CC BY
9Р.А. Варбанец, Ю.Н. Кучеренко, Н.И. Александровская, В.И. Кырнац
Параметрическая диагностика технического состояния судовых дизельгенераторов 6PL-24
[5] Отнес Р. Прикладной анализ временных рядов / Р. Отнес, Л. Эноксон - М. : Мир, 1982. -482 с.
[6] RightMark Audio Analyzer [Електронний ресурс]. - Режим доступу: audio.rightmark.org
[7] Соломатин С.Я. Особенности вибрационнго состояния центробежного компрессора при останове / С.Я. Соломатин, В.Н. Краевский, К.А. Кузьмин // НТиИ Компрессорная техника и пневматика. - Москва, 2012. - №1(2012). - С. 12-16.
PARAMETRICAL DIAGNOSTICS OF THE TECHNICAL CONDITION OF AUXILIARY ENGINES 6PL-24
R.A. Varbanets, Y.N. Kucherenko, N.I. Alexandrovskaya, V.I. Kirnats
Results of parametrical diagnostics of two auxiliary engines Daihatsu 6PL-24 are considered. Diagnostics of working process was made by means of D4.0H system which allows to define not only indicator parameters of working process of diesels, but also fuel feeding and gas distribution parameters. Algorithmic synchronization of data is used (there is no need installation of the phase sensor on flywheel). It allows obtain data directly during operation of diesels without their preliminary preparation. Determination of turbocharger rpm and its diagnostics is made by means of spectral analysis.
УДК 621.78
С.С. Казаков, аспирант ФБОУ ВПО «ВГАВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА СВОЙСТВА ВЫСОКОПРОЧНЫХ ЧУГУНОВ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ СУДОВЫХ СРЕДНЕОБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ, ОБРАБОТАННЫХ ЛАЗЕРОМ
В работе представлены результаты исследований поршневых колец обработанных лазером. Выявлен характер распределения химических элементов в чугунах поршневых колец, определено их влияние на микротвердость и износостойкость.
Ключевые слова: Поршневые кольца, микротвердость, износ, лазерная обработка, термоупрочнение, износостойкость
При лазерной обработке деталей, изготовленных из высокопрочного чугуна, в поверхностных слоях образуется структура белого чугуна.
Для повышения ресурса деталей, работающих в условиях трения, оптимальный состав структур металла в поверхностных слоях следует выбирать на основе совместного анализа особенностей технологии изготовления деталей и работы трущихся поверхностей. Наряду с традиционными способами упрочнения, лазерная обработка рабочих поверхностей деталей машин позволяет формировать структуру чугуна с дифференцированными физико-механическими свойствами.
Износостойкость белого чугуна, полученного лазерной обработкой, зависит от его механических свойств и свойств отдельных структурных составляющих (микротвердости, прочности, вязкости, формы, взаимного расположения и количественного соотношения). Основные структурные составляющие белого чугуна располагаются по возрастанию микротвердости в следующем порядке: эвтектоид (перлит, сорбит, тро-остит), аустенит, мартенсит, цементит, карбиды хрома, вольфрама и др. элементов. 158
Химический состав высокопрочных чугунов, используемых для изготовления ПК, включает: углерод, кремний, хром, фосфор, серу, марганец и др.
Кремний в чугуне можно рассматривать как легирующий элемент, распределяющийся при кристаллизации между аустенитом и эвтектическим расплавом. Он повышает температуру эвтектической кристаллизации, расширяет интервал эвтектического превращения, препятствует переохлаждению и уменьшает влияние скорости охлаждения.
При лазерной обработке высокопрочного чугуна кремний увеличивает верхнюю критическую скорость отбеливания. Под влиянием кремния (0,5...1,5 %), предел растворимости углерода в аустените и положение эвтектической точки на диаграмме «Бе - С - 81» смещается влево, причём строение карбидной эвтектической составляющей становится более тонким. Это связано с увеличением объёмов жидкой фазы, остающейся в расплаве к моменту эвтектического превращения.
Кремний очень сильно влияет на процесс формирования структуры в зоне лазерной обработки, как в ходе затвердевания, так и при структурных изменениях в твёрдом состоянии. Исследованиями распределения кремния между фазами в белом чугуне установлено, что при обычных скоростях охлаждения чугуна он практически целиком концентрируется в ферритной основе. Увеличение содержания кремния в доэвтекти-ческих белых чугунах до 0,78 % приводит к повышению твёрдости и сопротивлению изнашиванию (рис. 1).
