Научная статья на тему 'Повышение износостойкости шеек коленчатого вала'

Повышение износостойкости шеек коленчатого вала Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
446
72
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Агроинженерия
ВАК
Ключевые слова
ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ / ПЛЕНКА / КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ / WEAR RESISTANCE / FILM / CRANKSHAFT

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Погонышев Владимир Анатольевич, Панов М. В.

Предложено повышение износостойкости шеек коленчатого вала путем автоматизированной термообработки поверхностей и последующим нанесением медной пленки методом ФАБО.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Increasing wear resistance of crankshaft journals

The authors suggest increasing wear resistance of crankshaft journals by automated heat treatment of surfaces and subsequent copper film coating with finishing antifriction non-abrasive processing.

Текст научной работы на тему «Повышение износостойкости шеек коленчатого вала»

лено химическое взаимодействие исследуемого покрытия с железом.

Микротвердость поверхностных слоев образцов измеряли на твердомере ПМТ-3М путем вдавливания алмазной пирамиды с углом при вершине 130° при нагрузке 1,962 Н (200 г). Из-за малой толщины сульфидный слой не удобен для определения микротвердости, поэтому ее замеряли непосредственно на поверхности образца при нагрузке

0,4905 Н (50 г). Величину микротвердости определяли из таблицы «диагональ отпечатка — микротвердость», составленной после тарировки прибора.

По результатам исследований было установлено, что покрытие состоит из двух наиболее четко выраженных слоев:

• поверхностный слой, включающий в себя лег-кодеформируемые сульфиды железа и меди;

• более глубокие слои, содержащие соединения, имеют в своем составе интерметаллиды типа FeTi.

Твердость слоя с интерметаллическими соединениями на 30...50 % превышала твердости основного металла.

Таким образом, можно заключить, что противозадирные свойства обработанных трущихся поверхностей повышаются за счет наличия в поверхностных слоях сульфидов железа, а также меди. Отсюда комплексное титаномедьсульфидирован-ное покрытие позволяет улучшить условия трения в начальный период работы сопряжения. Повышение износостойкости в условиях дальнейшей эксплуатации происходит за счет наличия соединений высокой твердости — интерметаллидов, находящихся в более глубоких слоях трущихся деталей.

Список литература

1. Горелик, С.С. Рентгенографический и электроннооптический анализ / С.С. Горелик, Л.Н. Расторгуев, Ю.А. Скаков. — М.: Металлургия, 1970. — 366 с.

2. Зевин, Л.С. Рентгеновские методы исследования строительных материалов / Л.С. Зевин, Д.М. Хейкер. — М.: Стройиздат, 1965. — 248 с.

3. Никандрова, Л.Н. Химические способы получения металлических покрытий / Л.Н. Никандрова. — Л.: Машиностроение, 1971. — 218 с.

4. Major Correction Powder Deffraction File, Inorganic, CPDS. — Swartwore, Pensylvania, USA, 1987.

УДК 621.891

В.А. Погонышев, доктор техн. наук М.В. Панов

Брянская государственная сельскохозяйственная академия

ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ШЕЕК КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА

Цель данной работы — исследование влияния толщин пленки и смазочного слоя на демпфирующие свойства узла трения.

В процессе работы двигателя масло изменяет свои свойства в зависимости от условий и состояния двигателя. По состоянию масла можно судить

о ее ресурсе и износе двигателя. Цвет пятна масла на пористой бумаге свидетельствует о его остаточном ресурсе. Чем темнее и больше центральная часть масляного круга на бумаге, тем он меньше.

Об износе двигателя судят по примесям в масле как следствие изнашивания материалов движущихся частей (масло темнее), так и по температуре вспышки масла. Сравнивали масло до и после эксплуатации (отработку масла). Подвергали образцы масла нагреванию до его воспламенения. При этом фиксировалась температура во время возгорания масла термометрами с рабочей шкалой до 350 °С. Было замечено, что температура воспламенения отработанного масла всегда ниже температуры исходного. Это объясняется тем, что в отработанные масла проникают пары бензина, в ко-

личестве в зависимости от износа двигателя. Так, например, температура возгорания исходного масла Shell (SAE 10W-40) равна 250 °C, а отработанного — 220 °C, Shell (SAE 20W-50) исходного — 270 °C, отработанного — 230 °C. Надо отметить, что импортные масла, по данным экспериментов авторов, имеют температуру возгорания больше 250...270 °C, чем отечественные (М8ГЬ М8В, М63/12Г!) — 220.260 °C [1].

