конденсатора, на постоянный ток дуги. Заряд и разряд осуществляются открытием и закрытием тиристорного моста, в который заключена емкость конденсатора.
Модуляция электрических параметров, обеспечивает повышение физико-механических характеристик покрытия и основы. Повышением мощности импульсов на начальных и понижением на конечных участках напыления детали обеспечивается равномерное распределение температурного поля.
Методом плазменного напыления с одновременным оплавлением выносной модулируемой дугой можно восстанавливать широкую номенклатуру деталей машин, имеющих плоские, цилиндрические, конические и поверхности сложной формы. При этом основной проблемой является получение необходимой износостойкости и прочности сцепления покрытия с основой без значительного перегрева материала детали. Исключение перегрева детали позволяет убрать из технологического процесса операцию правки.
Работа является частью комплексных исследований по госбюджетной теме Воронежской государственной лесотехнической академии № ГР 01.2.00.105.358 "Создание технологий, машин и оборудования, обеспечивающих повышенные эксплуатационные качества".
Цель и задачи работы. Целью работы является разработка технологии восстановления рабочих поверхностей коленчатых валов плазменным напылением с одновременным оплавлением покрытий выносной модулированной дугой (ПНОВМ), обеспечивающей высокую износостойкость и прочность соединения покрытия с основой.
Исходя из цели работы определены основные задачи:
Разработать математическую модель температурного поля, формируемого в процессе нанесения покрытия, позволяющую определить оптимальную область технологических параметров ПНОВМ.
Разработать устройства технологического обеспечения, а также методику исследования особенностей процесса ПНОВМ и покрытий.
Провести экспериментальные исследования электрических параметров и температурного поля при ПНОВМ.
Исследовать основные физико-механические свойства покрытий и образцов, подтверждающие эффективность процесса ПНОВМ. Установить взаимосвязи технологических параметров процесса ПНОВМ с износостойкостью покрытий.
Создать и обосновать способ нанесения покрытия на рабочие поверхности деталей, испытывающих высокие удельные нагрузки, обеспечивающий формирование покрытий с высокой износостойкостью и прочностью соединения с основой за счет управляемого температурного поля с помощью импульсной модуляции выносной дуги.
Разработать технологический процесс восстановления рабочих поверхностей типовых деталей методом ПНОВМ. Провести стендовые и эксплуатационные испытания натурных деталей, восстановленных ПНОВМ, и разработать рекомендации для промышленности.
Методы исследования. Для достижения поставленной цели использовались теоретические и экспериментальные методы. Теоретические вопросы решались методами математического анализа уравнений теплофизики и теории подобия. При проведении экспериментов использовались методы математиче-
8 ской статистики и теории вероятностей, а также методы определения физико-механических и триботехнических свойств покрытий.
Научная новизна работы. В работе получены следующие основные научные результаты:
Разработана математическая модель процесса, позволяющая определять технологические режимы на основе температурного поля в деталях типа "вал" при ПНОВМ, отличающаяся учетом влияния параметров импульсной модуляции на температуру поверхности детали.
Разработан и запатентован (патент № 2211256) способ нанесения покрытия, обеспечивающий повышение основных физико-механических свойств покрытия, посредством дополнительного термического воздействия на него выносной модулируемой дугой, сокращающий технологический цикл восстановления детали.
Выявлена связь габаритных размеров деталей и режимов модуляции (амплитуда мощности, длительность и частота следования импульсов) электрических параметров плазмотрона при напылении с одновременным оплавлением выносной дугой.
Практическая значимость и реализация работы.
Создана установка для обеспечения процесса ПНОВМ.
Определены оптимальные технологические параметры ПНОВМ по физико-механическим критериям.
Разработана методика расчета температурных полей на примере цилиндрических деталей с учетом модуляции электрических параметров плазмотрона.
Разработаны рекомендации по восстановлению деталей способом ПНОВМ, в частности, по восстановлению коленчатых валов двигателей Ка-мАЗ-740.
Предлагаемый технологический процесс передан для внедрения на предприятие ОАО "Автокомбинат" (г. Воронеж).
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Всероссийской научно-практической конференции «Повышение технического уровня машин лесного комплекса» (Воронеж, ВГЛТА, 2002); Всероссийской научной конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации» (Воронеж, ВВАИИ, 2001) и на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ВГЛТА (Воронеж, 2000, 2001, 2002).
Публикации. Основные выводы диссертационных исследований нашли отражение в 10 публикациях. По теме диссертационных исследований получен патент на изобретение.
