Зенкін Микола Анатолійович. Технологічні основи забезпечення якості поверхневого зміцнення відповідальних деталей машин

brief description

Зенкін Микола Анатолійович. Технологічні основи забезпечення якості поверхневого зміцнення відповідальних деталей машин : дис... д-ра техн. наук: 05.02.08 / Національний технічний ун-т "Харківський політехнічний ін-т". - Х., 2005

Зенкін М.А.Технологічні основи забезпечення якості поверхневого зміцнення відповідальних деталей машин. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.08 технологія машинобудування. Національний технічний університет Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2005.
В дисертації вирішено актуальну науково-технічну проблему обґрунтованого вибору технології нанесення і методів контролю властивостей покриттів, що дозволяє гарантовано забезпечити цілеспрямоване якісне поверхневе зміцнення відповідальних деталей машин, які працюють у складних експлуатаційних умовах. Отримано нові теоретичні та експериментальні дані, які дозволили: установити якісні і кількісні параметри впливу технології нанесення і складу багатокомпонентних газотермічних покриттів на властивості поверхневого шару; оцінити вплив технологічних режимів процесу нанесення детонаційних покриттів і термоциклічних навантажень на якісні характеристики деталей; оцінити вплив параметрів вакуум-плазмової технології нанесення дискретних покриттів на їх фізико-механічні характеристики; установити взаємозв'язок впливу режимів електроіскрового легування з трибологічними властивостями покриттів.

В дисертаційній роботі вирішена наукова проблема цілеспрямованого вибору, призначення і технологічного забезпечення оптимальних параметрів покриттів, що в поєднанні з розробленими методами контролю якості поверхневого шару забезпечує високу надійність і довговічність покриттів, які працюють у складних експлуатаційних умовах.
На основі проведених теоретичних і експериментальних досліджень можна зробити наступні висновки.
1. Розкрито закономірності впливу технології нанесення газотермічних покриттів на фізико-механічні характеристики поверхневого шару деталей, що дозволило створити методологію спрямованого вибору технологій нанесення покриттів на відповідальні деталі машин. Отримані результати дозволили встановити ряд принципово нових наукових положень:
розроблено наукові принципи створення системи підтримки прийняття рішення щодо вибору матеріалу і технології нанесення покриття, які включають структурно-логічну схему та алгоритм технологічного забезпечення і стабілізації параметрів якості робочих поверхонь;
уперше науково обґрунтована методологія, яка дозволяє з використанням системи інформаційних потоків узагальнити і представити в табличному вигляді групу факторів, що впливають на вибір покриттів і встановити критерії, які дозволяють порівнювати різні види покриттів, а також встановлювати обмеження для тих з них, які не підходять для проектованого виробу;
науково обґрунтована методологія прогнозування фізико-механічних характеристик поверхневого шару, використання якої, на відміну від стандартних методів, дозволяє реально оцінити показники якості покриттів, що залежать від розсіювання і кореляції властивостей (пористість, міцність зчеплення покриття з основою, твердість тощо), і дає змогу об'єктивно оцінювати вплив технологічних факторів.
2. Розроблено теоретичні положення, на основі яких стало можливим ефективне використання методів контролю якості покриттів з урахуванням умов роботи деталей. Отримані результати дозволили встановити ряд нових наукових положень:
теоретично обґрунтована можливість і запропоновані технічні рішення, які дозволяють використовувати енергетичний метод контролю для оцінки локальних неоднорідностей напружено-деформованого стану тонких поверхневих шарів деталей з покриттями і наявності мікротріщин, що визначають стадію передруйнування покриття;
на основі системних підходів розроблено методологію та апаратурне забезпечення для оцінки впливу технології нанесення жаростійких покриттів на експлуатаційну надійність деталей, що працюють в умовах термоциклування;
для оцінки впливу технології нанесення покриттів на зносостійкість деталей в умовах нестаціонарного тертя запропоновані нові методологічні рішення, що дозволяють проводити випробування за різними схемами контактування в широкому діапазоні умов тертя;
для оцінки модуля пружності та коефіцієнта Пуассона основи і різних покриттів, з урахуванням технологічних режимів нанесення, запропоновано новий підхід з використанням розрахункових залежностей, чисельні значення для яких визначаються безконтактним оптико-електронним датчиком деформацій;
для оцінки технологічних режимів напилювання запропоновано використовувати значення електроопору в перехідній зоні між покриттям і основою, що є можливим на основі оцінки амплітудної залежності внутрішнього тертя.
3. Отримано нові теоретичні та експериментальні дані, які дозволяють: установити якісні і кількісні параметри впливу технології нанесення та складу багатокомпонентних газотермічних покриттів на властивості поверхневого шару; оцінити вплив технологічних режимів процесу нанесення детонаційних покриттів і термоциклічних навантажень на якісні характеристики деталей; оцінити вплив параметрів вакуум-плазмової технології нанесення дискретних покриттів на їх фізико-механічні характеристики; установити взаємозв'язок впливу режимів електроіскрового легування з трибологічними властивостями покриттів. Проведені дослідження дозволили одержати ряд нових наукових положень:
уперше встановлені закономірності та особливості протікання мікропроцесів у матеріалах при деформуванні багатокомпонентних газотермічних покриттів складного складу, що дозволяє моделювати їх фізико-хімічні та міцністні властивості з урахуванням технології їх нанесення;
уперше запропонована методика пошуку оптимального матеріалу електроду при використанні методу електроіскрового легування, а також методика, що дозволяє забезпечити нанесення дискретних покриттів заданої суцільності. На основі експериментальних даних уточнено вплив технологічних параметрів нанесення покриття на трибологічні характеристики досліджуваних матеріалів;
запропоновано методику, яка дозволяє забезпечити поліпшення текстури TiN покриттів. Визначення досконалості текстури за допомогою дифракційних ліній у конденсаті при зміні температури підкладки дозволило визначити оптимальні температурні зони підкладок, на які рекомендується наносити покриття для одержання максимальних міцністних характеристик;
запропоновано технологічні рішення, які дозволили оптимізувати технологічні режими процесу детонаційного нанесення жаростійких покриттів на деталі з титанових сплавів, що дало можливість збільшити міцністні властивості покриттів і знизити собівартість їх виготовлення;
установлено залежності впливу механічних властивостей матеріалу з теплозахисними покриттями від кількості циклів теплозмін, що дозволило оцінити термостабільність властивостей і визначити ресурс деталей з покриттям;
запропонована конструкція і технологія нанесення теплозахисних покриттів на відповідальні деталі зі сталі і сплавів титану. При цьому встановлено, що товщина зовнішнього та проміжного шарів і пластичних підшарів впливає на довговічність створеної композиції. Застосування теплозахисних покриттів, отриманих за розробленою технологією нанесення, на деталях з титанових сплавів, дозволяє значно (у 2,1...3,0 рази) збільшити їх ресурс.
4. Результати проведених досліджень впроваджено на ряді підприємств різних галузей промисловості. Запропоновані технології нанесення покриттів і устаткування для контролю якості нанесеного поверхневого шару забезпечують підвищення якості і дозволяють значно збільшити надійність таких деталей, як складові частини турбін авіаційних двигунів, рухомого складу залізничного транспорту, машин і апаратів легкої промисловості, що працюють у різних експлуатаційних умовах.Реальний економічний ефект від впровадження становить 719 556 гривень.