Наиболее интенсивному изнашиванию подвержены шатунные шейки коленчатого вала, так как они работают в наиболее тяжелых условиях.

В ходе эксперимента были исследованы образцы (сталь 45) с медной пленкой и без пленки. Особая роль отводилась усталостному износу, который обусловлен дискретным характером фрикционного контакта. Это означает, что в процессе внешнего трения происходит многократное деформирование поверхностей шеек коленчатого вала в отдельных пятнах фактического контакта, которое приводит к разрушению и последующему отделению материала. Степень и частота деформирова-

Рис. 1. Общий вид блока управления

ния зависят как от температуры, скорости скольжения и давления, так и от геометрии и состояния поверхностного слоя.

Как известно, в целях повышения износостойкости шин коленчатых валов применяется термообработка с помощью нагревательного устройства, для управления которым авторами был изготовлен блок управления (рис. 1), включающий панель управления и встроенное оборудование.

Панель управления представляет собой щит, на котором размещены пакетный выключатель, реле времени с логической памятью, измеритель-регулятор температуры и сигнальные лампы.

Внутри блока управления расположены электропроводка, соединяющая комплектующие российского и японского производства, электрореле, реле времени, измеритель-регулятор температуры, контактные группы, электрозвонок и др. Реле времени работает в определенных режимах (см. таблицу).

Режимы работы устанавливаются после включения блока управления или могут сохраняться в соответствии с предыдущей программой, если не были внесены изменения после включения. Но после того как программа запущена нажатием на кнопку «Пуск», ее остановить или изменить нельзя до полного выполнения программы.

В результате предварительной термообработки поверхности и последующего процесса нанесе-

ния пленок пластичных материалов, получена следующая зависимость (рис. 2).

Интенсивность изнашивания рассчитывается по формуле

I = ^.г/ Е)^-^1-^2, (1)

где C — коэффициент приработки поверхности, мм/с; ра — номинальное давление, Ра; / — коэффициент трения скольжения; Е — модуль Юнга, ГПа; у — коэффициент биений, с; L = H/h — отношение толщины медной пленки, мкм, к толщине слоя масла, мкм; А -максимальное отклонение формы, мм;

у = 1 / (2м + 1), (2)

где м — частота вращения детали, с-1.

Алгоритм работы реле времени

Режим работы (на передней панели прибора) Описание работы контактной группы реле времени

ON При подключении питающего напряжения U = 220 В на контакты № 2 и № 7 происходит начало отсчета времени. По истечении времени — срабатывание внутреннего реле (замыкаются контакты № 8 и № 6). Реле остается во включенном состоянии до отключения питания = 220 В

ОС По истечении заданного времени происходит кратковременное (около 1 с) включение внутреннего реле; (контакты № 8 и № 6 замыкаются, а затем переходят в исходное состояние)

08 При подключении питающего напряжения U = 220 В на происходит срабатывание внутреннего реле (контакты № 8 и № 6 замыкаются), по истечении заданного времени происходит отключение внутреннего реле

F0 При подключении питающего напряжения U = 220 В на контакты № 2 и № 7 происходит срабатывание внутреннего реле (замыкаются), по истечении заданного времени происходит отключение внутреннего реле; через тот же промежуток времени происходит вновь срабатывание реле и т. д. (циклическое отключение и включение через заданный промежуток времени)

FL То же, что и F0, только все наоборот: реле сначала в отключенном состоянии, а через заданный промежуток времени включается

Примечание. При кратковременных сбоях питающего напряжения U = 220 В происходит новый отсчет времени, т. е. реле времени отсчитывает время заново. В реле времени имеется вторая контактная группа (контакты № 1, 3, 4), которая срабатывает сразу же при подключении питающего U = 220 В на контакты № 2 и 7. Эта группа не изменяет своего положения при любом режиме работы реле времени. При отключении питающего напряжения U = 220 В контакты № 1, 3, 4 переходят в первоначальное положение.

