CC BY
1ПОЛ1ПШЕННЯ ЕКСПЛУАТАЦ1ЙНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ АВТОМОБ1ЛЬНИХ ДЕТАЛЕЙ ШЛЯХОМ ФОРМУВАННЯ ЗНОСОСТ1ЙКИХ ПОКРИТТ1В
Посвятенко Е. К., д.т.н., проф.., Нащональний транспортнийуниверситет, Украгна Головащук М. В., асистент, Нащональний транспортний университет, Украгна
DOI: https://doi.org/10.31435/rsglobal_ws/28022022/7774
ARTICLE INFO ABSTRACT
Received: 15 January 2022 The work is devoted to solving the scientific and technical problem of
Accepted: 21 February 2022 ensuring the tribotechnical properties of car parts through the use of wear-
Published: 28 February 2022 resistant coatings. The synthesis of the main types of wear of car parts and
ways to improve their tribotechnical properties was carried out, which allowed to substantiate the feasibility of using wear-resistant coatings to restore and strengthen them.
An urgent problem is the reasonable search and development of highly efficient, easy-to-use technologies for the restoration of parts to improve the performance of cars. Solving this problem requires the introduction into practice of strengthening and restoring car parts wear-resistant coatings. Summarizing the results of research on the main types of wear of car parts allowed us to conclude that they work in conditions where operating loads (pressure, temperature, environmental action, etc.) perceive mainly their surface layers, and therefore it is enough to restore not all parts but only worn surfaces by applying wear-resistant coatings. It has been proven that to improve the performance of car parts, it is important to choose the right simple and affordable ways to apply coatings that will increase their service life. It is substantiated that among the methods of applying wear-resistant coatings are the most common, cheapest and simplest methods of gas-thermal spraying, namely gas-flame spraying and electric arc spraying. Restoration and strengthening of car parts by applying wear-resistant coatings has solved the problem of providing their resource, which is not inferior to the resource of new parts.
Citation: Posviatenko E. K., Holovashchuk M. V. (2022) Improving the Performance Properties of Automotive Parts by Forming Wear-Resistant Coatings. World Science. 2(74). doi: 10.31435/rsglobal_ws/28022022/7774
Copyright: © 2022 Posviatenko E. K., Holovashchuk M. V. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) or licensor are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.
Вступ. Ефектившсть використання деталей автомобшв обмежена встановленим 1х строком служби. Основною причиною втрати працездатност деталей автомобшв (ДАВ) е зношування (80-90% вщ стльно! кшькосп вщмов). Зносостшюсть - важлива експлуатацшна характеристикою ДАВ, яка лiмiтуе термш 1х служби. Одна з причин недостатньо! зносостшкосп деталей пов'язана з обмеженим використанням при 1х виготовленш i ремонт зносостшких матерiалiв, технологш змщнення i захисних покритпв. Багаточисельш дослщження показали, що найбшьш ращональним i економiчно доцшьним виршенням проблеми шдвищення зносостшкосп ДАВ е нанесення на !х робочi поверхш зносостшких покритпв (ЗП).
Виршення поставлено! проблеми пов'язане з розробкою способiв нанесення зносостшких покритпв. Анашз лгтературних джерел показав, що юнуе достатньо багато методiв нанесення ЗП, кожен з яких може служити темою окремого дослщження. Бшьшстъ методiв нанесення покритпв альтернативы. При 1х виборi виникають труднощi iз-за рiзних еколопчних показниюв,
KEYWORDS
car parts, wear-resistant coatings, performance properties, adhesion strength, density, microhardness, hardness, wear resistance.
енерговитрат, вартосп устаткування i матерiалiв. На виробнищв найбiльш широко серед способiв нанесення покритгiв переважають традицiйнi види наплавлення i напилення з подальшою !х механiчною обробкою (МО). Однак практика показуе, що при наплавленнi в значнш мiрi (на 2030%) втрачаються позитивнi початковi властивостi матерiалiв деталей i покриттiв, яю регламентуються при !х виробнидтвi.
В процес експлуатацп особливiстю зносу робочих поверхонь ДАВ е !х локальний характер i нерiвномiрнiсть. Враховуючи цю особливють, доцiльно ЗП наносити вiдповiдно з епюрою нерiвномiрного зносу. Одним з важливих питань при виборi покриття е його товщина. Залежностi товщини покриття, його адгезшно! мiцностi, залишкових напружень, а також експлуатацiйних навантажень встановлюють граничш значення товщини покриття.
