Исследование диффузионных процессов, происходящих при доалитировании Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (130) 2014

ских отверстия под базирующие штифты (база Б лишает двух линейных степеней свободы, база В лишает деталь также двух степеней свободы: одной линейной и одной угловой степеней свободы), совместно лишающих деталь четырех степеней свободы: трех линейных и одной угловой вместо достаточных двух линейных и одной угловой. Таким образом, общее количество лишаемых комплектом основных конструкторских баз А, Б, В степеней свободы составляет 3 + 4 = 7, или (1л+2у) +2л+ (1л+ 1у) =4л + 3у, т.е. больше шести на одну линейную степень свободы. Аналогичную избыточность базирования имеет и комплект вспомогательных баз Е, Ж, Д, определяющих расположения присоединяемых деталей впускного клапана и головки цилиндра. Деталь статически неопределимая, появляется натяг в соединениях штифтов с седлом клапанов и клапанами.

Для преодоления избыточности базирования седла клапанов есть несколько путей:

1) оставить два круглых базирующих отверстия, но использовать один срезанный штифт, для лишения только одной угловой степени свободы с помощью базы В (рис. 3). Суммарная информативность базирования будет равна шести: (1л+2у) + 2л+1у = 3л + 3у = 6ст;

2) изменить конструкцию соединения, для этого одно из двух круглых отверстий под штифты сделать овальным (базу В), чтобы она лишала одной угловой степени свободы (рис. 4). Большая ось овального от-верстия совпадает с осью Х4;

3) изменить конструкцию соединения, для этого в три круглых отверстия поставить три срезанных штифта [4] .

Используя одно из решений избыточности базирования, рассмотрим геометрическую модель седла клапанов с тремя круглыми отверстиями под штифты (рис. 5).

На модели представлены четыре основные базы: А, Б, В, Г и четыре вспомогательные: Е, Ж, Д, И. База А лишает одной линейной и двух угловых степеней свободы, база Б лишает двух линейных степеней сво-боды, база В лишает одной линейной и одной угло-вой степени свободы и база Г лишает

одной линейной степени свободы. Система координат выходит из центра, действует принцип кратчайших цепей. Ито-го, сумма лишаемых комплектом баз степеней свобо-ды детали равна шести, деталь стала статически оп-ределимой.

Таким образом, штифтовые соединения седла клапанов (плоской детали) с помощью двух цилиндрических штифтов не могут образовывать систему координат детали, так как имеют суммарную информативность равную семи и обладают избыточностью базирования. Одним из более эффективных способов избыточного базирования является применение трех срезанных пальцев в сочетании с круглыми отверстиями, образующими совместно с установочными базами суммарную информативность, равную шести.

Библиографический список

1. Глухов, В. И. Координирующие размеры деталей и их измерение / В. И. Глухов // Измерит. техн. — 1998. — №7— С.18 — 22.

2. ГОСТ 26862 — 86 Штифты. Общие технические требования. — Введ. 1987-07-01. — М. : Изд-во стандартов,1987. — 10 с.

3. Глухов, В. И. Метрологическое обеспечение качества по точности геометрических величин : учеб. пособие. / В. И. Глухов. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2012. — 140 с.

4. Пшеничникова, В. В. Штифтовые соединения: точность базирования деталей / В. И. Глухов, В. В. Пшеничникова // Мир измерений. — 2013. — №7 (149). — С. 3 — 6.

ПШЕНИЧНИКОВА Вера Владимировна, старший преподаватель кафедры «Метрология и приборостроение».

Адрес для переписки: mips@omgtu.ru ИЖЕНЯКОВА Мария Андреевна, студентка 5-го курса, гр. П-519, кафедра «Метрология и приборостроение».

Адрес для переписки: trifonova_maria@mail.ru

Статья поступила в редакцию 26.03.2014 г.

© В. В. Пшеничникова, М. А. Иженякова

УДК 621.1.016 в. в. ТРИФОНОВ

Омский государственный технический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФУЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ ПРИ ДОАЛИТИРОВАНИИ

В статье приведен эксперимент по диффузионному насыщению рабочих лопаток турбины на различную толщину. Произведена оценка полученных данных. Сделаны выводы по возможности проведения операции ремонта покрытия доалитированием. Ключевые слова: диффузия, алитирование, эксперимент.

