CC BY
20
явка № 2008145769/02.- от 18.11.2008.- Опубл. 27.08.2010.- Бюл. № 24.
5. Козлов, А.В. Определение предельных натягов и усилий при гибке труб методом раскатывания [Текст] / А.В. Козлов, Я.М. Хилькевич // Известия Челябинского научного центра.— 2004.— С. 101-106.
6. Глазков, А.В. Холодная гибка труб продольным раскатыванием [Текст] / А.В. Глазков, С.Г. Лакирев // СТИН.— 2005. № 7.
7. Джонсон, У. Теория пластичности для инженеров [ Текст ] / У. Джонсон, П.Б. Меллор.— М.: Машиностроение, 1979. — 567 с.
УДК 630
СЛ. Котов, В.А. Марков, А.Н. Марков, АЛ. Мальцев
ИССЛЕДОВАНИЕ СКОРОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ ПК40Х2 НАНЕСЕННОГО МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОГО ПРИПЕКАНИЯ
Многие детали ходовой части лесозаготовительных машин, особенно подшипники скольжения и оси, подвержены сильному износу, связанному с тяжелыми условиями эксплуатации техники. Подшипники зачастую дешевле заменить, чем восстанавливать, а вот оси могут быть достаточно дорогими. Причиной изнашиваемости осей ходовой части лесозаготовительной техники служит попадание абразива на фрикционный контакт. Трение — одно из самых распространенных явлений. Оно сопровождает любые относительные перемещения соприкасающихся тел или их частей. В качестве представительной детали для исследования скорости изнашивания выбрана ось катка трелевочного трактора Онежец-ЗОО (рис. 1).
Рис. 1. Оси катка трелевочного трактора
Для восстановления осей катка тракторов предлагается метод электроконтактного при-пекания композиционных материалов, позволяющий повысить их долговечность и одновременно упрочнить рабочие поверхности. Также следует учесть тот факт, что внедрение установки для электроконтактного припекания возможно на большинстве предприятий отрасли и не требует крупных финансовых вложений.
Статья посвящена проведенному исследованию скорости изнашивания восстановленных по данной технологии деталей в условиях, приближенных к реальным условиям эксплуатации данной детали. При этом особое внимание уделяется анализу влияния различных параметров технологического процесса припекания (сила тока, напряжение и сила прижима электрода) на износостойкость восстановленной детали.
Методика исследования
Технологическая схема электроконтактного напекания металлических порошков на поверхности деталей показана на рис. 2. Данная схема предназначена для восстановления цилиндрических деталей. Здесь ток в зону наплавки подводится через два наплавляющих ролика. Это позволяет исключить из внешнего контура контактные переходы и тем самым значительно уменьшить потери мощности.
Сущность технологического процесса электроконтактной наплавки заключается в спека-
Металлургия и материаловедение
нии и припекании к поверхности детали слоя металлического порошка под действием давления формирующего ролика и температуры от проходящего по слою порошка электрического тока большой плотности (3000—5000 А/см2), т. е. спекание происходит за счет тепла, выделяемого электрическим током на активном сопротивлении [3].
Внешним называется трение, которое возникает при относительном перемещении двух соприкасающихся тел. Оно зависит от взаимодействия внешних поверхностей этих тел вблизи участков касания и не зависит от состояния внутренних частей тела. Процесс внешнего трения и износа состоит из трех последовательных этапов: взаимодействия поверхностей, изменения материала поверхностных слоев в процессе трения и разрушения поверхностей [1]. В рассматриваемом случае (ось катка) трение происходит с более твердой деталью — подшипником, изготовленным из стали ШХ15 (беспримесной подшипниковой стали). Поверхность твердых тел характеризуется микрорельефом, показателями которого являются отклонение формы, волнистость и шероховатость. Можно сделать вывод, что изменение структуры при трении происходит на отдельных пятнах контакта. Поэтому структура и свойства поверхностного слоя отличается от структуры и свойств, характерных для условий объемной деформации и термической обработки.
В рассматриваемом случае согласно заводским чертежам деталей шероховатости Яа обеих поверхностей трения равны 2,5, что снижает воздействие этого фактора до минимума. При рассмотрении процесса внешнего трения необходимо учитывать три группы факторов (см. табл.) [1].
