CC BY
69
УДК 621.794.61:669.056.93
Ю.А. Кузнецов, доктор технических наук ФГОУ ВПО Орел ГАУ
КОМБИНИРОВАННАЯ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ АПК
Предложена новая комбинированная технология восстановления деталей сверхзвуковым газодинамическим напылением (ГДН) с последующим упрочнением микродуговыгм оксидированием (МДО), позволяющая получать покрытия с высокими физико-механическими и эксплуатационными характеристиками. Приведены результаты экспериментальных исследований адгезии и износостойкости сформированных покрытий. Даны общие технологические рекомендации для практического осуществления разработанной технологии.
Ключевые слова: сверхзвуковое газодинамическое
напыление, микродуговое оксидирование.
Опыт ремонтно-технических предприятий показывает, что в последние годы1 наметилась тенденция использования упрочняющих технологий, которы1е позволяют повысить относительную износостойкость деталей и соединений в несколько раз.
Проведенные на ряде ремонтных предприятий России исследования ремонтного фонда некоторых деталей машин и оборудования Агропромышленного комплекса показали, что износ большинства деталей колеблется от 0,1 мм до 3 мм.
В практике ремонтного производства для восстановления деталей применяются многие способы: ремонтные размеры; сварка, наплавка и напыление; пластическое деформирование; полимерные материалы1 и др. Однако они имеют ряд существенны недостатков: не всегда обеспечивают необходимую долговечность трущихся поверхностей; применение традиционных способов для восстановления деталей, контактирующи с пищевыми средами и продуктами, а также используемых материалов, ограничивается жесткими санитарными нормами; сложность и высокая стоимость используемого те нологического оборудования; экологические вопросы.
Перспективным способом, отвечающим современным требованиям, позволяющим в значительной степени увеличить износостойкость деталей машин является микродуговое оксидирование (МДО). Однако данный способ применяется в основном в целях упрочнения деталей, изготовленных из алюминиевых сплавов и защиты их от коррозии. Кроме того, МДО не позволяет получать покрытия на деталях из железоуглеродистых сплавов. Этим способом также невозможно компенсировать износ деталей.
Проведенные нами исследования позволили разработать и предложить ремонтному производству комбинированную технологию восстановления деталей, изготовленны из коррозионностойки сталей и алюминиевых сплавов.
Суть технологии заключается в том, что в начале на изношенной поверхности восстанавливаемой
The suggested new combined technology of element reconditioning by means of supersonic gas dynamic spraying (GDS) with the following hardening by micro arc oxidizing (MAO) allows to obtain the coatings with high physical and mechanical exploitation qualities. The results of the experimental tests of adhesion and wear resistance of the coatings being formed are given. The general technological recommendations on practical realization of the developed technology are also given in the paper.
Key words: supersonic gas dynamic spraying (GDS), micro arc oxidizing (MAO).
детали сверхзвуковым газодинамическим напылением формируют толстослойное алюминиевое покрытие, а затем в целях увеличения ее износостойкости и обеспечения необходимой долговечности упрочняют микродуговым оксидированием [1]. Типичная
микроструктура формируемы покрытий
представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Типичная микроструктура покрытий, формируемых комбинированным способом: 1 - оксиднокерамический слой, полученный МДО на напыщенной поверхности, 2 - переходный слой, 3 - металлическая основа
Ниже представлень* результаті исследований некотор*іх эксплуатационных характеристик
покрытий, полученных комбинированных способом. М атери алы и методика исследов аний Для проведения исследований образцы изготавливали из алюминиевых сплавов марок АК7, АК12, 0-АІБі12 (Германия), а также из коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т.
Нанесение порошковых материалов на образцы осуществляли комплектом для сверхзвукового газодинамического напыления «ДИМЕТ-403». В качестве напыляемого материала служил алюминиевый порошок А-80-13.
Микродуговое оксидирование образов
осуществляли в комбинированны электролита на основе гидроксида калия: а) электролит с добавками
жидкого стекла типа «КОН-^а2£Ю3»; б) электролит с добавками борной кислоты типа «КОН-Н3ВЮ3».
Методика исследований предусматривала
сравнительные исследованаия прочности сцепления покрытий и их испытания на изнашивание.
