Повышение срока службы чугунных деталей гидроцилиндров
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Машиностроительные материалы и изделия
Издательство:
Инфра-Инженерия
Год издания: 2019
Кол-во страниц: 140
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-9729-0289-7
Артикул: 721296.01.99
Рассматривается новый способ повышения срока службы направляющих для телескопических гидроцилиндров, сквозных втулок и поршней для одноступенчатых гидроцилиндров, изготовляемых из чугуна СЧ 20. Работоспособность чугунных деталей повышается за счет термодиффузионного упрочнения алюминием и ванадием из порошковой среды контактным способом.
Проанализированы структуры алюмованадированных слоев в зависимости от содержания в шихте алюминия. Представлены результаты фазового и микрорентгеноспектрального анализов. Приведены результаты исследований кинетики формирования алюмованадированных слоев и испытаний на износ в различных условиях истирания и коррозионную стойкость.
Книга предназначена для студентов машиностроительных специальностей высших учебных заведений, аспирантов и инженерно-технических работников, занимающихся вопросами повышения ресурса работы деталей машин и механизмов.
Тематика:
ББК:
УДК:
- 621: Общее машиностроение. Ядерная техника. Электротехника. Технология машиностроения в целом
- 669: Металлургия. Металлы и сплавы
ОКСО:
- ВО - Магистратура
- 15.04.01: Машиностроение
- 15.04.02: Технологические машины и оборудование
- 15.04.05: Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Веселовский А. А. ПОВЫШЕНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ ЧУГУННЫХ ДЕТАЛЕЙ ГИДРОЦИЛИНДРОВ Монография Инфра-Инженерия Москва ² Вологда 2019 1
ФЗ № 436-ФЗ Издание не подлежит маркировке в соответствии с п. 1 ч. 2 ст. 1 УДК 621.793:539.374:669.056.9(043.5) ББК 34.2 В 38 Рецензенты: профессор Южно-Уральского государственного университета, доктор физ.-мат. наук Д. А. Мирзаев; генеральный директор ОАО ПО «САРМАТ» (г. Орск) В. Г. Леонтьев Веселовский А. А. В 38 Повышение срока службы чугунных деталей гидроцилиндров: монография / А. А. Веселовский. ² М.: Инфра-Инженерия, 2019. ² 140 с. ISBN 978-5-9729-0289-7 Рассматривается новый способ повышения срока службы направляющих для телескопических гидроцилиндров, сквозных втулок и поршней для одноступенчатых гидроцилиндров, изготовляемых из чугуна СЧ 20. Работоспособность чугунных деталей повышается за счет термодиффузионного упрочнения алюминием и ванадием из порошковой среды контактным способом. Проанализированы структуры алюмованадированных слоев в зависимости от содержания в шихте алюминия. Представлены результаты фазового и микрорентгеноспектрального анализов. Приведены результаты исследований кинетики формирования алюмованадированных слоев и испытаний на износ в различных условиях истирания и коррозионную стойкость. Книга предназначена для студентов машиностроительных специальностей высших учебных заведений, аспирантов и инженерно-технических работников, занимающихся вопросами повышения ресурса работы деталей машин и механизмов. Веселовский А. А., автор, 2019 Издательство «Инфра-Инженерия», 2019 ISBN 978-5-9729-0289-7 2
ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................. 5 ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА ............................................................................. 7 1.1. Спектр применения деталей из серого чугуна ......................................... 7 1.2. Анализ способов повышения долговечности деталей из серого чугуна ......................................................................................................... 13 1.3. Влияние легирующих элементов на формирование износостойкой структуры в белых чугунах ...................................................................... 19 ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО СОЗДАНИЮ И ИССЛЕДОВАНИЮ АЛЮМОВАНАДИРОВАННЫХ СЛОЕВ ........................................................................................................................ 22 2.1. Выбор компонентов и агрегатного состояния насыщающих сред для термодиффузионного упрочнения ................................................... 22 2.2. Используемые порошковые реактивы .................................................... 24 2.3. Установка для проведения термодиффузионного упрочнения ................................................................................................. 25 2.4. Алюмованадирование образцов из серого чугуна ................................. 28 2.4.1. Подготовка образцов и компонентов шихты ............................. 28 2.4.2. Методика проведения термодиффузионного ванадирования серого чугуна ......................................................... 28 2.4.3. Методика алюмованадирования серого чугуна.. ......................... 29 2.5. Методы исследования алюмованадированных покрытий .................... 31 2.5.1. Методика проведения металлографического анализа упрочненных образцов .................................................... 31 2.5.2. Методика проведения микрорентгеноспектрального и количественного фазового анализа упрочненных образцов. ................................................................. 31 2.5.3. Методика испытаний на коррозионную стойкость ................ 32 ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ НАСЫЩЕНИЯ ......... 36 3.1. Результаты ванадирования серого чугуна .......................................... 36 3.2. Результаты алюмованадирования серого чугуна .............................. 39 3.3. Кинетика совместного диффузионного насыщения серого чугуна алюминием и ванадием ........................................................................ 42 3.4. Определение температуро-временных зависимостей процесса насыщения ............................................................................................. 49 3