При выборе подходящего порошкового материала, который возможно использовать при нанесении покрытий методом электроконтактной наплавки, следует учесть физико-механические и эксплуатационные свойства получаемых из них покрытий и сопоставить их со свойствами исходного материала, в данном случае — стали 40Х.
Также стоит обратить внимание на то, что выбор материала должен быть сопоставлен с областью его применения. Для выбора порошкового материала воспользуемся классификацией,
Рис. 2. Технологическая схема электроконтактной
наплавки порошковыми материалами: 1 — восстанавливаемая деталь; 2 — наплавленный металл; 3 — наплавляющий ролик; 4 — металлический порошок; 5 — бункер; 6 — упрочняющий ролик
предложенной профессором Б.С. Ермаковым. Исходя из физико-механических свойств и состава установлено, что наиболее предпочтительно для высоконагруженных соединений ходовой части лесных машин покрытие ПК40Х2. Основой данного композиционного материала служит железо, а в его состав также входит углерод (0,3-0,6 %) и хром (1-3 %).
Для воссоздания естественных условий трения используется установка ДМ-15 (динамическая машина с максимальной силой нагружения испытуемого соединения 15 кН).
Данная установка позволяет воссоздавать абразивное изнашивание внедрением в зону контакта деталей абразивных элементов, таких, как песок, грунт и др. В качестве пары трения используется реальное соединение «ось катка — внутренняя обойма подшипника». Перед испытанием производится смазывание обоих деталей пластичным смазочным материалом УНИОЛ-1 (ГОСТ 1033-79).
В местах измерений производилась маркировка деталей. Сопряженные диаметры измерялись после разборки электронным микрометром и нутромером с точностью до 0,001 мм в двух взаимоперпендикулярных плоскостях и в трех точках, в центре и по краям, а значение износа принималось как среднее между ними.
Нагрузка на сопрягаемые детали принимается исходя из реальной Р = 15000 Н, устанавливаемой динамометром ДОСМ-5-1 (ТУ25.06.629-
Факторы, влияющие на внешнее трение твердых тел
Входные факторы Внутренние факторы Выходные факторы
Природа трущихся тел Смазочный материал Нагрузка Скорость Температура Изменение шероховатости Изменение свойств поверхностных пленок Тепловыделение Изменение структуры Изменение механических свойств Сила трения Интенсивность износа
74). Также соблюдены следующие условия: характер движения — вращательный; максимальная скорость скольжения в паре трения V =
* г г max
= 0,07 м/с при выходной частоте вращения вала n = 30 мин-1, передаваемого ему электродвигателем установки. Перед проведением экспериментов для каждой пары трения производилась приработка при нагрузке Р = 5000 Н и скорости V = 0,01 м/с. В ходе проведения исследования производилось измерение температуры в зоне трения с помощью термометра, установленного в отверстие, сделанное в обойме подшипника.
Для оценки скорости изнашивания приняты следующие зависимости [4]:
/ - zt
из t >
I = I +1
(1)
(2)
где и — износ сопрягаемых деталей, мм; t—время работ установки, час; I — суммарная скорость изнашивания сопряжения, мм/час; 1оси — скоростьизнашивания оси, мм/час; 1под—скорость изнашивания подшипника, мм/час.
За номинальную скорость изнашивания (I ) примем изнашиваемость оси катка без по-
4 ном7 г
крытия. В ходе проведения предварительных исследований было установлено, что 1ном =
= 0,014 мм/час. При исследовании номинальной интенсивности изнашивания опыты проводились в тех же условиях, что и при исследовании износостойкости осей с покрытием [5].
В качестве факторов технологического процесса припекания композиционных материалов, влияющих на интенсивность изнашивания,
были выбраны следующие: сила тока I, напряжение и и сила прижима электрода Р.
В ходе проведения регрессионного анализа было получено следующее уравнение [2]:
У = -33,85-1,97Х1-1,43Х2-0,47Х3 0,47Х1Х2, (3)
где У — скорость изнашивания; Х1 — сила тока; Х2 — напряжение; Х3 — усилие прижима электрода.
При проверке адекватности модели рассчитаны следующие показатели:
дисперсия адекватности
4 = 2/ (8 - 5) 0,022 = 0,0147;
критерий Фишера
Г = &2Д/ Б2у = 0,12/0,00726 = 16,5.
Находим по таблице / = 19,37 > 16,5; это означает, что модель адекватна.