Таким чином, тдвищення зносостiйкостi ДАВ шляхом нанесення на !х робочi поверхнi ЗП е однiею з невиршених задач в проблемi тдвищення експлуатащйних властивостей та строку служби автомобшв.
Постановка проблеми. Автомобiль - складна техтчна система, яка складаеться з багатьох вузлiв, агрегатiв i окремих деталей, надiйнiсть яких впливае на безпеку його роботи. Проведений синтез основних видiв зношування ДАВ та способiв забезпечення !х експлуатащйних властивостей дозволяе зробити висновок, що вщновлення !х деталей доцiльно реалiзувати шляхом нанесення ЗП. Обгрунтований пошук i розробка високопродуктивних i простих в експлуатацп технологiй вiдновлення ДАВ для досягнення високих показникiв надшносп автомобiлiв - актуальна проблема. Виршення ще! проблеми вимагае впровадження в практику змщнення, вiдновлення, пiдвищення експлуатащйних властивостей i строку служби ДАВ нових i вдосконалення iснуючих процешв ремонту, що базуються на дослщженнях в областi нанесення ЗП.
Узагальнення результатiв дослiджень основних видiв зношування ДАВ дозволив зробити висновок, що вони працюють в умовах, при яких експлуатацшш навантаження (тиск, температура, дiя навколишнього середовища, тощо) сприймае, головним чином, !х поверхневий шар i тому, достатньо вiдновлювати не всю деталь, а ильки И зношеш робочi поверхнi шляхом нанесення на них ЗП. Розробщ способiв вiдновлення деталей ЗП для забезпечення надiйностi та тдвищення ресурсу автомобшв присвяченi роботи Е.К. Посвятенко, Б.А. Ляшенко, Ю.С. Харламова, К.А. Ющенко, Ю.С. Борисова, та iнших вчених.
Мета роботи. Метою роботи е тдвищення експлуатащйних властивостей (зносостшкосп, мщносн, строку служби) деталей автомобiлiв зносостшкими покриттями. Для досягнення поставлено! мети необхщно було вирiшити наступнi завдання: 1) на основi аналiзу лтературних джерел та патентно-iнформацiйних дослiджень обгрунтувати доцiльнiсть змiцнення i вiдновлення ДАВ ЗП; 2) вибрати склад матерiалу покриття; 3) визначити фiзико-мехашчш властивостями ЗП i !х вплив на строк служби ДАВ.
Результати вир1шення основних завдань проблеми. Проведений аналiз лiтературних джерел [1-12] дозволяе зробити наступш висновки: 1) довговiчнiсть ДАВ, що експлуатуються, знаходиться в прямш залежностi вiд здатностi протистояти корозiйно-механiчному зносу !х робочих поверхонь; 2) багаточисельш дослiдження [4-12] показали, що найбшьш рацiональним i економiчно доцiльним вирiшенням проблеми пiдвищення зносостшкосп робочих поверхонь ДАВ е застосування покритпв; 3) вирiшення поставлено! проблеми пов'язане з розробкою технолопчних способiв нанесення покриттiв. [7-12].
В робой доведено, що надшшсть автомобiлiв та зносостшкосп !х деталей доцiльно забезпечувати шляхом використання ЗП. Мехашчна поведшка покриття визначаеться його складом i мiцнiстю зчеплення. Покриття приймають на себе частину функцiональних властивостей робочих поверхонь ДАВ (зносостшюсть, контактну мщшсть i т.д.) i тим самим забезпечують виготовлення деталей iз менш дефщитних i бiльш дешевих матерiалiв.
