CC BY
39
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
УДК 421.75. 818: 621 Е. В. ШЛЯКОВЛ
И. В. мозговой
А. А. СОЛОВЬЕВ
Омский танковый инженерный институт
Омский государственный технический университет
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЛАЗЕРНОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА СТОЙКОСТЬ
К ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ КОРРОЗИИ МАТЕРИАЛА ГИЛЬЗ ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
В работе рассмотрены результаты исследования скорости коррозии материала гильз цилиндров двигателя внутреннего сгорания после лазерной обработки, показана зависимость коррозионной стойкости легированной азотированной стали от пара метров лазерного излучения.
Проблема коррозионной стойкости касается поенной техники, находящейся н условиях постоянной эксплуатации и на хранении. 65-80% неисправностей обусловлены коррозией и старением деталей, 30-40 % таких неисправностей вызывают вынужденные остановки машин в пути (1]. Поэтому защита
узлов и деталей военной техники откоррозии и повышение износостойкости отнесены к основным направлениям научно-технического прогресса.
Химическая стойкость конструкционных металлических материалов, используемых в производстве и ремонте техники, зависит от природы, состава и
структуры самого материала, состава технологической среды и гидродинамических условий эксплуатации изделий. Гильзы двигателей большой мощности современной военной техники выполняются из азотированной стали 35XIOA, 35ХМЮА, 38ХМЮА с присадкой алюминия. Азотирование и термическая обработка гильзы значительно повышаюттвердость внутренней поверхности и уменьшают износ гильзы.
Основной причиной коррозии гильз цилиндров являются продукты сгорания топлива, и котором содержится до 0,2% сернистых соединений. Продукты коррозии выступают над поверхностью стенок гильз и при последующем запуске срезаются поршневыми кольцами. Происходит интенсивный износ гильз цилиндров и поршневых колец, снижается мощность двигателя, увеличивается расход топлива и масла, сокращается межремонтный срок службы.
Нами предлагается использовать лазерное излучение для обработки материала гильз цилиндров двигателя внутреннего сгорания с целью повышения коррозионной стойкости, твердости, износо- и теплостойкости.
Для проведения коррозионных испытаний нами изготовлены образцы стали 38Х2МЮА. Передэкспе-риментом образцы были промыты дистиллированной водой, высушены фильтровальной бумагой, обезжирены спиртоэфирной смесью, выдержаны в эксикаторе с термически обработанным силикагелем. Половина образцов стали 38X2MIOA подвергалась лазер-пому облучению на лазерной технологической установке ЛТУ-2М.
Режимы лазерной обработки: длительность импульса 1,5 • 10 'с, напряжение накачки лазера 2,5 кВ, фокусное расстояние от линзы 260 мм, 270 мм, 280 мм, коэффициент перекрытия пятна излучения 0,5. Для снижения коэффициента отражения лазерного излучения поверхности образцов покрывались тонким слоем сажи по общепринятым методикам 11 ).
13 качестве электролита для коррозионных испытаний использовался 4н раствор серной кислоты. Выбор электролита обусловлен тем, что при сгорании дизельного топлива, содержащего серу, образуются оксиды серы (IV) и (VI), которые частично превращаются в сернистую и серную кислоты. Таким образом, данный раствор электролита моделирует агрессивную среду, возникающую в реальных условиях эксплуатации двигателей внутреннего сгорания военной техники (2).
Образцы, подготовленные к испытаниям, взвешивались, покрывались слоем горячей замазки из сплава канифоли с воском (1:1). Па каждом образце счищался рабочий участок площадью 0,25 см3, который обрабатывался спиртоэфирной смесыо, после чего образцы погружались в 4н раствор серной кислоты.
Выдержанные в электролите в течение 2,5 часов образцы промывались под струей воды, погружались
в горячий спирт для удаления слоя замазки, продукты коррозии удалялись. Образцы повторно промывались, высушивались, обезжиривались, выдерживались 24 часа в эксикаторе, взвешивались. Потеря массы в единицу времени, отнесенная к единице поверхности, позволяет определить скорость коррозии (3):
Р = Дт / Б • т,
где Р - скорость коррозии, г/ см2 • ч; Дш - изменение массы, г; Б - площадь поверхности образца, см2; т — время испытания, час.
Защитное действия лазерного облучения определяется формулой:
2=Рц ~Ро -100%, Р..
где Ъ — эффективность защиты, %;
рм - скорость коррозии в необлученных образцах;
р(| - скорость коррозии облученных образцов.
Результаты эксперимента представлены в табл.!.
Очевидно, что лазерная обрабо тка повышает коррозионную стойкость стали 38Х2МЮА. Эффективность лазерной обработки как способа защиты поверхности стали 38Х2МЮАот коррозионного разрушения достаточно высока, наибольшая степень защиты достигается при расстоянии 260 мм между обрабатываемой поверхностью и источником излучения.