В порядке проверки возможностей технологии «доалитирования» проведен эксперимент по увеличению толщины слоя до показателей, значительно превышающих нормы, предусмотренные конструкторской документацией на рабочие лопатки 2 ступени турбины ГТД.

Для эксперимента подобраны 47 лопаток, не имеющих замечаний по цветной дефектоскопии. Методом термоЭДС с настройкой по содержанию алюминия определено местное отсутствие на лопатках агитированного слоя. Все лопатки сняты с одного двигателя и имеют значительную наработку — 860 часов,

которая лежит близко к верхнему пределу долговечности алитированного покрытия 900 — 1000 часов.

Порезкой 1 лопатки от комплекта на микрошлифах определена толщина покрытия 0 — 0,02 мм. Первоначально после подготовки на проведение покрытия поверхности обдувкой на все 46 лопаток наложено 0,02 — 0,03 мм слоя шликера поверх «старого» и произведен диффузионный отжиг, согласно технологии на алитирование.

Величина слоя после диффузии порезкой была определена 0,02—0,05 мм, что соответствует техническим требованиям на покрытие.

Дальнейшие работы проводились на 33 лопатках и связаны с возможностью выхода значений толщины слоя за верхний предел 0,05 мм. Лопатки разделены на 3 партии. Установлена задача получить слой 0,07 мм, 0,09 мм, 0,11 мм.

Для этого на лопатки первой партии был наложен слой шликера 0,01 —0,02 мм; второй партии — 0,03 — 0,04 мм; третьей партии — 0,05 — 0,06 мм.

После проведения диффузионного отжига на лопатках первой партии получена, согласно металлографическому исследованию, толщина слоя 0,035 — 0,04 мм; на лопатках второй партии получено 0,035 — 0,06 мм; на лопатках третьей партии 0,045 — 0,07 мм.

Заниженные значения можно объяснить, во-первых, проведением обдувки — технологически заложено и подтверждено испытаниями снятие слоя от 0,005 до 0,01 мм при пескоструйной обработке; во-вторых, проникновением алюминия вглубь основного материала из старого покрытия при отжиге.

Вследствие того, что ожидаемая величина слоя не была получена, нанесение покрытия проводилось повторно до получения требуемых толщин. Для лопаток первой партии был получен слой 0,08 — 0,1мм; второй партия — 0,07 — 0,08 мм; третьей партии — 0,08 — 0,1 мм. При этом на образцах появилась линия раздела алитированных слоев, выявлены сколы второго алитированного слоя по линии раздела и сколы слоя на всю глубину до основы.

Это явление лишний раз подтверждает главные условия для нормального течения диффузионного процесса — наличие градиента концентрации и химического потенциала [1]. В нашем случае после нанесения третьего слоя шликера была достигнута предельная концентрация алюминия, которая при четвертом блокировала диффузионный процесс проникновение нового слоя.

Дополнительно к имеющимся данным было проведено определение содержания алюминия в наружной зоне покрытия на электронном микроскопе с энергодисперсионным спектрометром методом МРСА по образцам-свидетелям от каждой партии.

По партии № 1 (рис. 1) по спектру № 8 содержание алюминия — 33,22 %, никеля — 46,14 %; спектр №9 А1 — 33,57 % N — 38,13 %; спектр № 10 А1 — 33,6 %, № — 52,08. Зонально и при сравнении с эталоном алитированного слоя по нормам на содержание элементов (по А1 — превышение в 1,5 раза) можно говорить о слабой диффузии никеля к поверхности и алюминия в направлении основы.

По партии № 2 (рис. 2) по спектру № 3 А1 — 31,64 % № — 44,04 %; спектр № 4 А1 — 20,55 % № — 29,15 %; спектр № 7 А1 — 26,2 % № — 37,58 %; спектр №5 А1 — 27,84 % № — 51,82 %; спектр № 6 А1 — 5,43 % № — 51,82 %. На шлифе четко определяется многослойность алитирования, что видно по содержанию алюминия: спектры № 4 и № 5 обозначают зону, принадлежащую предыдущему покрытию, а спектр № 3 — крайнему с повышенным содержанием алюминия и пониженным никеля — повторяется то же распределение, что и на партии № 1 — имеющийся слой блокировал новое покрытие.

