CC BY
77
Рис. 2. Внешний вид частиц кварцевого песка, покрытых металлической нанопленкой, полученной методом химического газофазного осаждения пентакарбонила железа при температуре 180 X и скорости подачи парогазовой смеси 50 л/ч
стойких композитов, которые целесообразно применять при восстановлении деталей и сборочных единиц, работающих в контакте с коррозионно-
активными средами (подшипники ведущего вала транспортера машины для разбрасывания органических удобрений, подшипники сошников сеялок зернотуковых и др.). Разработанные композиты на основе полиамида-66 с 20...40 %-ным содержанием по массе металлизированных частиц кварцевого песка имеют твердость до 144 МПа, теплостойкость по Мартенсу — до 463 К, коэффициенты трения без смазочного материала — 0,28.0,32. Это обеспечивает надежную работу трибосопряже-ний в жестких условиях эксплуатации, характерных для отрасли, позволяя увеличить ресурс сборочных единиц в 2.2,5 раз [2].
Список литературы
1. Сыркин, В.Г. CVD-метод. Химическая парофазная металлизация / В.Г. Сыркин. — М.: Наука, 2000. — 496 с.
2. Козырева, Л.В. Ресурсосберегающие нанотехнологии на предприятиях технического сервиса: монография / Л.В. Козырева. — Тверь: ТГТУ, 2010. — 188 с.
3. Ерохин, М.Н. Полимерные нанокомпозиты: инновационные перспективы применения на ремонтных предприятиях АПК / М.Н. Ерохин, Л.В. Козырева // Тракторы и сельхозмашины. — 2010. — № 9. — С. 8—11.
УДК 678:53 С.П. Поздняков
Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина
ПОЛИМЕРНЫЕ НАНОКОМПОЗИЦИИ ПРИ РЕМОНТЕ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ
Наиболее ответственными деталями автотракторной техники являются корпусные детали, от надежности которых во многом зависит надежность работы всей машины в целом. К этим деталям относят [1]: блоки и головки блоков цилиндров, корпуса коробок передач, корпуса мостов, подшипников, станины, каретки, корпуса гидрораспределителей и др. Состояние этих деталей, особенно их базовых поверхностей, во многом определяют безотказность и долговечность отремонтированной техники [2].
Корпусные детали предназначены для обеспечения точности взаимного расположения почти всех соединяемых деталей и механизмов в статике, а также правильного их взаимодействия в динамике. Перечисленные особенности делают необходимым защитить их от износов, деформаций, разрушений и, таким образом, уменьшить потребность в ремонте или замене за полный их срок службы.
Установлено, что ресурс агрегатов, при ремонте которых все детали были заменены новыми, а корпусные детали оставались теми же и не восста-
навливались, составляет всего 30.40 % ресурса новых агрегатов. Поэтому при ремонте техники восстановлению этих деталей уделяют первоочередное внимание. Их ремонтируют неоднократно, так как они служат до списания машины [2].
Причины выхода корпусных деталей из строя кроются в широком диапазоне действующих нагрузок и скоростных режимов, разнообразных видах трения, используемых материалах, наличии отклонений в их свойствах, различии в допусках на размеры, качестве обработки поверхностей, взаимном расположении деталей, влиянии условий эксплуатации, что в совокупности приводит к такому трудноустранимому дефекту, как трещи-нообразование.
Нарушение целости (герметичности) детали, вызванное наличием этого дефекта, приводит к попаданию внутрь нее абразивных частиц, потере рабочих жидкостей, приводящих к ускоренному износу трущихся пар, что в конечном счете становится следствием преждевременного выхода машины из строя.
В связи с этим повышение герметичности указанных деталей сельскохозяйственной техники является одной из актуальных задач. Решение этой проблемы с помощью традиционных способов ремонта, таких как сварочные работы, пропитка, фигурные вставки, штифтование и другие, сопряжено со значительными трудностями, а применение любого из них требует, как правило, использования дорогостоящего технологического оборудования и высокой квалификации персонала. В настоящее время взамен данным способам широкое распространение находят составы холодного отверждения (далее — СХО) на основе эпоксидных смол, а ремонт с их помощью получил термин «холодная сварка».