С целью подтверждения результатов исследования скорости коррозии весовым методом образцы стали 38Х2МЮА были подвергнуты электрохимическим испытаниям. Определение коррозионной стойкости стали нами проводились электрохимическим способом методом построения потенциостатических поляризационных кривых.
По вычисленным значениям плотност и тока построены графики зависимости электродного потенциала Е от 1д I коррозии (рис. 1 - 4). Из графика путем экстраполяции прямолинейных участков к значению стационарного потенциала находим 1д1 коррозии как координату пересечения экстраполяционного продолжения катодного и анодного участков поляризационной кривой, затем вычисляем значение тока коррозии.
Нами также рассматривалась возможн ость обработки образцов стали 38Х2МЮА излучением лазера непрерывного действия |4]. Обработка велась на лазерной установке ЛТН-2. Электрохимическое поведение образцов стали 38Х2МЮА в 4н серной кислоте после облучения лазером непрерывного действия показано на рис. 5.
Результаты электрохимических коррозионных испытаний образцов стали 38Х2МЮА представлены в табл. 2.
Сравнивая электрохимическое поведен ие необлученных образцов стали 38Х2МЮА и облученных при
Таблица 1
Результаты весового анализ,i образцов из стили ЗВХ2МЮА
Фокусное расстояние, мм Дт,,.. г Р. г/см2 • час Z.%
280 0.0097 0.0155 54.3
270 0.0076 0.0126 62.8
260 0.0062 0.0099 70.8
1 {еоблученные образцы 0.0212 0.0339
-Е. мВ 800
-Е.мВ*»
еоо
Рис. 1. Зависимость lg i коррозии от заданного потенциала для необлучениых образцов из стали 38Х2МЮА
-Е. мВ
8СО
еоо
Рис. 2. Зависимость 1д I коррозии от заданного потенциала для облученных образцов из стали ЗВХ2МЮЛ 1и,ии=2.4 кВ)
-1.5 -1 -0.5
0.5
1.5
Рис. 3. Зависимость Igi коррозии от заданного потенциала для облученных образцов из стали 38Х2МЮА (U„K=2,6 кВ)
Рис. 4. Зависимость lgl коррозии от заданного потенциала для облученных образцов из стали 38X2MIOA (UMk=2,8 кВ)
Igi
Рис. 5. Зависимость 1д1 коррозии от заданного потенциала для облученных образцов из стали 38Х2МЮА (облучение непрерывного лазера)
Таблица 2
Электрохимические характеристики коррозии образцов стали 38Х2МЮА
Режимы лазерной обработки >9» i. мА/см*
Необлучеиные образцы -0.125 0.75
U накачки = 2.4 кВ -0.497 0.318
U накачки =» 2.U кВ •0,61 0,24
U накачки •» 2.8 кВ •0.656 0,22
Непрерывное облучение -2.12 0.008
различных режимах, можно утверждать, что токи коррозии облученных образцом ниже, чем необлучениых.
По результатам электрохимических исследований скорости коррозии можно сделать следующие выводы:
1. После лазерной обработки как в импульсном режиме с различным напряжением накачки, так и в непрерывном токи коррозии образцов стали 38Х2МЮА уменьшаются, что указывает на снижение скорости коррозии исследуемых образцов в 4н растворе серной кислоты.
2. Токи коррозии облученных лазером импульсного действия образцов стали 38Х2МЮЛ в 4н раст воре серной кислоты определяются параметрами лазерного излучения, а именно напряжением накачки. с ростом которой наблюдается уменьшение токов коррозии.
3. Наименьшие токи коррозии достигнуты в результате облучения образцов стали 38Х2МЮА лазером непрерывного действия.
4. Снижение скорости коррозии в исследуемых образцах происходит за счет торможения анодного процесса рас творения металла.
Таким образом, комплекс проведенных нами исследований позволяет сделать вывод о перспек тивности лазерной обработки поверхностей деталей и узлов объектов военной техники с целыо предупреждения коррозионного разрушения и износа, что приводит к значительному повышению сроков их эксплуатации. Лазерная обработка может быть рекомендована на основных и ремонтных предприятиях.
Библиографический список
1. Шлякова Е.В. Исследование коррозионной стойкости сплавов после лазерного облучения / И.В. Мозговой. А.А. Соловьев. О,В. Шлякова // Материалы межрегнон. науч.-практ. конф. «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: разработка. производство, боевая эффективность, наука и образование» (Броня-2004). - Омск: Изд-воОТИИ.2001. - С.159-162.
