Грибенченко Алексей Викторович. Совершенствование технологии восстановления деталей машин сельскохозяйственного назначения плазменной наплавкой

brief description

Грибенченко Алексей Викторович. Совершенствование технологии восстановления деталей машин сельскохозяйственного назначения плазменной наплавкой : диссертация ... кандидата технических наук : 05.20.03.- Волгоград, 2006.- 128 с.: ил. РГБ ОД, 61 06-5/2441

ВОЛГОГРАДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
На правах рукописи
ГРИБЕНЧЕНКО АЛЕКСЕЙ ВИКТОРОВИЧ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ
ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
МАШИН СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
ПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКОЙ
Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического
обслуживания в сельском хозяйстве
Научный руководитель:
доктор сельскохозяйственных наук, профессор Ряднов А.И.
Диссертация
на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Волгоград 2006
ОГЛАВЛЕНИЕ
стр.
ВВЕДЕНИЕ 4
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ЦЕЛЬ
И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 7
1.1. Краткий обзор условий изнашивания сопряжений 7
1.2. Способы поверхностного упрочнения 9
1.3. Плазменная наплавка и ее разновидности 17
1.4. Материалы для плазменной наплавки 20
1.5. Анализ глубины проплавления основного металла 25
1.6. Восстановление деталей порошковыми композиционными
покрытиями 27
1.7. Прочность покрытия и глубины зоны термического влияния 29
1.8. Создание композиционных порошков 31
Выводы по главе 1 35
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКИ
ДЕТАЛЕЙ ПОРОШКОВЫМИ СМЕСЯМИ 37
2.1. Активирующие добавки при наплавке порошковых смесей 37
2.2. Необходимые условия осуществления экспериментального исследования и активирования способа
плазменного нанесения металлопокрытий 41
2.3. Сущность плазменной наплавки 45
2.4. Определение параметров плазменной наплавки 46
2.5. Определение частоты вращения детали
при плазменной наплавке распыленными порошками 48
2.6. Режимы наплавки 52
Выводы по главе 2 55
3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 57
3.1. Методологическая схема проведения исследований 57
з
3.2. Экспериментальная установка и приборы, основной металл
и композиционные материалы 58
3.3. Исследование микроструктуры, микротвердости, твердости,
зоны термического влияния и химического состава наплавленного слоя 67
3.4. Определение геометрических размеров формируемого слоя 72
3.5. Определение пористости металлопокрытия 73
3.6. Исследование износостойкости образцов 74
3.7. Методика исследования прочности сцепления наплавленного
металла с основным 76
Выводы по главе 3 76
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 78
4.1. Влияние частоты вращения детали, производительности
и режимов наплавки на формирование металлопокрытий 78
4.2. Влияние углерода, хрома, никеля и бора в порошке на плотность
и толщину металлопокрытия 84
4.3. Исследование микроструктуры 87
4.4. Микротвердость наплавленного металлопокрытия 91
4.5. Износостойкость и усталостная прочность
наплавленного металлопокрытия 94
4.6. Прочность сцепления наплавленного металла с основным 96
4.7. Определение ошибок измерений 96
Выводы по главе 4 98
5. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗРАБОТАННОГО РАСПЫЛЕННОГО ПОРОШКА
ПРИ ПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКЕ 100
Общие выводы 103
Список источников 105
Приложения 116
ВВЕДЕНИЕ
Одним из важнейших направлений обеспечения запасными частями ма¬шин и оборудования предприятий АПК является организация восстановления изношенных деталей.
Способствующим фактором развития и совершенствования ремонтной базы является создание крупных специализированных предприятий с использо¬ванием высокопроизводственных восстановительных технологий, обеспечи¬вающих равную прочность и износостойкость восстановленных деталей с но¬выми.
Обеспечение равнопрочности и износостойкости восстановленных дета¬лей является важнейшей задачей в техническом перевооружении сельскохозяй-ственного ремонтного производства. Решение ее позволит сократить номенкла-туру и объем запасных частей и значительно повысить ресурс машин до капи-тального ремонта [28, 54].
Особенно актуальна эта проблема для деталей типа «вал» с малыми вели-чинами износа до 0,2 мм, занимающих особое место в ремонтном производстве. Восстановление их известными способами наплавки ограничивается термиче¬ским разупрочняющим воздействием на материал основы, потерями металла и дорогостоящих легирующих компонентов, уходящих в стружку, и необходимо-стью дополнительной операции - термической обработки.
Одно из направлений в решении этой проблемы - разработка новых тех-нологических процессов нанесения тонкослойных высокопрочных покрытий на основе металлических порошков, порошков - сплавов и тугоплавких соедине¬ний перспективными способами обработки с применением концентрированных источников энергии - низкотемпературная плазма, искровой и импульсный раз-ряды, которые завоевали в последние годы прочное место в арсенале техноло-гических исследований и разработок.
К таким способам относится формирование металлопокрытий из распы-ленных порошков плазменной наплавкой.
В настоящее время имеется значительный опыт по разработке и практи-ческому использованию этого способа при упрочении деталей машин [1, 2, 3, 4, 13, 16, 72, 85]. Он показывает, что получаемые тонкослойные покрытия с не-большим припуском на механическую обработку и высокой прочностью при низкотемпературном воздействии на основу - определяют его особую перспек-тивность. Однако высокая шероховатость и пористость наносимых слоев огра-ничивает его применение в восстановительных технологиях.
В этой связи дальнейшее совершенствование и исследование способа плазменной наплавки с целью получения плотных металлопокрытий для вос-становления деталей с малыми величинами износа является актуальной зада¬чей, имеющей важное народнохозяйственное значение.
Для решения этой задачи необходима оптимизация основных принципов формирования качественного слоя при этом способе: согласованность во вре¬мени количества подводимой электрической энергии с подачей порошкового материала в рабочую зону; применение метода рационального легирования; создание условий, наиболее благоприятных для протекания процесса формиро¬вания слоя.
Данная работа направлена на реализацию указанных принципов при раз-работке и исследовании технологии восстановления деталей сельскохозяйст-венных машин, что дает возможность предложить некоторые материалы для научного подхода к выбору и обоснованию основных параметров получения качественных высокоизносостойких металлопокрытий плазменной наплавкой.
В результате исследований впервые теоретически установлена и экспе-риментально подтверждена технология режимов процесса, электро- и теплофи-зических свойств и гранулометрического состава распыленного порошка, а также зависимость диаметра восстанавливаемой детали на скорость формиро¬вания металлопокрытий.
Целью работы является повышение износостойкости и долговечности отремонтированных деталей типа «вал» машин сельскохозяйственного назна¬чения путем совершенствования технологии плазменной наплавки.
Объект исследования. Технологический процесс плазменной наплавки деталей типа «вал», в том числе коленчатых валов двигателей с помощью по-рошковой смеси.
Научная новизна. Предложен состав композиционного порошка для плазменной наплавки деталей, отличающийся от стандартного наличием акти-ватора - бора и измененным соотношением входящих в него элементов.
Уточнена зависимость скорости плазменной наплавки от максимальной температуры нагрева поверхности детали в центре пятна нагрева, минимальной температуры поверхности основного металла, при которой возможно смачива¬ние его жидким наплавленным металлом, и коэффициента температуропровод¬ности основного металла.
Практическая ценность работы заключается в определении и внедрении в ремонтную практику наиболее приемлемого композиционного состава по¬рошка в процессе плазменной наплавки шеек коленчатых валов двигателей.
Реализация работы. Результаты исследований приняты к внедрению на Волгоградском мотороремонтном заводе и используются в учебном процессе ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия».
На защиту выносятся:
1. Обоснование состава композиционного порошка для плазменной на-плавки деталей при их восстановлении.
2. Усовершенствованная технология восстановления деталей машин плазменной наплавкой на примере коленчатых валов автотракторных двигате¬лей.
3. Результаты экспериментальных исследований качественных показате¬лей восстановления коленчатых валов автотракторных двигателей плазменной наплавкой.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были до-ложены и одобрены на научно-практических конференциях ВГСХА (Волго¬град), ЗАО Мотороремонтный завод «Волгоградский» (Волгоград).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти раз-делов, общих выводов, списка литературы из 130 наименований. Диссертаци¬онная работа содержит 125 страниц текста, 31 рисунок, 15 таблиц.