Из экспериментальной формулы (1) видно, что если отношение Ь < 1, то износ стремится к минимальному значению. Предельное значение Ь = 1.

Данная формула позволяет прогнозировать значение износа и ведет к выбору оптимальной толщины медной пленки, но эта формула справедлива не только для медной пленки, но и для пленок других материалов.

Как известно, медная пленка, полученная методом финишной антифрикционной безабразив-ной обработки (ФАБО), и смазка способствуют улучшению условий приработки и снижению коэффициента трения и износа поверхностей скольжения деталей машин.

Предварительные натурные испытания многослойных пленок пластичных металлов, полученных методом ФАБО, восстановленных поверхностей трения производились в лаборатории трения Брянской сельскохозяйственной академии. На поверхность шеек коленчатого вала была нанесена методом фрикционного натирания двухслойная медно-оловянная пленка.

Для восстановления размеров указанных деталей целесообразно использовать наиболее перспективные технологические методы нанесения покрытий, которые позволяют снизить до минимума последующую механическую обработку и допускают автоматизацию процессов. К ним относятся, прежде всего, электролитическое и плазменное нанесение покрытий. По ряду технико-экономических показателей наиболее целесообразным способом является электролитический, но экологический фактор часто оказывается решающим. Даже гальванический процесс, активированный трением, — процесс электролитического натирания — сохраняет низкую адгезию покрытия к стальной основе. Поэтому для получения пленок толщиной менее 1 мкм было отдано предпочтение фрикционному нанесению их методом ФАБО. Этот метод лишен указанных недостатков и имеет экономические и экологические преимущества при мелкосерийном производстве.

Покрытия наносились методами электроду-говой металлизации распылением сжатым воздухом, азотом, аргоном, а также электролитическим и фрикционным; наплавкой и плазменным напылением.

Важна оценка контактных деформаций при повторном нагружении контактирующих шероховатых поверхностей в связи с задачей оптимального режима нанесения пленки. В случае контактирования при первом нагружении осуществлялось пластическое смятие вершин микровыступов.

При внедрении сферического индентора в упругопластический материал в нем образуется пла-

Рис. 2. Износ шатунных шеек коленчатого вала:

1 — с медно-оловянной пленкой; 2 — без пленки; 3 — с медной пленкой

стический отпечаток. Аналогично подбору физико-механических характеристик контактирующих пар, микрогеометрии их поверхностей по методу, использованному в работе [2], контакт при повторном нагружении рассматривается как упругий контакт сферы радиусом кривизны Ях. То, что радиус кривизны восстановленного отпечатка существенно больше радиуса кривизны индентора, отмечалось в ряде работ, в частности [2, 3]. При этом упругое восстановление радиуса проекции отпечатка гп незначительно.

Для оценки упругого сближения при повторном нагружении использовались формулы Герца для сближения а и радиуса г площадки контакта сферы со сферической впадиной [4].

Выводы

1. Формула (1) позволяет прогнозировать износ и ведет к выбору оптимальной толщины медной пленки. Эта формула справедлива не только для медной пленки, но и для пленок других материалов.

2. Упругая и пластическая деформации существуют совместно, возрастая с ростом нагрузки, которая приводит к изменению относительного вклада упругих и пластических деформаций, что выражается в упрочнении материала среды.

Список литературы

1. Александров, В.М. Контактные задачи для тел с тонкими покрытиями и прослойками / В.М. Александров, С.М. Мхитарян. — М.: Наука, 1983. — 488 с.

2. Алексеев, Н.М. Металлические покрытия опор скольжения / Н.М. Алексеев. — М.: Наука, 1973. — 76 с.

3. Алябьев, А.Я. Влияние лазерной обработки сталей с различным содержанием углерода на износостойкость в условиях фреттинга / А.Я. Алябьев, В.В. Ковалевский, В.В. Мельников // Трение и износ. — 1984. — № 3. — Т. 4. — С. 508-513.

4. Арамович, И.Г. Уравнения математической физики / И.Г. Арамович, В.И. Левин. — М.: Наука, 1969. — 288 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.