Лично автором в работе, опубликованной в соавторстве и приведенной в конце автореферата: /3/ - проведена классификация методов моделирования тепловых процессов при напылении и наплавке; 141 - разработана методика исследования электрических параметров при напылении с одновременным оплавлением выносной модулируемой дугой; /5/ - проведена оптимизация режимов оплавления покрытий с модуляцией электрических параметров плазмотрона; /6/ - разработана конструктивная схема приспособления для определения прочности соединения покрытий с основой; 111 - разработана система управления электрических параметров выносной дуги; /8/ - разработана электрическая схема для получения импульсов мощности на выносной дуге.
Особенности условий работы деталей, работающих при циклических и знакопеременных нагрузках
Известно, что на сопротивление усталости коленчатого вала оказывают влияние такие факторы [14] как: физико-химические свойства материала из которого изготовлен вал; наличие трещин и микротрещин в изделии; наличие остаточных растягивающих или сжимающих напряжений в покрытии после восстановления вала. При наличии остаточных растягивающих напряжений могут возникнуть трещины в покрытии, которые постепенно переходят в основу, тем самым способствуя уменьшению сопротивлению усталости [15 ... 16].
Одним из основных факторов, влияющим на износостойкость, является наличие в масле абразивных частиц и твердость рабочей поверхности. Наличие абразивных частиц определяется условием работы автомобиля в целом, а также системами фильтрации топлива, воздуха и масла. Твердость рабочих поверхностей шатунных и коренных шеек регламентируется ТУ и равняется 52.. .56 HRC, [17 ...20].
Наряду с существующими методами восстановления коленчатых валов, традиционным и наиболее распространенным является наплавка [14...24]. В том числе: вибродуговая, в среде углекислого газа, автоматическая наплавка под слоем флюса с применением термической обработки, автоматическая наплавка под флюсом без применения термической обработки и т.д.
К недостаткам указанных способов восстановления можно отнести выгорание легирующих элементов в процессе расплавления наплавляемого материала, насыщение металла сварочного шва окислами и шлаковыми включениями, сильный перегрев металла электрической дугой. Кроме того, применение указанных способов наплавки вызывает значительную деформацию валов, особенно стальных, а для ее устранения необходима правка на прессе. Все это усложняет технологию, ухудшает структуру наплавленного слоя металла, способствует появлению трещин в зоне сварочного шва, значительно снижает сопротивление усталости коленчатого вала и, как результат, приводит к поломкам коленчатого вала в процессе эксплуатации [25...26].
Согласно данным [25] сопротивление усталости коленчатого вала после восстановления их различными способами наплавки уменьшается. Усталостная прочность и износ шеек коленчатого вала при различных способах наплавки представлены в табл. 1.1.
Данная таблица показывает, что сопротивление усталости детали, восстановленной наплавкой, падает, а износостойкость составляет приблизительно 81 % по сравнению с новой.
К способам, не оказывающим большого термического влияния, относятся плазменное напыление и гальваническое наращивание.
Гальваническое наращивание позволяет упрочнять деталь за счет нанесения износостойкого покрытия из электролита. Данный способ имеет следующие преимущества: позволяет наносить тонкие и равномерные покрытия с различной твердостью и износостойкостью, не нарушая структуру материала основы; позволяет обрабатывать детали различной группы. К недостаткам относится большая сложность и трудоемкость при выполнении технологического процесса, низкая скорость осаждения, малая прочность сцепления с основой, загрязнение окружающей среды отходами производства. При нанесении гальванических покрытий на границе раздела «основной материал-покрытие», возникают остаточные растягивающие напряжения достигающие 100 ... 300 МПа. Предел выносливости при этом может снизиться до 50 % [27,28].
Одним из методов не уменьшающих сопротивление усталости, не вызывающих перегрев и коробление детали при восстановлении, является газотермическое напыление. Наиболее распространенным способом газотермического нанесения покрытий является плазменное напыление. Согласно данным [29] предел выносливости коленчатого вала, восстановленного плазменным напылением, составляет 90 ...95 % новой детали. Кроме того, его износостойкость значительно выше износостойкости нового вала. При этом наносить на шейки коленчатого вала можно даже керамику или другой материал с лучшими трибологическими и прочностными свойствами чем основа, не изменяя структуру и свойства основного материала. Поэтому плазменное напыление является перспективным способом при восстановлении деталей, работающих при знакопеременных нагрузках и в тяжелых условиях.