Важливою умовою подальшо! працездатностi змiцнених i вiдновлених ДАВ е узгоджешсть термомеханiчних характеристик покриття i матерiалу деталi. Матерiал деталi повинен мати мшмальну рiзнидю коефiцiентiв термiчного розширення в порiвняннi з матерiалом покриття, забезпечити максимальну мiцнiсть зчеплення з ним. 1ншими словами, матерiал покриття i матерiал деталi повиннi мати «експлуатацшну сумiснiсть». Таким чином, вибiр складу матерiалу покриття обмежуеться його сумюшстю з матерiалом деталi. Виршення проблеми регулювання сумiсностi матерiалу покриття i деталi дае в повному обсязi використовувати його триботехнiчнi властивосп. Одним з пiдходiв вибору матерiалу покриття е встановлення зв'язк1в у системi «експлуатацiя-
матерiал», а з позицл технологи - в умовному трикутнику «склад-структура-властивють». Коли хiмiчний склад матерiалу заданий, на перший план виходять три основнi критерп: 1) енергонасиченiсть матерiалу; 2) щiльнiсть покриття; 3) температурний режим, при якому формуеться покриття, що забезпечуе функцiональнi властивостi ДАВ.
Велике значення мае правильний вибiр досить простих i доступних способiв нанесення ЗП. Вибiр методу формування ЗП визначаеться наступними чинниками: конструкщею деталi; видом матерiалiв деталi, складом матерiалу покриття; створенням мщного зв'язку мiж покриттям i поверхнею деталi, поеднання процешв вiдновлення (виготовлення) деталi i отримання покриття; економiчною доцiльнiстю. Найчастiше використовуються технологiчнi процеси (ТП): пресування, прокатка, плазмове напилення, комбiнованi методи, наприклад, плазмове напилення з подальшим ущшьненням i iншi. Обгрунтовано, що серед способiв нанесення ЗП найбiльш поширеш, найдешевшi i найпростiшi методи газотермiчного напилення (ГТН), а саме, газополуменевого (ГПН) i електродугового напилення (ЕДН) [7-12].
У роботi представленi результати дослщжень ЗП (рис. 1). Покриття наносили на цилiндричнi зразки ^аметр 100 мм). Матерiал зразкiв - сталь 45. Матерiал покриття - сумш порошкiв NiCr i CrзC2). На цилiндричнi зразки покриття наносили методом ГПН з використанням шдшару з шхрому (N¡-0 80/20).
Таблиця 1. Розподшення елемент1в в ЗП
Спектр C Cr Fe Ni W
Спектр 1 16.4 82.0 1.49
Спектр 2 11.2 69.1 18.2 1.1
Спектр 3 11.1 73.5 0.3 15.4
Спектр 4 10.4. 70.9 0.5 18.7
Спектр 5 20,7 65,2 0,7 24,1
в)
Рис. 1. Результати досл1дженъ зразка з ЗП, отриманим ГПН: а) структура; б) пористость (1 - - поры 6,5%, 2 - С
в) таблица 1 - розподыення легуючих елемент1в
- основа 93,5%),
Дослщження м^оструктури проводилося на м^оскоп MeF-3 фiрми "Reichert" (Авс^я) (рис. 1, а). Щц час дослщження використовувався метод скануючо! електронно! мкроскопи та м^оренттеноспектральното аналiзатopа. Точковий мiкpopентгенocnектpальний аналiз провоцився за протрамою кiлькicнoтo аналiзу. Результати цocлiцжень представлено на рис. 1 (табл. 1). На рис. 1, б представлено розподш пористосп за класами, середня nopиcтicть та пстотрами poзnoцiлу nopиcтocтi. Пopиcтicть покритпв визначалася кiлькicним cтеpеoлoтiчним аналiзoм зразюв на автоматичному аналiзатopi зображення "Mini-Magiscan" фipми "Joyce Loebl", Антлiя, за протрамою "Genias 26". Мiцнicть зчеплення noкpиттiв визначалася за розрахунково-експериментальною методикою, розробленою в Iнcтигутi проблем мщносп iм. Г.С. Писаренко НАН Украши та становила - 80...100 МПа [20-21].
Пicля проведення цocлiцжень ЗП наносили на поверхш ДАВ. Приклади вiцнoвлених i змiцнених ДАВ представлеш на рис. 2.
Рис. 2. Приклади вгдновлених i змщнених ДАВ: а) палець поршня 304-10-2 (сталь 12ХН3А-42, HRC58, товщина покриття h=0,8... 1,5); б), д) розподтьчий вал 101410АО (сталь 45, HB 163207, 0,1.2,5); в) колтчастий вал (сталь 18Х2Н4МА, HRC55-60, h=1,5...3,5)
Висновки. Узагальнюючи результати дослщжень основних вищв зношування деталей автомобшв зроблено висновок, що вони працюють в умовах, при яких експлуатацшш навантаження (тиск, на^вання, дiя навколишнього середовища i iн.) сприймаються головним чином 1х поверхневим шаром. Тому, достатньо вщновлювати тiльки робочi поверхнi деталi, а не всю деталь, шляхом нанесення покриття.