Применение СХО исключает недостатки перечисленных способов и обеспечивает возможность выполнения работ в полевых условиях без сложных приспособлений простым инструментом, без термического и химического воздействия на восстанавливаемые агрегаты; повышение коррозионной и кавитационной стойкости, износостойкости, а также срока службы деталей; после полимеризации и отверждения СХО приобретают оптимальные прочностные характеристики, соответствующие определенным условиям работы ремонтируемых агрегатов.
Широкое распространение среди отечественных составов получил Полирем «Лекар» ТУ 2252-001-51049574-99 (далее — Полирем), зарубежных — Loctite 3472 Metal Set 2 А & B (далее — Loctite). Основа этих составов — модифицированные физико-химическим способом эпоксидные смолы с использованием высокодисперсных частиц металла. Составы предназначены для ремонтновосстановительных работ, таких как заделка трещин в корпусных деталях, радиаторах и топливных баках сельскохозяйственной техники, заливки микротрещин, нанесения защитных покрытий и др. Неоценимым их достоинством служит способность заполнять труднодоступные трещины и выдерживать большие нагрузки.
Значительное влияние на изменение физикомеханических свойств исходных составов оказывают нанонаполнители, которые вводятся в эпоксидную композицию для уменьшения усадки, снижения коэффициента линейного (термического) расширения отвержденного состава, улучшения прочностных и других характеристик. К таким наполнителям относят наноструктурный гидроксид алюминия AlOOH (далее — бемит), концентрат коллоидного раствора наночастиц серебра (далее — наночастицы серебра) и углеродные нанотрубки. Данные нанокомпозиции получают механическим перемешиванием указанных наночастиц и исследуемых составов в пропорции 1:10, 1: 100 и 1:100, с дальнейшим воздействием на композицию уль-
тразвуковыми колебаниями продолжительностью 5 мин в целях равномерного распределения наночастиц в объеме слоя.
В связи с тем, что к основным свойствам, определяющим прочность и долговечность корпусных деталей, относят: герметизирующую способность, теплостойкость, деформационные свойства, стойкость к воздействию вибрационных нагрузок, рабочих жидкостей, процессов старения и другие, были экспериментально исследованы физико-механические характеристики указанных составов для определения их ремонтопригодности на основании го-стированных методик.
Экспериментальные образцы, на которых автор проводил исследования, представляли собой заглушенные с одной стороны полые цилиндры из чугуна (СЧ-18-36), алюминия (АЛ-2) и стали (Сталь 45) — основных материалов, используемых для изготовления корпусных деталей сельскохозяйственной техники, длиной 100 мм, наружным и внутренним диаметром 30 и 20 мм соответственно и толщиной стенки 5 мм. Образцы изготовлялись на токарно-винторезном станке модели 1В62Г. С помощью специализированного фрезерного станка модели СФ676 и фрез 40x0,2 Р6М5, 40x0,5 Р6М5, 80x1,0 Р6М5 и 100x1,5 Р6М5 на этих образцах выполнялись проточки, имитирующие трещины длиной 10, 30, 50 мм и шириной
0,2; 0,5; 1,0 и 1,5 мм.
Герметизирующую способность составов, нанесенных на образцы, исследовали на установке, состоящей из манометра грузопоршневого типа МП-600 с гидропрессом [3]. Перед нанесением исследуемых составов поверхности образцов механически очищались, промывались моющим раствором и обезжиривались ацетоном.
При испытаниях была выявлена зависимость герметизирующей способности составов Полирем и ЬосШе от размеров трещины и материалов, а также определены максимальные значения герметичности деталей. В результате установлено, что при увеличении размеров трещины значения герметизирующей способности составов сначала возрастают, а потом снижаются. Так, при длине трещины 10 мм и ширине 1,0 мм достигаются максимальные значения герметизирующей способности на образцах из стали, которые составили 44,3 МПа для состава ЬосШе и 32,8 МПа — для состава Полирем.