Результаты исследов а ний и их обсуждение Прочность сцепления покрытий. Результаты исследования адге.ии покрытий, полученных сверхзвуковым ГДН на алюминиевых сплавах и коррозионностойких сталях, представлены на рисунке 2.
Для достижения наибольшей адгезии покрытий при ГДН необходимо работать на максимально возможных давлениях воздуха (рис. 2а). При
увеличении давления воздуха в напылительном блоке установки для ГДН возрастает скорость частиц напыляемого порошкового материала. Максимально возможное создаваемое давление в напылительном
конструктивныши
а, МПа
70
бо
50 ■-
4о
30
а, МПа 70
60 ■-
50 ■-
40 ■-
0,5
0,7
0,9
МПа
30
блоке обуславливается
особенностями установки.
Исследования показали (рис. 2б), что с
увеличением температуры нагрева воздуха
адгезионная прочность покрытий снижается. Очевидно, это объясняется тем, что с повышением температуры воздуха увеличивается
термодинамическая активность напыляемых частиц. Поэтому на напыляемой поверхности закрепляться будут не только частицы, обладающие достаточной кинетической энергией для этого, но и частицы с меньшей кинетической энергией, но с большей температурой.
Процесс формирования прочносцепленных
покрытий, реализуемый при ГДН, зависит не только от температуры нагрева и давления воздуха в
напылительном блоке установки, но фракции порошкового материала (рис. 2в).
200
400
600
т°с
а)
б)
в)
Рисунок 2 - Зависимость прочности сценления покрыггий (J от режимов ГДН: а) от давления воздуха в напышительном блоке (температура нагрева воздуха (const) - 400 0C); б) от температуры1 нагрева воздуха в напышительном блоке (давление воздуха в напышительном блоке (const) - 0,7 МПа); в) от фракции порошкового материала (давление воздуха в напышительном блоке - 0,7 МПа, дистанция напышения - 15 мм, температура нагрева воздуха - 400 оС). 1 - алюминиевая
основа; 2 - стальная основа
Очевидно, что для получения покрытий с высокой адгезией необходимо использовать достаточно мелкую фракцию напыляемого порошкового материала (< 60 мкм).
Следует отметить, что с целью сохранения высоких прочностных характеристик покрытий, полученных ГДН и упрочненных МДО, толщина переходной зоны между основой и упрочненным МДО слоем покрытия должна быть не менее 70... 100 мкм.
Качественное исследование прочности сцепления покрытий, полученных МДО в электролитах типа «КОН-Иа2БЮ3» и «КОН-Н3ВО3» на напыленных поверхностях, показали, что на контролируемых поверхностях не наблюдалось вздутий и отслаиваний покрытий, независимо от типа электролита, плотности тока и продолжительности оксидирования.
Износостойкость покрыгтий. Испытания покрытий, полученных ГДН на алюминиевых сплавах с последующим упрочнением МДО на изнашивание, проводили на машине трения МТУ-1 по схеме «вращающиеся пальчики - неподвижный диск». За эталон сравнения принимались алюминиевые сплавы без покрытий АК12, АК7ч, в-АІ8і12 (Германия) и покрытие, сформированное ГДН без упрочнения МДО. Для напыления покрытий способом ГДН использовался порошок А-80-13. Продолжительность испытаний составляла 20 часов. Для упрочнения
покрытий использовали электролит типа «КОН-Ма2БЮ3», со следующим компонентным составом: КОН - 3 г/л; Иа2БЮ3 - 6 г/л.
Результаты исследований отражены на рисунке 3. Установлено, что износостойкость упрочненных Г ДН-покрытий примерно в 7.7,8 раза выше износостойкости не упрочненных покрытий и в 5.6 раз выше износостойкости алюминиевых сплавов.
И, г
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
"Ґ 0,6537 0,7 529
0,5375 0,5768
" f=
0,1081
1^. CD сч со о г^
О, о о , о
О о о ( f]o
AK12
G-AlSi12 ГДН+МДО
^матвриа^иск^^матвриа^
Рисунок 3 - Значения износа образцов пары трения «диск-пальчики»
В таблице 1 приведены данные по скорости изнашивания сравниваемых пар трения. Анализ данных пока.ывает, что скорость и.нашивания пар трения обра.цов с оксидно-керамическими
1
1
1
1
2
1
2
2
2
2
2
покрытиями в 6 раз ниже скорости изнашивания эталонных пар трения с покрытиями, полученными ГДН без упрочнения, и в 4,1...5,2 раз ниже скорости изнашивания пар трения с алюминиевыми образцами (в зависимости от марки сплава).