Шляхом проведених дослщжень i 1х аналiзу показана ефективнiсть нанесення покритпв для пiдвищення зносостiйкостi та ресурсу автомобшв в процесi вщновлення 1х деталей.
Обгрунтовано, що серед способiв нанесення ЗП найбiльш поширеш, найдешевшi i найпростiшi методи ГТН, а саме метод ГПН i ЕДН. В роботi визначено вплив параметрiв ГТН на фiзико мехашчш властивостi системи «покриття-вщновлена поверхня» (щшьшсть, мiкротвердiсть, мiцнiсть зчеплення, зносостiйкiсть).
Вщновлення ДАВ шляхом нанесення ЗП, вибiр матерiалу покриття, управлiння його складом i структурою в процесi вщновлення i змiцнення дозволило пiдвищити 1х експлуатацiйнi властивостi бiльш нiж в 2 рази в порiвняннi з традищйними способами наплавлення та виршити задачу забезпечення 1х строку служби, який не поступаеться ресурсу нових деталей.
Л1ТЕРАТУРА
1. М.С. Агеев Условия эксплуатации, причины и виды износа валов двигателей внутреннего сгорания и повышение их износостойкости и срока службы. Пщвищення надшносп машин i обладнання: матер. м1жнар. наук.-практ. конф. Кропивницький: 2020. С. 119 - 124.
2. Б.А. Ляшенко Анализ причин изнашивания деталей цилиндро -поршневой группы двигателя: матер. 11-й межд. науч.-техн. конф. Киев: 2011. С. 120-124.
3. А.А. Горохов Современные материалы, техника и технология: матер. междун. научно-практ. конф. Курск: ЮЗГУ, 2011. 368 с.
4. А.Н. Гончарова Современные материалы для газотермического напыления. Научное обеспечение агропромышленного производства: матер. межд. науч.-практ. конф. Курск: Ч. 3. 2012. С. 227-230.
5. Е.К. Фень. Износо- и жаростойкие материалы покрытий для сверхзвукового плазменного и электродугового напыления. Сварщик: Технологии, производство, сервис. 2011. № 1. С. 32-35.
6. М.С. Зундан Формирование многослойных покрытий с применением нанопорошков. "Наноструктурные материалы-2012: Россия-Украина-Беларусь": матер. межд.. науч.-техн. конф. С-Петербург: 2012. 268 с.
7. А.Н. Шоев Наукоемкие технологии нанесения покрытий. Наукоемкие технологии в машиностроении. 2012, № 11. С. 27-33.
8. М.С. Агеев, I. В. Грицук Застосування комбшованих технологш вщновлення для шдвищення ресурсу деталей засоб1в транспорту Зб1рник наукових праць Укранського державного ушверситету зал1зничного транспорту, 2020, Вип. 194.С. 81-92.
9. М.С. Агеев, А.В. Рудковський, О.П. Грищенко, Е.К. Солових, С.О. Магопець Вщновлення деталей засоб1в транспорту комбшованим методом нанесення багатофункцюнальних покритпв Науковий журнал «Вшник Хмельницького национального ушверситету». Техтчш науки. 2020. №3 (285). С. 268-277.
10. В.Н. Бороненков Основы дуговой металлизации. Физико-химические закономерности. УрГУ; Екатеринбург: Унив. изд-во. 2012, 267 с.
11. С.К. Фомичев, М.С. Агеев Восстановление и упрочнение быстроизнашивающихся деталей бронетранспортеров электродуговым напылением. «Качество, стандартизация и контроль: Теория и практика»: матер. 15-й межд. науч.-практ. конф. Киев: АТМ Украины, 2015. С. 184-188.
12. М. Ageev, S. Dovzhuk, V. Nikolaychuk the Influence of Design Parameters for Electric Arc Equipment on the Factors of Spray Process and Properties of Coatings. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences. 2019. Col.1(32). P. 114-123.