При модификации состава Полирем наблюдалось большее увеличение герметизирующей способности, чем у зарубежного аналога, это скорее всего связано с тем, что состав ЬосШе уже имеет наполнители, увеличивающие герметизирующую способность.
Наполнение состава Полирем наночастицами стало следствием изменения герметизирующей
Р, МПа
б0
50
40
30
20
10
0
Полирем 4
3
1
Loctite
12
Чугун
Полирем 4
1
Loctite
Алюминий
Полирем
4
3
Loctite
4
3
1
Сталь
Рис. 1. Влияние нанонаполнителей на герметизирующую способность Р, МПа, СХО и наномодификаций на их основе:
1 — исходный состав; 2 — состав, наполненный бемитом; 3 — состав, наполненный наночастицами серебра; 4 — состав, наполненный углеродными нанотрубками
способности с 5,2 до 78,0 %, что привело к ее увеличению с 21,2 до 58,4 МПа в зависимости от наполнителя и материала экспериментального образца. Для зарубежного состава это изменение возросло с 2,9 до 32,3 % и увеличило герметизирующую способность с 14,0 до 58,6 МПа.
На основании результатов экспериментальных исследований, представленных на рис. 1, максимальное значение на герметизирующую способность исходных составов оказали углеродные нанотрубки, минимальное — бемит.
Деформационные свойства, термомеханические характеристики и теплостойкость составов автор исследовал на модернизированном твердомере типа ТП, снабженным системой нагрева и регулирования температуры, масляной ванной и устройством для измерения деформационных свойств составов [3]. На образцы в виде цилиндрических стальных дисков диаметром 30 мм и высотой 5 мм наносились пленки исследуемых составов толщиной от 0,2 до 1,5 мм и выдерживались на воздухе при температуре 20 °С от 1 до 36 ч.
Одним из основных параметров технологического процесса герметизации корпусных деталей является продолжительность полимеризации СХО. Исследования показали, что изменение толщины с 0,2 до 1,0 мм приводит к увеличению продолжительности стабилизации на 1,5 ч для состава Полирем и на 1,0 ч для состава ЬоеШе.
При увеличении температуры с 20 до 100 °С продолжительность отверждения состава Полирем уменьшается с 12,0 до 3,1 ч, а состава ЬоеШе — с 12,5 до 3,9 ч. Таким образом, продолжительность
полимеризации СХО сокращается при уменьшении толщины наносимого покрытия и увеличении температуры окружающей среды.
Корпусные детали сельскохозяйственной техники работают при повышенных тепловых режимах, поэтому были проведены исследования деформационных свойств, определяющих герметизирующую способность СХО, при температурах приближенных к реальным (рис. 2). Для этого образцы термостатировали в масляной ванне при заданном указанном параметре в течение 15 мин, после чего определяли их полную, остаточную и высокоэластическую деформации.
Так, с увеличением температуры нагрева до 160 °С общая и остаточная деформации состава ЬоеШе толщиной покрытия равной 0,2 мм возрастает на 254,3 и 374,4 %, состава Полирем — на 215,5 и 370,3 %, а высокоэластическая деформация снижается на 60,0 и 57,1 % соответственно. При этом интенсивное изменение деформационных свойств состава ЬоеШе продолжается до температуры 110 °С, а состава Полирем — до 140 °С. При дальнейшем увеличении температуры нагрева до 160 °С существенного изменения указанных свойств у этих составов не происходит.
Стойкость СХО и их наномодификаций к воздействию вибрационных нагрузок автор исследовал на установке, изготовленной на базе электромеханического вибратора ИВ-107 [3]. После снятия с плиты вибратора через 6, 12, 18, 24, 30 ч его ра-
А, А, А
Рис. 2. Зависимости общей Д0, остаточной Aj, и высокоэластической Д2 деформаций от температуры нагрева Т, °С, составов Полирем и Loctite:
1, 3, 5 — значения общей, остаточной и высокоэластической деформации для состава Полирем; 2, 4, 6 — значения общей, остаточной и высокоэластической деформации для состава Loctite
2
1
2
4
3
боты, экспериментальные образцы испытывались на герметичность.