Общий вид некоторых образцов, прошедших сравнительные испытания на изнашивание,
представлен на рисунке 4.
б)
Рисунок 4 - Общий вид образцов после испытаний на изнашивание: а) образец из сплава АК7ч без покрытия; б) напыленный и упрочненный образец. Увеличение х5
Общие технологические рекомендации для осуществления технологии
При ГДН алюминиевую поверхность детали, подлежащую напылению, можно не подвергать абразивно-струйной обработке, так как при использовании рассматриваемого способа напыления, .а счет во.действия высокоскоростного потока твердых частиц, содержащихся в порошковом материале, происходит очистка «мягкой»
поверхности от технических .агря.нений, масел, красок и активация кристаллической решетки материала изделия.
Применение абразивно-струйной обработки для деталей, и.готовленных и. желе.оуглеродистых сплавов, - обязательно.
Напыление алюминийсодержащего порошка А-80-13 необходимо проводить с помощью комплекта оборудования серии «ДИМЕТ». За один проход рекомендуется наносить слой порошка толщиной 0,05.0,15 мм. При этом прочность сцепления покрытий на алюминиевой основе составит 55.65 МПа, на стальной основе - 45.50 МПа.
Микродуговое оксидирование рекомендуется осуществлять в электролитах следующего состава: а) КОН - 2,9...3,6 г/л, Иа2БЮ3 - 4...6 г/л; б) КОН -4.6 г/л, И3ВЮ3 - 20.25 г. МДО необходимо проводить при плотности тока 15.20 А/дм2, продолжительностью 100.120 мин. [2].
Выводы. Разработанная комбинированная технология рекомендуется к внедрению на ремонтнотехнических предприятиях, занимающихся
восстановлением деталей, изготовленных из алюминиевых сплавов и коррозионностойких сталей. Прогно.ируемое увеличение ресурса
восстановленных и упрочненных деталей составляет около 150-200% по отношению к новым деталям.
Литер атур а
1. Кузнецов, Ю. А. Повышение износостойкости
покрытий, нанесенных га.одинамическим
напылением [Текст] / Ю. А. Кузнецов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2005. -№6. - С.27-28.
2. Кузнецов, Ю. А. Восстановление деталей из корро.ионностойких сталей типа «вал»
сверх.вуковым га.одинамическим напылением с упрочнением микродуговым оксидированием.
РТМ10.281-2005 [Текст] / Ю. А. Кузнецов,
А. Н. Батищев и др. /Руководящий технический материал / Утвержден Департаментом научнотехнической политики и образования Минсельхоза РФ. - Изд-во Орел ГАУ. - 15с.
Т аблица 1 - Оценка скорости изнашивания сравниваемых пар трения «диск-пальчики»
Материал диска Материал пальчиков Скорость изнашивания пары трения, г/ч
АК12 сталь 18ХГТ 0,0277
АК7ч "-" 0,0338
0-АШ12 (Германия) "-" 0,0295
Покрыиие, сформированное ГДН "_" 0,0397
Покрытие, сформированное ГДН и упрочненное МДО "_" 0,0065
Вестник Орел Г Ay
№1(22) февраль 2010
Теоретический и научно-ир актический журнал. Основ ан в 2005 году
Учредитель и издатель: Федеральное государственное образов ательное учреждение высшего ирофессионального образов ания «Орловский государственный аграрный Университет»_____________________________________________
Редакционный совет:
П ар ахин Н.В. (председатель) Амелин А.В. (зам. председателя) Астахов С.М.
Белкин Б.Л.
Бл ажнов А.А.
Брыкля О.А.
Буяров В.С.
Гуляев а Т.И.
Гурин А.Г.
Гущин а Т.В.
Дегтярев М.Г.
Зотиков В.И.
Ив щук О.А.
Козлов А.С.
Кузнецов Ю.А.