2. Шлякова Е.В. Коррозионная стойкость стали после лазерной обработки / И.В. Мозговой. А.А. Соловьев, Е.В. Шлякова // Материалы 111 Междунар. технол. конгресса «Военнаятехника, вооружение и технологии двойного применения» (ВТТВ-2005). Часть I. - Омск : Изд-во ОмГУ. 2005. - С.325-326
3. Семенова И.В. Коррозия и защита or коррозии / И.В. Семенова. Г.М. Флорианович, А,В. Хорошилов; под ред. И.В. Семеновой - М.: Физматлит, 2002. - 335 с.
Л. Шлякова E.B. Антикоррозионная поверхностная обработка металлов : монография / И.В. Мозговой. A.A. Соловьев. Е.В. Шлякова - Омск: Иэл-во ОмГТУ, 2006 - 188 с.
ШЛЯКОВА Елена Валериевна, старший преподаватель кафедры физики и химии Омского танкового инженерного института.
МОЗГОВОЙ Иван Васильевич, доктор технических
наук, профессор, заведующий кафедрой «Химическая технология органических веществ» Омского государственного технического университета. СОЛОВЬЕВ Анатолий Алексеевич, кандидатфизико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой информатики Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии.
Статья поступила в редакцию 27.08.08 г. © 0. В. Шлякова, И. В. Мозговой, А. А. Соловьев
УДК 621.01.001.2
В. Б. МЛСЯГИН
Омский государственный технический университет
АВТОМАТИЗАЦИЯ РАЗМЕРНОГО АНАЛИЗА ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Представлены методика и программа, обеспечивающие автоматическое выявление размерных цепей осесимметричных конструкций при размерном анализе. Исходная информация формируется на основе геометрических моделей узла и деталей, данных о контактах между деталями, получаемых построением графа-дерева, и требованиях к замыкающим звеньям. Обеспечивается визуальный контроль правильности исходных данных и принимаемых решений по назначению размерных и точностных параметров.
Размерный анализ является важным этапом размерной отработки конструкций, так как позволяет выявить взаимосвязи деталей и сборочных единиц, составляющих машину, определить методы достижения требуемой точности машины, проанализировать правильность простановки размеров и допусков на чертежах, повысить технологичность конструкции, установить последовательность сборки машины и ее сборочных единиц 111.
Основной проблемой размерного анализа конструкций является его значительная трудоемкость. Решение этой проблемы возможно на основе автоматизации размерного анализа [2, 3).
Для решения данной проблемы разработаны программное обеспечение [4) и методика, обеспечивающие автоматическое выявление размерных цепей осесимметричных конструкций и их автоматизированный расчете применением ПЭВМ. Алгоритм программы основан на использовании аналогии в подходах к расчету технологических размеров с применением матрицы смежности графа [51 и в подходах к размерному анализу конструкций. Аналогия заключается в том, что операционные технологические размеры и допуски составляют граф и матрицу смежности технологических размеров и допусков, а конструкторские размеры и допуски деталей сборочной единицы объединяются в общую размерную структуру - графи матрицу смежности конструкторских размеров и допусков сборочной единицы. Для обеспечении простоты кодирования информация о сборочной единице и деталях представляется в виде геометрических моделей, имеющих только плоские и цилиндрические поверхности, с табличным описанием. Для визуализации сборочной единицы в программе
применяется метод построения изображений на основе данных, содержащихся в геометрических моделях деталей и сборочной единицы.
Методика автоматизированного размерного анализа конструкций с применением разработанного программного обеспечения включает следующие этапы: 1) представление информации о сборочной единице в виде, пригодном для ввода в ЭВМ; 2) подготовка исходных данных для ввода в ЭВМ в виде текстового файла, проверка правильности файла исходных данных с помощью программы для ЭВМ и уточнение геометрических моделей деталей и узла по результатам проверки; 3) выявление с помощью программы для ЭВМ струк туры размерных цепей и анализ с уточнением простановки размеров деталей; 4) назначение допусков на замыкающие и составляющие звенья размерных цепей и фиксацию их в файле исходных данных; 5) проверка и обеспечение допусков на замыкающие звенья размерных цепей с помощью программы для ЭВМ; 6) проверка и обеспечение значений отклонений замыкающих звеньев размерных цепей с помощью программы для ЭВМ; 7) анализ результатов размерного анализа.
Программа для ЭВМ «UNION» |4) предназначена для решения частного типа задач — прямой и обратной задач расчета размерных цепей осесимметричных конструкций с использованием метода максимума-минимума при обеспечении точности замыкающих звеньев методом полной взаимозаменяемости.
Основные особенности разрабо танной методики размерного анализа с применением программы «UNION» связаны с подготовкой исходных данных.
На рис. 1 представлен эскиз сборочной единицы, состоящей из деталей осесимметричной формы, —