ГЛАВА 4. СТРОЕНИЕ, СОСТАВ И СВОЙСТВА ДИФФУЗИОННЫХ АЛЮМОВАНАДИРОВАННЫХ СЛОЕВ НА СЕРЫХ ЧУГУНАХ ..................... 54 4.1. Карбидные диффузионные слои. ............................................................. 54 4.2. Алюминидные диффузионные слои ....................................................... 80 ГЛАВА 5. ОЦЕНКА СВОЙСТВ ПОЛУЧЕННОГО ПОКРЫТИЯ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ НА ИЗНОС И КОРРОЗИЮ В ЖИДКИХ СРЕДАХ. ....... 94 5.1. Оценка остаточных напряжений в покрытии ........................................ 94 5.2. Исследование износостойкости покрытия в условиях сухого трения скольжения .................................................... 97 5.2.1. Методика проведения испытаний .............................................. 97 5.2.2. Результаты проведенных испытаний ........................................ 99 5.3. Исследование износостойкости покрытия в условиях трения со смазкой, содержащей абразивный материал ................................... 103 5.4. Износостойкость алюмованадированного слоя в условиях абразивного истирания…. .................................................. 107 5.5. Результаты испытаний коррозионной стойкости в модельных средах ................................................................................ 109 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 116 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .............................................................. 118 ПРИЛОЖЕНИЕ 1 .................................................................................................. 124 ПРИЛОЖЕНИЕ 2 .................................................................................................. 133 ПРИЛОЖЕНИЕ 3 .................................................................................................. 135 ПРИЛОЖЕНИЕ 4 .................................................................................................. 136 ПРИЛОЖЕНИЕ 5 .................................................................................................. 137 4
ВВЕДЕНИЕ Развитие многих отраслей современной техники, повышение надежности машин и механизмов, увеличение производительности оборудования и труда в значительной мере зависят от разработки и практического использования различных типов защитных покрытий. Нанесение защитных покрытий позволяет увеличить твердость, износо- и окалиностойкость, улучшить коррозионные свойства, а также придать специфические эксплуатационные характеристики рабочим поверхностям деталей машин, приборов, производственного оборудования, инструмента. Это обеспечивает повышение срока службы и надежность соответствующих деталей и узлов, снижение трудоемкости и металлоемкости производства, дает возможность заменить дорогие и дефицитные материалы более дешевыми и доступными. Важные научные исследования в области защитных покрытий выполнены в вузах, отраслевых научно-исследовательских институтах и на заводах страны. Большое внимание при этом было уделено вопросам теории диффузион- ного насыщения, реакционной диффузии, структуре и эксплуатационным свойствам диффузионных покрытий (Одесский политехнический институт, Воронежский технологический институт), особенностям плазменного, денотационого и других видов покрытий (УралНИИЧермет, Калининский политехнический институт). Особое внимание уделено многокомпонентному насыщению (Белорусский политехнический институт, Воронежский технологический институт). Разработке и промышленному применению различных методов и типов защитных покрытий уделяется большое внимание в США, Японии, Англии, Франции. Программы работ в этой области финансируются правительством и частными компаниями многих отраслей промышленности. В США свыше 50 крупных научно-исследовательских центров и лабораторий занимаются разработкой и практическим применением высокотемпературных покрытий для тугоплавких металлов и сплавов. Особое внимание при этом уделяется методам термического напыления. В Великобритании с 1964 года функционирует Комитет по коррозии и защите от нее. По данным комитета, на основе обработки информации из 1 650 источников, показано, что потери от коррозии в промышленности оценивают- ся суммой 1 365 млн фунтов стерлингов в год. Только одно лишь правильное 5