Лобков В.Т.
Лысенко Н.Н.
Ляшук Р.Н.
М ам аев А.В.
Масалов В.Н.
Новиков а Н.Е.
Павловская Н.Е.
Попов а О.В.
Прок Н.И.
Савкин В.И.
Степ нов Л.П.
Хромов В.Н.
Шендаков А.И. (ответств. секретарь) Ерм ков Н.Л. (редактор)
Адрес редакции: 302019, г. Орел, ул. Генерала Родина, 69. Телефон: (4862)454037 Факс:(4862)454064 E-mail: nich1@orelsau.ru E-mail: nichоgau@yandex.ru
Свидетельство о регистрации ПИ №ФС77-21514 от 11.07. 2005 г.
Технический редактор Мосина А.И. Сдано в набор 18.02.2010 Подписано в печать 24.02.2010 Формат 60x84/8. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс.
Объём 7,5 усл. печ. л.
Тираж 300 экз. Издательство Орел ГАУ, 302028, г. Орел, бульвар Победы, 19. Лицензия ЛР№021325 от 23.02.1999г
Журнал рекомендован ВАК Минобрнауки России для публикаций научных работ, отражающих основное научное содержание кандидатских ___________диссертаций___________
Содержание номера
Инновации в эксплуатации сельскохозяйственных машин
Говоров И.В. Организационное обеспечение рациональной долговечности деталей
машин на этапах их жизненного цикла......................................... 2
Кузнецов Ю.А. Комбинированная ресурсосберегающая технология восстановления
и упрочнения деталей машин и оборудования АПК............................... 6
Дегтярев М.Г., Поликарпов А.В. Антифрикционные покрытия с твердыми
смазками при восстановлении деталей машин................................... 9
Хромов В.Н., Кузнецов И.С. Повышение износостойкости пальцев жаток зерноуборочных машин электроискровыми покрытиями, образованными
электродами из аморфных и нанокристаллических сплавов....................... 11
Пастухов А.Г. Обеспечение эффективной эксплуатации грузовых автомобилей
путем повышения надежности карданных передач................................ 13
Ферябков А.В. Композиционные покрытия микродугового оксидирования........... 20
Энергосбережение в АПК
Стребков С.В. Трибологические аспекты энергетической теории................. 21
Суров Л.Д., Фомин И.Н. Контроль успешного автоматического повторного
включения секционирующих выключателей в линии кольцевой сети................ 23
Астахов С.М., Сорокин Н.С., Семенов А.Е. Исследование достоверности
информации о появлении коротких замыканий................................... 25
Чехутск ая Н.Г. Определение энергетических и конструктивных параметров машин ударного действия в зависимости от свойств разрушаемых
материалов.................................................................. 28
Моисеенко А.М., Лыс ак О.Г. Проблема хранения сочного растительного сырья и
задачи теплотехнического расчета овощекартофелехранилищ.................... 30
Рыжов Ю.Н., Ефимов М.А. Структура программного комплекса автоматизированной системы научных исследований фрикционного сцеплени,
трактора.................................................................... 32
Дринч а В.М., Цыдендоржиев Б.Д. Основные концептуальные положения
активного вентилирования зерна.............................................. 35
Гулидов С.С. Экономический анализ функционирования сельских электрических сетей...................................................................... 39
Экономические аспекты развития аграрного сектора
Д аньков а Л.В. Стратегия устойчиво-эффективного развития сельскохозяйственных
предприятий................................................................. 42
Проняева Л.И., Агошков а Н.Н. Анализ процесса воспроизводства основных средств в сельскохоз,йственных организаци,х и направлени, активизации
инвестиционной деятельности в Орловской области............................. 45
Л аз аренко А.Л., Г авренко А.Г. Управление инвестиционной деятельностью
коммерческих банков: основные направления................................... 50
Долгов С.А. Государственная финансовая политика России в кредитном
обеспечении сельского хозяйства............................................. 53
Иванова Ю.В. Жилищно-коммунальный комплекс в условиях финансового
кризиса..................................................................... 55
Ларионов А.Н., Малышев И.В. Проблемы функционирования жилищностроительного комплекса в условиях экономического кризиса.................. 57
© ФГОУ ВПО Орел ГАУ, 2010