Кремний способствует увеличению количества цементитной эвтектики и уменьшению содержания аустенита. При малом содержании кремния (до 1 %) в серых чугу-нах в зоне лазерной обработки наблюдается значительная степень переохлаждения эвтектического расплава и образования обособленных цементитных полей. С увеличением содержания кремния степень переохлаждения чугуна уменьшается и, несмотря на наличие тонких дендритов аустенита, эвтектика хорошо формируется и имеет мелкозернистое строение. В связи с уменьшением содержания углерода в аустените в бывших дендритах избыточного аустенита нет игл вторичного цементита. Эвтектоид пластинчатый, хорошо дифференцирован, укрупнение пластинок эвтектоида отмечено при содержании более 1,2 % 81.
Рис. 1. Влияние химических элементов на микротвердость зоны лазерной обработки чугуна поршневых колец 5 - НУ=/(Ми); 6 - НУ = _/(81)
С учётом повышения жидкотекучести содержание кремния в высокопрочных чгу-нах следует поддерживать в пределах 0,8... 1,2 %. При увеличении кремния более 1,2 % износостойкость чугуна, обработанного лазером, уменьшается [3, 4].
С. С. Казаков
Исследование влияние химических элементов на свойства высокопрочных чугунов ...
Марганец способствует стабилизации аустенита и цементита в белом чугуне. Исследованиями распределения Мп, Сг, Мо и V в белом чугуне при количестве каждого элемента до одного процента и содержании углерода до 3,5% было установлено, что концентрация данных элементов минимальна в середине зоны оплавления, постепенно повышается к периферии и намного выше в эвтектических ячейках. Это наиболее заметно, когда содержание углерода низкое (С < 2,3 %). Степень распределения этих элементов в первичном аустените понижается пропорционально увеличению содержания углерода.
С увеличением содержания марганца до 1,3 % наблюдается перераспределение углерода между аустенитом и эвтектическим расплавом в направлении увеличения содержания углерода в аустените. При содержании Мп до 1 % эвтектоид имеет хорошо дифференцированное карбидное строение. С увеличением содержания марганца строение цементитной структуры существенно не изменяется. Можно отметить небольшую склонность к образованию сплошных цементитных полей. При концентрации Мп до 1,5 % износостойкость чугуна изменяется незначительно.
Хром способствует сильному отбеливанию чугуна. Он уменьшает растворимость углерода в а- и у- железе, увеличивает степень устойчивости твёрдого раствора и кол-чество эвтектической составляющей. В чугунах даже при небольшом содержании хрома образуется карбидная фаза цементитного типа, обогащенная хромом (рис. 2).
В белых чугунах с содержанием до 0,4 % Сг отношение содержания хрома в карбидах к содержанию его в феррите колеблется незначительно и в среднем составляет 5:1. При постоянном количестве углерода отношение содержания хрома в цементите к среднему его содержанию в чугуне снижается при увеличении содержании хрома. При увеличении содержания Сг более 0,4 %, износостойкость уменьшается. Это объясняется растворением хрома в цементите, что приводит к его охрупчиванию.
0 -Т-Т-Т-Т-Т-\- О
4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
Н\\МПа
Рис. 2. Влияние химических элементов на микротвердость зоны лазерной обработки чугуна поршневых колец 3 - HV = ^Ог); 4 - HV = f(Ni)
На некоторых металлургических предприятиях при получении высокопрочного чугуна в него добавляют титан, ванадий, никель или молибден.
При кристаллизации железоуглеродистых сплавов, содержащих титан, последний выделяется в расплаве в виде карбида ТЮ, не растворяясь в цементите. Вследствие образования карбида титана жидкая фаза обедняется углеродом и при достаточном количестве титана и соответствующих условий охлаждения вызывает отбеливание чугуна. При содержании в чугуне до 0,13 % Т1, эвтектоидная точка 8 смещается вправо, уменьшая количество перлита и увеличивая содержание углерода. Значительный ин-
терес представляет способность титана переохлаждать расплавленный чугун при лазерной обработке. Это свидетельствует о растворимости карбида титана в чугунном расплаве и выделении карбида во время кристаллизации.