Учет изменения тепловой мощности плазматрона при модуляции электрических параметров
Метод наложения во времени процессов выравнивания тепла от дейст вия мгновенных сосредоточенных источников тепла, приложенных в опреде ленные моменты времени в соответствующих точках тела, позволяет предста вить мощность источника тепла в виде суммы тепловых воздействий, имеющих разные тепловые мощности. Применительно к обработке покрытий импульсно модулируемым плазмотроном это позволяет представить тепловую мощность, воздействующую на покрытие, в виде суммы начальной и импульсной тепло вых мощностей (рис. 2.1).
Расчет теплового режима сложнопрофильных деталей, таких как коленчатый вал, является трудной задачей. С целью упрощения задачи применим метод деформаций [85], заключающийся в обеспечении неизменности объема тела и теплового потока в него. При граничных условиях II рода (для нашего случая) расчетное значение интенсивности теплового потока для тела после деформации qnp должно быть увеличено во столько раз (Єр), во сколько фактическая площадь его нагреваемой поверхности Fen уменьшается до площади Fnp, т. е. qnp = eF qCJl, где sF = FCJl /Fnp 1. (2.20) Если нагреву подвергается винтовая линия вала при движении точечного источника, то - ел г пр 1 сл і Ьпр, (2.21) где LCJl, Lnp - соответственно длина винтовой линии до и после деформации. Тогда длина винтовой линии L определяется выражением Z, (2плК)2 +1: (2.22) где п — количество витков, R — радиус вала, / — длина вала, то с учетом равного количества витков п и при одинаковом времени обработки согласно (2.20) и (2.21) имеем (2пяй„)2+/ 72+/2 СЛ J СП =ІІ(2,М „) +/;- 2-23
Такой учет изменения площади поверхности и интенсивности теплового потока должен быть сделан для шеек коленчатого вала, имеющих внутри себя каналы для смазки подшипников. Что касается щек коленчатого вала, то в в условиях адиабатической задачи (отсутствия теплообмена с внешней средой) приближенно можно считать, что в процессе нанесения покрытия тепло к ним подводится только изнутри вала от шеек. Поэтому, по методу деформации ще ки можно представить в виде цилиндра с объемом, равным объему щек. Схема этапов деформации вала представлена на рис. 2.2.
На первом этапе переходим от полых шеек вала к сплошным при неизменных их длинах. При этом уменьшаются диаметры коренных и шатунных шеек cdKndM соответственно до dKj и dm\. На втором этапе шейки с большим диаметром (коренные шейки) деформируем до диаметра меньших шеек (шатунных шеек). Сохранение объема коренных шеек при этом обеспечивается их удлинением от значения 1К до значения /к/. На третьем этапе каждая щека, а также фланец и шейка под шестерню распределительного вала и шкив привода вентилятора деформируются в вал диаметром dMi и длиной 1Щ, равной Іщ=Ущ/ Іш1, (2.24) где Ущ - объем щеки (фланца).
Математическое моделирование позволяет определить влияние следующих факторов на температурное поле детали в процессе напыления: п — число витков; V - скорость перемещения плазмотрона относительно напыленной поверхности; Н — шаг винтовой линии; qnp qK, - тепловые мощности, соответственно от прямой и косвенной дуги, воспринимаемые деталью; R, I - радиус и длина цилиндра образца.
Влияние данных факторов удобно изучить на основе теории подобия, используя зависимости между безразмерными комплексами (2.17).
Зависимость безразмерной температуры & от безразмерного времени витка С и шага , а также от количества витков п представлены на рис. 2.3 и Во всех случаях зависимость безразмерной температуры $ от количества витков п имеет монотонный и неубывающий характер.
Зависимость безразмерной температуры Э от комплекса С (рис. 2.5 и 2.6) имеет вогнутой убывающей кривой при % 0,025. При значениях безразмерного шага 0,025 эта зависимость имеет более сложный характер - кривая, как правило, имеет два перегиба, а при В, 0,05 эта зависимость имеет максимум в интервале С = 0,0063 ... 0,0158.
Зависимость температуры & от шага представлена на рис. 2.7 и 2.8. Она носит не возрастающий характер. При С 0,001 кривые этой зависимости имеют вогнутый характер, при 0,1 С 0,001 - выпуклый, а при С = 0,1 ... 1 температура & от шага Е, не зависит.