применение известных методов защиты от коррозии без дополнительных исследований в этом направлении может уменьшить потери на 310 млн фунтов стерлингов. В США, Великобритании, Японии и др. странах широко используются тонкие покрытия (5-10 мкм) из карбидов и нитридов тугоплавких металлов, осаждаемых из газовой фазы на рабочую поверхность стального и твердосплавного инструмента для обработки металла. В области диффузионных защитных покрытий уже создана теория диффузии в многокомпонентных системах, позволяющая понимать природу особенностей диффузионных процессов при наличии взаимодействия и количественно описать эти закономерности. При анализе диффузионных явлений широко и успешно применяются принципы и методы термодинамики неравновесных процессов и положения теории электронного строения вещества, в том числе в рамках конфигурационной модели. Успехи теории многокомпонентной диффузии позволяют разработать методы прогнозирования долговечности диффузионных защитных покрытий. В настоящее время накоплены обширные экспериментальные данные по свойствам материалов с диффузионными защитными покрытиями, в частности по влиянию диффузионных покрытий на кратковременную статическую и усталостную прочность защищенных изделий на воздухе и в различных средах. Изучена роль остаточных напряжений, возникающих в процессе диффузионного насыщения, и предложена их классификация. Работы в этой области имеют большое значение для раскрытия механизма деформации и разрушения металлов с покрытиями, для создания теории прочности таких материалов. Анализируя выше изложенное, можно сказать, что успешное решение всего комплекса сложных практических задач возможно лишь на основе достаточно обоснованных теоретических предпосылок и поисковых исследований. Поэтому, наряду с совершенствованием существующих типов покрытий и методов их нанесения, а также организации их внедрения в народное хозяйство, необходимо постоянно вести поисковые исследования по синтезу новых типов соединений, перспективных в качестве материалов для покрытий, и разработке новых высокопроизводительных методов их нанесения, основанных на новейших технических возможностях. 6
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА 1.1. Спектр применения деталей из серого чугуна Серый чугун ² широко применяемый конструкционный материал. Его расплав обладает хорошей жидкотекучестью, малой склонностью к образованию усадочных дефектов по сравнению с другими видами чугунов. Из него можно изготавливать отливки самой сложной конфигурации с толщиной стенок от 2 до 500 мм. Физико-механические и служебные свойства чугуна определяются прежде всего особенностями микроструктуры: пластинчатый графит, содержащийся в структуре серых чугунов, нарушает сплошность металлической основы, в результате чего серый чугун имеет сравнительно не высокие значения временного сопротивления разрыву при растяжении и очень низкую пластичность. Однако, именно благодаря пластинчатому графиту в сером чугуне уникально сочетаются хорошие антифрикционные свойства, высокая износостойкость, малая чувствительность к концентраторам напряжений. Серый чугун имеет высокую демпфирующую способность и эффективно гасит вибрации [1]. Учитывая выше приведенные свойства серых чугунов, его детали находят широкое применение в конструкциях автомобилей и тракторов, при этом масса литых деталей из серого чугуна составляет 15-25 от общей массы. Основная номенклатура ² это ответственные детали: блоки двигателей, головки, гильзы цилиндров, крышки коренных подшипников двигателей, тормозные диски и диски сцепления, тормозные барабаны, а также направляющие, поршни и другие детали гидроцилиндров. Для блоков и головок цилиндров тяжело нагруженных дизельных двигателей (автомобильных и судовых) применяют специальные легированные чугуны, а для головок цилиндров ² высокоуглеродистые (более 3,5 С) легированные термостойкие чугуны [2]. Гильзы цилиндров карбюраторных и дизельных двигателей изготавливают главным образом из серого чугуна [3]. Только гильзы крупных транспортных дизелей иногда изготавливают из высокопрочного чугуна. Преимущественное применение серого чугуна обусловлено тем, что в нем сочетаются высокая износостойкость и противозадирные свойства [8] при трении с ограниченной смазкой. 7
Дл ля гильз цилиндро ов приме еняют чу угуны, ма арки СЧ2 25. Гиль- индров ди изельных х двигате елей зака для полу вердости и але [12] не менее C. Основн аливают ными тре 20 и СЧ2 учения т ми к чуг гуну для я [3] перли е 42НRC итная стр руктура матрицы ебования (не бол лее 5 ф феррита), , ластинча тый, нео ориентир рованный й, твердо ость в п пределах х вляются среднепл НВ. зы цили на зерка гильз яв графит 200-250 То диски, б и нажим мные диск ки сцепле ботающие е ормозные иях сухого ими скоро остями ск ольжения ения, раб я, должны ы обеспе- в паре с о трения фрикцио барабаны с высоки нной пла астмассой й стабиль ьный коэ эффициен нт трения я в услови чивать в и износо остойкост ть [9] . Дл ля тормоз зных бара абанов и дисков с средней н нагружен нности ча аще всего о ют серый й чугун ма арки СЧ2 20 и СЧ25 5. ля грузов вых автом мобилей, тракторо и др. спец циальной й применя Дл применяю ются гидр роцилинд дры (порш ов, погру шневые и узчиков и и телескоп - озная кры ышка, пор ршень и н направляю полнены ), в котоо чугуна, , пические из серого Ч 20 (ГО ОСТ 1412-85). Осн новные ви ющая вы иды гидр роцилиндр ров, выпу ускаемых х техники рых скво марки СЧ на предп приятии О ОАО ПО «САРМА АТ», пред дставлены ы на рис. 1 Из з приведе орочных чертежей евого ГцА 1.1. А01.000 ( (рис. 1.2) копическо 2-8603010 0А (рис. 1 й поршне 1.3) гидро ров видно о, что тали как кр енных сбо ого 55102 рышка скв возная, по оршень (р рис. 1.2, п оцилиндр поз. 6, 12 2), а также е направ(рис. 1.3, -18), рабо отают в тя яжелых у условиях статическ ких и ди) - - - ких наг на изн нос трен нием со о смазк кой в системе е , поз. 13грузок и телеск кие детал ляющие намическ «чугун ² ² сталь». Рис. 1.1. В Виды гидр оцилиндро ов, выпуска аемых на О ОАО ПО «С САРМАТ» 8
невой гидроцил линдр ГцА01.000 Р Рис. 1.2. Поршн
еский гидроцилиндр 55102- 8603010А Рис. 1.3. Телескопиче