Рис. 3

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (130) 2014 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

125

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (130) 2014

По партии № 3 (рис. 3) по спектру № 1 А1 — 22,53 % № — 52,2%; по спектру №2 А1 — 4,91% № — 62,36 %. По содержанию слой соответствует принятым нормам, что можно объяснить меньшим слоем наложения шликера по крайнему отжигу: имеющихся вакансий оказалось достаточно для прохождения диффузии алюминия меньшего количества, нежели на лопатках 1 и 2 партии.

Библиографический список

1. Бокштейн, Б. С. Термодинамика и кинетика диффузии в твердых телах / Б. С. Бокштейн, С. 3. Бокштейн, А. А. Жу-ховицкий. — М. : Металлургия, 1974. — 280 с.

ТРИФОНОВ Виктор Васильевич, аспирант кафедры «Авиа- и ракетостроение», ведущий конструктор ОМО им. П. И. Баранова.

Адрес для переписки: jeton@inbox.ru

Статья поступила в редакцию 30.10.2013 г.

© В. В. Трифонов

УДК 621:62-567:678 р. Д. ЩЕПЕТКОВ

Е. С. ДНИКИН Д. В. ЗУБДРЕВ Ю. П. КОМДРОВ

Научно-производственное предприятие «Прогресс», г. Омск

УНИВЕРСДЛЬНОЕ УРАВНЕНИЕ РДДИУСД КРИВИЗНЫ ПРОФИЛЯ ГОФРА РЕЗИНОКОРДНОЙ ОБОЛОЧКИ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО АМОРТИЗАТОРА

Получены аналитические зависимости для радиуса кривизны профиля гофра резинокордной оболочки при различных типах направляющих арматур пневматического амортизатора.

Ключевые слова: радиус кривизны, пневматический амортизатор, резинокордная оболочка.

В работе приводятся формулы для определения радиуса кривизны профиля гофра резинокордной оболочки (РКО), позволяющие учитывать форму наиболее принятых видов направляющих арматур пневматического амортизатора и длину профиля РКО.

Направляющие арматуры представляют собой поверхности вращения: цилиндрические, конические, торовые [1, 2].

Присвоим образующей направляющей арматуры наименование, соответствующее форме поверхности вращения, — коническая, цилиндрическая, торовая.

Определим точку схода профиля гофра РКО с направляющей арматуры как точку прикосновения касательной к окружности.

В соответствии с определением точки схода углы наклона а, р в касательных к положительному направлению оси X, проведенные в соответствующие точки схода профиля гофра РКО с направляющих арматур (рис. 1), будем называть углами схода профиля РКО с направляющих арматур. На рис. 1 профиль РКО в направляющих арматурах — 1, направляющие арматуры — 2 и точка схода профиля РКО с направляющих арматур — Т.

Рассмотрим профиль РКО пневматического амортизатора с торовыми направляющими арматурами равного радиуса кривизны Ra в соответствии с рис. 1а и 2. На рис. 2 Т1 и Т2— точки схода гофра

профиля РКО с направляющей торовой арматуры; М1Т1 и М2Т2 — касательные к торовым арматурам, проведенные под углом а и р соответственно. Точка О3 — геометрическое место радиусов кривизны О3Т1 = О3Т2 = R, проведенных в точки схода Т1 и Т2.

В точках К1 и К2 профиль РКО считается жестко защемленным. Длина профиля РКО есть длина кривой линии К1Т1Т2К2.

Для каждой пары углов схода а, р линии К1Т1Т2К2 соответствует своя длина профиля РКО.

Начало координат расположим в точке центра торовой арматуры О1.

Проводя прямую АВ через центр торовой арматуры О2 параллельно касательной, проходящей через точку Т2 под углом р к оси X, и проецируя на нее точку О1, получим прямую О1В. Точка Р — проекция точки О3 на прямую О1В.

Проецируя ломаную О1О3О2 на прямую О1В, получим:

Ща, Р) = -

В(Р)

(1)

2cos2

Р - а 2

где R(a, Р) — радиус кривизны профиля гофра РКО, проведенный в точки Т1 и Т2 схода профиля гофра РКО с направляющих арматур; В(Р) — функция угла Р, определяющая расстояние от начала координат