Влияние количества витков предварительного нагрева Пщ, без продольной подачи (= 0) и времени Спр на температуру & представлено на рис. 2.9 и 2.10. Увеличение ппр и уменьшение Спр приводит к возрастанию температуры
Определение электрических параметров
Для проведения исследования процесса ПНОВМ, на основе информационно-аналитического обзора [88] и работы [63], нами была разработана модернизированная установка воздушно-плазменного напыления (рис. 3.1 и 3.2). Модернизация состояла в том, что в электрической части наряду с контуром дуги косвенного действия был образован контур дуги прямого действия. В контур дуги прямого действия включен модулятор. Мощность дуг регулировали балластными сопротивлениями 7, 8, 9, включенными в данные контуры [89, 90].
Из литературного обзора не было выяснено какой плазмотрон использовать для реализации данной технологии. Для экспериментальных исследований были взяты две конструкции плазмотронов. Первый плазмотрон - ВПР-9А и второй - усовершенствованная конструкция плазмотрона ЭДП-104 [91].
Так как, в модернизированной установке используется несколько электрических контуров, то потребовалось использовать несколько амперметров и вольтметров (каждый на отдельный контур), а также суммирующий амперметр, показывающий суммарную силу тока.
Средние значения тока и напряжения определялись с помощью стрелочных амперметров и вольтметров М42300. Погрешность измерений тока не превышала 5 А, а напряжения - 10 В.
Параметры импульсов снимались фотографическим способом с осциллограмм. Для этого использовался двухканальный осциллограф С1-83. На один канал выводился сигнал от тока дуги, на второй - от напряжения. Для вывода токового сигнала в цепь дуг устанавливались шунты безиндукционные ШСММЗ-100-0,5, ШСММЗ-300-0,5. Для снятия сигнала напряжения применяли делитель напряжения между катодом и анодом плазмотрона, и катодом и де талью. Точность воспроизведения сигналов осциллографа соответствовала II классу ГОСТ 22737-77. Погрешности измерений в рабочих условиях по вертикальному и горизонтальному отклонениям не превышали 12%.
Наиболее распространенными материалами при восстановлении деталей являются самофлюсующиеся сплавы. Самофлюсующиеся сплавы имеют гетерогенную структуру и широкий интервал температур плавления. Поэтому если нагреть напыленный слой из такого материала до температуры в интервале между температурами ликвидуса и солидуса, то такой напыленный слой полностью уплотнится и образуется хорошее сцепление между покрытием и подложкой. Если материал покрытия достаточно жесткий, то этим способом можно наносить защитные слои с хорошим сцеплением на детали со сложной формой поверхности, в частности коленчатых валов. Наиболее распространенными сплавами являются материалы на основе Ni-Cr-Si-B [52].
Такие покрытия представляют собой хромникелевую матрицу с распре-делеными в ней мелкими частицами карбидов, а иногда боридов и силицидов. Этот сплав имеет широкий интервал температур плавления. Если нагреть до температуры, лежащей между ликвидусом и солидусом, то он будет состоять из жидкой фазы, образовавшейся при частичном проплавлений Ni/Cr твердого раствора и Ni/Cr/Si/B эвтектики, в которой находятся твердые карбиды и бори-ды, а также не растворившиеся частицы Ni/Cr фазы. Вязкость такой смеси достаточно высока, чтобы покрытия из этих хромоникелевых сплавов можно было наносить на цилиндрические детали. В полурасплавленном состоянии жесткость этого сплава достаточно высока для горячей формовки. Точка солидуса этого сплава обычно выше 970 С, а температура ликвидуса, в зависимости от состава, лежит в интервале 1050-1200 С, а температура плавления 1030-1150 С. Матрица такого сплава имеет высокую стойкость к окислению, и даже при температуре плавления поверхность сплава остается светлой и блестящей, поэтому оплавление можно легко заметить [48].
При нагреве порошка во время напыления и оплавления на каждой частице образуется очень тонкая защитная пленка оксида, которая препятствует слиянию расплавленных частиц. Однако самофлюсующиеся сплавы содержат бор и кремний. Эти элементы удаляют поверхностные оксиды, и покрытие может полностью уплотнится при оплавлении. Поскольку поверхность подложки тоже очищается от оксидов, то образуется хорошее сцепление покрытия с основой. Если материал подложки содержит большое количество хрома, то на его поверхности образуется столь толстый оксидный слой, что самофлюсующийся материал покрытия не может его удалить. Поэтому не рекомендуется применять материалы с большим содержанием хрома [49].