bibliography

Общие выводы
1. Показана целесообразность восстановления изношенных поверхностей деталей машин порошковым материалом с добавлением в него элемента акти¬ватора - бора.
2. Уточнена расчетная зависимость скорости плазменной наплавки, учи-тывающая максимальную температуру нагрева поверхности детали в центре пятна нагрева, минимальную температуру поверхности основного металла, при которой возможно смачивание его жидким наплавленным металлом, коэффи¬циент температуропроводности основного металла, длительность процесса смачивания и толщину наплавляемого слоя.
3. Качественному формированию наплавляемого слоя соответствуют следующие технологические режимы наплавки: сила рабочего тока 230А, на-пряжение источника ЗОВ, частота вращения детали (2,3...2,7) мин'1 и скорость наплавки 40...42 м/ч. При рекомендуемых технологических режимах и толщи-не слоя, равном 1,20 мм, зона термического влияния не превышает 0,6 мм, а ве¬личина эрозии составляет 0,06...0,1 мм и находится в пределах припуска на ме¬ханическую обработку.
4. Установлено, что для повышения микротвердости до HV 726 и изно-состойкости восстановленной поверхности, образования толщины наплавлен-ного слоя не менее 1,20 мм и пористости 2...20% необходимо выполнять плаз-менную наплавку с применением порошковой смеси (С - 4,0%, Сг - 3,1% N1 - 24,9%, В - 0,57%, Fe - основа) и уточненными режимами наплавки. При этом твердость, износостойкость и прочность сцепления металлопокрытия повыша-ется на 15...20% по сравнению с наплавкой стандартным порошком марки ПР- Н4Д2М.
5. Наибольшая износостойкость восстановленных поверхностей деталей машин с твердостью HV726 при толщине наплавленного слоя 1,20 мм достига¬ется при частоте вращения детали 2,3...2,7 мин'1 и скорости наплавки 40...42 м/ч.
6. Установлена высокая сходимость экспериментальных и расчетных значений частоты вращения детали и скорости наплавки, что позволяет реко¬мендовать зависимость (8) для определения скорости плазменной наплавки при восстановлении изношенных поверхностей деталей типа «вал» сельскохозяйст¬венных и других машин.
7. Рекомендовать в ЗАО MP3 «Волгоградский» использовать при на¬плавке коленчатых валов ДВС порошок ПР-400Н25С6ГЗХЗР с добавкой бора 0,57% и производить плазменную наплавку при вышеуказанных режимах.
8. Годовой экономический эффект восстановления коленчатых валов двигателей ЯМЗ-240 плазменной наплавкой за счет применения разработанной технологии составил 374000 руб. при восстановлении 2000 валов.