Результаты исследования
После перехода к натуральным величинам и потенцирования уравнения получаем
I = 0,0455-0,001751 - 0,0025и -
из ' ' '
- 0,00175Р (4)
Из этого можно судить, что все факторы технологического процесса являются значимыми.
Так как зависимость линейная и не имеет точек экстремума, ограничения вводятся исходя из технических возможностей оборудования.
На основе анализа результатов экспериментов и возможностей технологического оборудования получены следующие значения параметров технологического процесса: I = 14 кА, и= = 4 В и Р = 0,5 кН при / з = 0,009 мм/час.
Учитывая, что !ном = 0,014 мм/час, определим процентное понижение скорости изнашивания относительно новых деталей без покрытия:
(
Кии -
1 -
Л,
Л
100% -
1 -0009 |100% - 36%. 0,014 1
Металлургия и материаловедение -►
Анализируя результаты исследования, можно сделать вывод, что скорость изнашивания покрытия, полученного методом электроконтактного припекания композиционных материалов, на 36 % меньше, чем скорость изнашивания стали 40Х, из которой изготовлена представительная
деталь — ось катка. Соответственно можно предположить, что долговечность и надежность соединений, изготовленных или восстановленных с помощью композиционных материалов, выше, чем у стандартных соединений ходовой части лесозаготовительных машин.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Герасимов, С.А. Трение в подвижных соединениях [Текст] / С.А. Герасимов // Наука и образование.— 2004.- № 3.— С. 34-42.
2. Зубарев, Ю.М. Применение методов теории планирования многофакторных экспериментов в технологии машиностроения [Текст ] / Ю.М. Зубарев.— СПб.: Изд-во ОП ПИМаш, 2000.— 130 с.
3. Клименко, Ю.В. Электроконтактная наплавка
[Текст] / Ю.В. Клименко.— М.: Металлургия, 1978.— 127 с.
4. Пекарев, А.Р. Восстановление подвижных сопряжений [ Текст ] / А.Р. Пекарев, А.А.Пекарев.—Чебоксары: Изд-во СервисМаш, 1985.— 80 с.
5. Анисимов, Г.М. Основные направления повышения эксплуатационной эффективности гусеничных трелевочных тракторов [ Текст ] / Г.М. Анисимов.— СПб., 2007.— 456 с.
УДК 621.357
Е.Н. Волкова, А.И. Демидов
ПОЛУЧЕНИЕ РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКИ ЧИСТОГО МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ГЕКСАГИДРАТА СУЛЬФАТА НИКЕЛЯ
В связи с истощением природных ресурсов на рынке производства и потребления цветных металлов все большая доля в сырьевой базе отдается вторичному сырью. Практический интерес представляют переработка и повторное использование объектов, содержащих опасные для человека и окружающей среды тяжелые металлы и их соединения. Как правило, данные материалы представляют собой комплекс химических соединений, не встречающихся совместно в естественной среде, что требует разработки и освоения новых технологий. Отработанные щелочные аккумуляторы, основные компоненты которых — весьма ценные, но токсичные соединения никеля, кадмия и меди, в полной мере относятся к таким видам техногенных отходов.
Основным источником вторичного никеля служат оксидно-никелевые электроды (ОНЭ), в активной массе (АМ) которых содержание никеля колеблется в интервале от 38,7 до 39,1 масс. % [1].
Основное преимущество гидрометаллургической технологии переработки АМ ОНЭ от-
работанных щелочных аккумуляторов связано с возможностью оптимизации технологического процесса в плане получения комплекса соединений никеля и других элементов.
В системе №804—Н20 при температурах от 269,6 до 363 К существует ряд кристаллогидратов различной степени водности. Согласно литературным данным [2] стабильными фазами являются: моренозит №804-7Н20 (ромбический); ретгерсит а-№8046Н20 (тетрагональный); ни-кельгексагидрат Р-№8046Н20 (моноклинный); №804-2Н20, №804-Н20. А метастабильные фазы — это №804пН20, где п = 3—5.
Кристаллизация сульфата никеля из растворов, содержащих серную кислоту, т. е. в системе №804—Н2804—Н20, исследовалась при температурах 283—353 К [3—6].
Экспериментальная часть
В качестве объекта переработки была взята АМ ОНЭ отработанного никель-железного аккумулятора (НЖА) марки ТНЖ-250-У2. Предложенный авторами статьи способ гидрометал-