С увеличением титана до 0,2 % улучшаются механические свойства чугуна. Это объясняется образованием эвтектоида с достаточно высокой твёрдостью и увеличением размеров его полей, уменьшением количества цементитной эвтектики и снижение микротвёрдости цементита. Совокупность этих факторов приводит к увеличению вязкости чугуна и уменьшению в процессе износа выкрашивания цементитной эвтектики и структурно-свободного цементита.
При наличии ванадия происходит стабилизация цементита, причём тем сильнее, чем выше его содержание в чугуне. Согласно имеющимся данным исследований, ванадий не растворяется в цементите, а образует карбиды VC, VC3, которые имеют форму, близкую к шаровидной [4].
В высокопрочном чугуне может раствориться до 0,5 % ванадия. Следовательно, легирование данным элементом приводит к связыванию части углерода в карбиды и обеднению углеродом жидкой фазы. При этом карбидообразование осложнено из-за появления твёрдых растворов карбида ванадия в цементите, более устойчивых и прочных по сравнению с обычным цементитом. В процессе первичной кристаллизации ванадий вызывает перераспределение углерода аналогично титану, отличаясь от последнего большей растворимостью в аустените и цементите.
При легировании чугуна ванадием обеспечивается более высокая твёрдость и износостойкость, по сравнению с чугуном, содержащим 0,4 % хрома [1,2].
Никель образует с углеродом метастабильный карбид №3С. Легирование чугуна никелем способствует стабилизации аустенита и расширяет область у - железа. Установлено, что влияние никеля на твёрдость белого чугуна подобно влиянию марганца.
При содержании № до 1% наблюдается дендритное строение чугуна, очень крупные поля трооститообразного эвтектоида с включениями вторичного цементита, небольшие участки свободного цементита и эвтектика тонкого строения. Повышения износостойкости при такой концентрации № не происходит.
Наиболее сильное влияние на повышение износостойкости чугунов оказывает молибден. Он образует твёрдые растворы с железом и несколько химических соединений. Присутствие молибдена приводит к увеличению количества полей троститообразного эвтектоида с включениями вторичного цементита. При содержании 1,5 % Мо в высокопрочном чугуне после лазерной обработки значительно повышается износостойкость поверхностей трения.
Сера является вредной примесью. Она может образовывать с железом химические соединения Бе8 и Бе82. Несмотря на то, что сера способствует отбеливанию чугуна при лазерной обработке, она увеличивает усадку, повышает напряжения и склонность к образованию трещин, делает чугун густотекучим и отрицательно влияет на его физико-механические свойства.
При содержании серы до 0,12% наблюдается дендритное строение, эвтектоид крупнопластинчатый со значительным количеством вторичного цементита крупно игольчато го строения. Междендритное пространство заполнено свободным цементитом, в котором расположены включения марганца кубической и многогранной формы. Имеется незначительное количество эвтектики тонкого строения. Содержание серы в высокопрочном чугуне не должно превышать 0,1 %.
Влияние фосфора на физико-механические свойства рассматривалось при его содержании до 0,15 %. В соответствии с диаграммой состояния «Бе - Р» увеличение содержания фосфора в значительной степени понижает температуру плавления металла. Фосфид Бе3Р и насыщенные кристаллы а - раствора образуют эвтектику. Фосфид-ная эвтектика обладает высокой твёрдостью [1,2].
Характер распределения фосфидной эвтектики в чугунах оказывает двойственное влияние на его износостойкость. При расположении фосфидной эвтектики в виде сет-
С. С. Казаков
Исследование влияние химических элементов на свойства высокопрочных чугунов
ки увеличивается износостойкость чугуна. Однако отдельные включения фосфидной эвтектики сравнительно легко выкрашиваются и отрицательно влияют на износостойкость. Поэтому в высокопрочных чугунах, упрочняемых лазером, должно быть минимальное количество фосфора.
Наиболее целесообразно рассматривать вышеперечисленные элементы в комплексе в связи с тем, что необходимо учитывать их взаимное влияние.
Проводились исследования влияния на структуру и свойства белого чугуна комплексных присадок.
При рассмотрении системы «кремний - марганец - хром» изменялось содержание марганца от 0,7 до 1,4 %, при неизменном содержании кремния 0,9... 1,1 % и хрома 0,2... 0,4 %.
При наличии 0,7 % Мп дендритное строение наблюдается не на всех участках шлифа; эвтектоид трооститообразный, большое количество свободного цементита, вторичный цементит отсутствует. С увеличением содержания марганца до 1,4 %, формируется дендритное строение и происходит некоторое увеличение эвтектики. Повышенное содержание марганца увеличивает микротвердость и износостойкость деталей.