Напыленный и упрочненный слой должен обладать высокой износостойкостью, т.к. эту технологию предполагается использовать для восстановления деталей, работающих при знакопеременных нагрузках. Наиболее подходящими для работы при абразивном изнашивании и значительных удельных нагрузках, могут служить самофлюсующиеся сплавы ПГ-СР4 и смесь 50% ПГ-СР4+50% ПН85Ю15 с грануляцией порошка 40...80 мкм, выпускаемые акционерным предприятием легированных порошков и сплавов (г. Тула). Химический состав данных порошков представлен в рекламном проспекте этой фирмы [48]. Изготовление образцов для исследования физико-механических свойств осуществляли из стали 45, а для исследования температурных режимов 42ХМФА.
Исследование электрических параметров плазмотрона без модуляции
Понятие "твердости" для материала плазменного покрытия отличается от аналогичного понятия для сплошного материала. Это связано с наличием в плазменном покрытии пор. Данную твердость определяли по методу Роквелла по шкале С. Для этого использовали прибор ТК-2М [88].
Микротвердость определяли с помощью прибора ПМТ-3 [87, 88]. Методика исследования твердости и микротвердости изложена в приложении А. Методика металлографического и рентгеноструктурного анализов Основной задачей металлографического и рентгеноструктурного анализов является выявление фазового состава покрытия, определение остаточных напряжений (напряжения первого рода), а также состояние переходной зоны и структуры полученных покрытий.
Рентгеноструктурный анализ проводили на дифрактомере ДРОН-3,0 [89, 90], а металлографический анализ на микроскопе МИМ-7 [87]. Методики металлографического исследования и рентгеноструктурного анализа изложены в приложении Б. Методика определения пористости покрытий
Пористость - одна из важнейших характеристик покрытий. Особенности пористой структуры влияют на такие эксплуатационные свойства покрытий, как тепло- и электропроводность, газопроницаемость и др. [52].
Влияние пористости на конструктивную прочность покрытий двояко. Если пористое покрытие наносится на поверхность, работающую в паре тре ния, то при смазывании может увеличиваться износостойкость, так как находящаяся в порах смазка будет сравнительно равномерно подаваться в зону трения. Отрицательный эффект от наличия пор характерен для защитных покрытий, когда по открытым порам агрессивные газы или жидкости достигают основного металла.
Для определения пористости в нашей работе использовали метод гидростатического взвешивания [88]. Методика данного исследования представлена в приложении В. Методика лабораторных испытаний на изнашивание абразивно-масляной прослойкой
Исследование износостойкости плазменных покрытий при изнашивании масляно-абразивной прослойкой возможно для материалов с твердостью более HV 20, средним размером пор менее 0,1 мм и толщиной покрытий более 0,05 мм.
Для испытания на трение и износ использовалась машина МИ-1М согласно методике изложенной в работе [92]. Методика испытаний на износостойкость изложена в приложении Г. Методика определения предела выносливости покрытий
Предел выносливости остается одним из важнейших показателей для деталей работающих при циклических нагрузках. Под действием знакопеременных нагрузок происходит постепенное накопление повреждений материала, приводящее к изменению его прочностных свойств и развитию трещин и, как следствие, к разрушению.
Усталостные испытания проводились при чистом изгибе вращающегося образца на машине МУИ-6000 согласно работе [93, 94]. Методика данных исследований изложена в приложении Д.
Последовательность и формулы для статистической обработки результатов представлены в приложении Ж. В основу обработки и анализа экспериментов была положена схема /94/, согласно которой исследования строились по этапам. На первом этапе оценивалась ошибка эксперимента, производилось обоснование кратности опытов и определялось их количество для математического решения задачи [94].
На втором этапе на основе установленного качественного анализа физического соответствия между факторами и экспериментальными данными распределения зависимых переменных производился выбор математической формы связи.
На третьем этапе применялся регрессионный анализ с целью установления связи между переменными и определялись оптимальные технологические режимы процессов.
Последовательность и формулы для расчета и обработки результатов представлены в приложении К.
1. Усовершенствована установка для воздушно-плазменного напыле ния, снижающая трудоемкость, механизирующая и автоматизирующая процесс нанесения покрытия.
2. Разработаны основные положения методики исследования электриче ских характеристик дуг плазмотрона, состоящая в определении параметров мо дуляции выносной дуги, а также методика определения температурных режи мов основы образца и детали, позволяющая определить их влияние на физико механические свойства покрытий.
Похожие диссертации на Технология восстановления цилиндрических поверхностей валов плазменным напылением с одновременным оплавлением выносной модулируемой дугой (На примере коленчатого вала)