С увеличением количества циклов испытаний герметизирующая способность СХО снижается. Так, после 30 ч воздействия вибрацией общее снижение давления разгерметизации образцов для состава Полирем составило с 27,5 до 51,2 %, для ЬосШе — с 25,9 до 47,4 %. Аналогичные исследования были проведены с нанокомпозициями на основе составов Полирем и ЬосШе. Модификация отечественного состава наночастицами привела к увеличению стойкости композиции к вибрационным нагрузкам в зависимости от материала образца и наполнителя с 21,7 до 153,9 % в отличие от исходного состава. Наполнение состава ЬосШе наночастицами также в отличие от исходного состава увеличило стойкость композиции к воздействию этих нагрузок в зависимости от материала образца и наполнителя на 9,3.94,2 %.
Из результатов этих испытаний следует, что наилучшую стойкость к воздействию вибрационных нагрузок имеют составы, наполненные углеродными нанотрубками.
Воздействие процессов старения автор исследовал по методике, составленной на основе ГОСТ 9707—81, с дальнейшей проверкой герметизирующей способности [3]. После 40 циклов испытаний установлено, что с увеличением их количества герметизирующая способность СХО при герметизации трещин длиной 10 мм и шириной 1,0 мм
снижается с 15,3 до 26,5 % в зависимости от материала детали, а при наномодифицировании составов — с 6,5 до 21,9 % (рис. 3).
Стойкость к набуханию и растворению составов Полирем и ЬоеШе, а также нанокомпозиций на их основе автор определял воздействием на них следующих рабочих жидкостей: моторное и трансмиссионное масло, дизельное топливо, вода, бензин марки АИ-92, тосол и антифриз. Исследуемые составы наносились на поверхность стальных дисков толщиной 5 мм и диаметром 40 мм в виде пленок толщиной 0,5 мм, которые отверждали на воздухе при температуре 20 °С. После промывки в ацетоне их просушивали и выдерживали в эксикаторе в течение 24 ч, после чего взвешивали на аналитических весах 8айогш8 1201тр2 с точностью до 10-4 г. Образцы выдерживались в указанных рабочих жидкостях при комнатной температуре до 1344 ч. После выдержки их промывали в ацетоне, просушивали на воздухе при температуре 20 °С, выдерживали в эксикаторе 24 ч и взвешивали.
Испытания показали, что стойкость Полирема, наполненного бемитом, выше стойкости исходного состава в зависимости от вида рабочей жидкости на 5,1.21,1 %, наполненного наночастицами серебра — на 11,9.23,2 % и наполненного углеродными нанотрубками — на 19,5.32,60 %. Полученные результаты исследований показали, что наибольший эффект достигается у Полирема, наполненного углеродными нанотрубками.
Р, МПа
б0
5G
4G
3G
2G
1G
Полирем Полирем Полирем Полирем Loctite Loctite Loctite Loctite
с бемитом с серебром с углеродом с бемитом с серебром с углеродом
Рис. 3. Зависимости значений герметизирующей способности Р, МПа, составов Полирем и Loctite и наномодификаций на их основе от воздействия процессов старения:
1, 2, 3 — значения герметизирующей способности до воздействия процессов старения;
4, 5, 6 — значения герметизирующей способности после воздействия процессов старения
3
3
б
0
Стойкость состава ЬоеШе, наполненного беми-том так же, как и в предыдущем случае, выше стойкости исходного состава в зависимости от вида рабочей жидкости на 2,2.11,1 %, наполненного наночастицами серебра — на 3,9.16,7 % и наполненного углеродными нанотрубками — на 15,0.27,4 %. Причем четкой тенденции влияния рабочих жидкостей на увеличение стойкости наноструктурированного состава ЬоеШе, как в указанном случае, не наблюдалось. Тем не менее, наибольший эффект достигается у состава ЬоеШе, также наполненного углеродными нанотрубками.
Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать вывод, что одним из перспективных путей решения проблемы герметизации трещин в корпусных деталях является применение в качестве ремонтных материалов составов холодного отверждения Полирем и ЬоеШе и нанокомпозиций на их основе.
Модифицирование СХО наночастицами приводит к улучшению значений герметизирующей способности, деформационных свойств, а также
стойкости к воздействию рабочих жидкостей. Наилучшие результаты достигаются при наполнении составов углеродными нанотрубками и наночастицами серебра.
Так как стоимость импортного герметика более чем в 3 раза выше стоимости отечественного при практически одинаковых прочностных характеристиках, то при герметизации трещин в корпусных деталях сельскохозяйственной техники наиболее целесообразно использовать отечественный состав Полирем.
Список литературы
1. Михальченков, А.М. Технологические основы восстановления корпусных деталей из серого чугуна с пластинчатым графитом: дис. . доктор техн. наук: 05.20.03 / А.М. Михальченков. — М., 2000. — 432 с.
2. Надежность и ремонт машин / В.В. Курчаткин [и др.]; под ред. В.В. Курчаткина. — М.: Колос, 2000. — 776 с.
3. Кононенко, А.С. Герметизация неподвижных фланцевых соединений анаэробными герметиками при ремонте сельскохозяйственной техники: дис. . канд. техн. наук: 05.20.03 / А.С. Кононенко. — М., 2001. — 156 с.
УДК. 621.891
В.А. Погонышев, доктор техн. наук Н.А. Романеев, канд. техн. наук
Брянская государственная сельскохозяйственная академия
ИССЛЕДОВАНИЕ ДОБАВОК К СМАЗОЧНЫМ МАТЕРИАЛАМ
Одна из главных задач машиностроения — проблема повышения износостойкости конструкционных материалов, составляющих трибо-сопряжения и узлы трения. При конструировании и эксплуатации машин не всегда используются эффективные средства снижения изнашивания, учитывающие условия работы. Установлено, что более 1/3 энергетических ресурсов расходуется на преодоление трения в подвижных соединениях машин, которые имеют небольшую массу (10.15 %) по сравнению с машиной и вследствие изнашивания пар трения выходят из строя (до 85 % отказов машин) [1, 2].
При исследовании шаровых соединений рулевого управления автомобилей (ГАЗ-53, ЗИЛ-130, КамАЗ-4310 и др.), поступающих в ремонт, установлено, что при небольших износах 0,1...0,2 мм они выбраковываются. При реверсивном движении шаровой поверхности пальца, вибрациях смазка удаляется из зоны трения и не защищает основной металл от изнашивания и разрушения. Потери размеров и массы металла у изношенных деталей
ка таких деталей неоправданна, так как они изготовляются из дорогостоящей легированной стали, поэтому важная задача — продление срока службы таких соединений [3, 4].
Для увеличения износостойкости предлагается наносить на стальные поверхности методом финишной антифрикционной обработки (ФАБО) пленки пластичных металлов, введение добавок в смазочные материалы [5].
Исследованы свойства антифрикционных покрытий латунь + олово в условиях реверсивного трения при амплитуде скольжения А = 0,1.0,3 мм и других переменных параметров: количество циклов N = 1.15 103, нагрузка Р = 20.78Н, частота колебаний 50.100 мин-1. Проведены исследования по влиянию добавок в смазочные материалы на интенсивность изнашивания. Добавка к базовому смазочному материалу представляет собой порошок дисульфида молибдена и железорудный концентрат — оксид железа (ОЖ). Размер частиц 10..30 мкм. Перед началом испытаний порошок механически смешивали с базовым смазочным материалом (СМ).
незначительны и составляют 0,1...0,5 %. Выбраков-
76 -------------------------------------- Вестник ФГОУ ВПО МГАУ № 1'2011