Исследована система элементов «углерод - кремний - марганец -хром - титан». Содержание углерода изменялось в пределах от 2,9...3,5 %, содержание остальных элементов оставалось постоянным (рис. 3). При содержании до 3 % углерода наблюдалось тонкое дендритное строение: эвтектоид - сорбитообразный, много мелких полей свободного цементита. Эвтектика тонкого строения, её количество увеличено. Карбиды титана располагаются внутри полей цементита и эвтектики, вторичный цементит отсутствует.
Рис. 3. Влияние химических элементов на микротвердость зоны лазерной обработки чугуна поршневых колец: 1 - НУ =/(С) на глубине 0,07 мм;
2 - НУ = /(С) на глубине 0,1 мм;
При дальнейшем увеличении содержания углерода количество эвтектики возрастает. При этом она располагается в виде колоний более грубого строения. Максимальная износостойкость достигается при содержании 3,32 % углерода.
В системе «кремний - марганец - хром - фосфор» рассматривали влияние содержания фосфора в пределах от 0,1 до 0,14 % на свойства чугуна (2,8...3 % С, 1,1... 1,6 % 81, 0,2...0,3 % Сг).
При содержании фосфора 0,1 % наблюдалось дендритное строение, значительное количество эвтектоида трооститообразного и тонкопластинчатого строения с включениями вторичного цементита. Междендритные пространства были заполнены структурно-свободным цементитом. Эвтектика в структуре отсутствовала. Повышение содержания фосфора способствует некоторому снижению микротвердости. Введением
фосфора в сочетании с любыми другими элементами трудно получить чугун с повышенной износостойкостью, т.к. это приводит к уменьшению вязкой фазы (эвтектоида) и увеличению хрупких составляющих (цементита и фосфидной эвтектики).
На основании проведённых исследований было установлено, что для лазерного упрочнения ПК с целью получения заданных физико-механических свойств слоям ЗЛВ, предпочтительно применять чугуны следующего химического состава:
ПК - С (3,0-3,2) %, Мп (0,8-0,95) %, Сг (0,2-0,3) %, Ni > 0,8 %, Si (1,75-2,2) %, Р < 0,5 %, S < 0,09 %.
Список литературы:
[1] Глебов В.В., Прохоров И.И. Лазерная обработка поверхности чугуна с целью его упрочнения. Сб. статей «Управление строением отливок и слитков», 1992.-С. 12-18.
[2] Григорянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. - М.: Машиностроение, 1989. -304 с.
[3] Дубняков В.Н., Кащук О.Л. Соотношение между количественными характеристиками микроструктуры и износостойкостью серого чугуна, упрочнённого лазерным излучением /УМиТОМ, 1986, № 9. - С. 40.
[4] Левченко А.А., Гананко И.А., Гуйва Ф.Т. и др. Лазерное упрочнение высокопрочных чугу-нов // Фих. и химия обработки материалов. - 1987. № 1, С. 62-68.
STUDY ON EFFECTS OF CHEMICAL ELEMENTS PROPERTIES OF DUCTILE IRON PISTON RINGSSHIP MEDIUM-SPEED DIESELS, THE LASER-TREATED
S.S. Kazakov
The results of studies ofpiston rings the processed laser. The character of the distribution of chemical elements in cast iron piston rings, defined by their effect on the micro-hardness and wear resistance.
УДК 629.5:678
В.А. Орехво, канд. техн. наук, доцент ФБОУ ВПО «ВГАВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а
ПОЛИМЕРЫ В СУДОСТРОЕНИИ И СУДОРЕМОНТЕ
Рассмотрены вопросы восстановления деталей судовых машин и механизмов с использованием полимерных материалов в судостроении и судоремонтном производстве.
Ключевые слова: полимеры, эпоксидные компаунды, судовые детали, восстановление, ремонт
Полимеры - это высокомолекулярные вещества, молекулы которых состоят из повторяющихся структурных элементов - звеньев, соединенных в цепочки химическими связями, в количестве, достаточном для возникновения специфических свойств. К специфическим свойствам следует отнести следующие способности: способность к значительным механическим обратимым высокоэластическим деформациям; к образованию анизотропных структур; к образованию высоковязких растворов
