Прогнозирование изнашивания в условиях сероводородной коррозии на основе трибологических инвариантов

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Механика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 539. 621 + 621. 798
А. П. Перекрестов
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ИЗНАШИВАНИЯ В УСЛОВИЯХ СЕРОВОДОРОДНОЙ КОРРОЗИИ НА ОСНОВЕ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ ИНВАРИАНТОВ
Интенсивность изнашивания тел зависит от большого числа факторов: физических, химических, механических свойств самого материала, характеристик смазки, агрессивности среды, условий нагружений, температуры, топографии контактирующих поверхностей и др. В связи с отсутствием исходных уравнений, содержащих в своей структуре связи всех основных влияющих факторов, для процесса моделирования используют анализ размерностей физических величин. Тогда средняя интенсивность изнашивания деталей при возвратно-поступательном движении является функцией многих переменных, обработка которых методом теории размерностей приводит к следующему критериальному уравнению [1, 2]:
I = КФХ Ф^Фг Фу Фф. (1)
т см нс ш вр ф* V /
Фсм — критерий, определяющий относительную величину смазочного слоя:
+1,7^
рА.
•(РгР)0
Ф см = «-------, 2 2 ---------, (2)
4К + К
где т — коэффициент динамической вязкости масла- в — пьезокоэффициент-
(Л"12 + Яа22)0,5 — приведенный размер шероховатости-
Ка, Ка2 — среднее арифметическое отклонение профиля шероховатостей поверхностей) —
Нк — высота поршневого кольца-
Си — скорость скольжения поршня в месте максимального износа цилиндровой втулки-
йгр = 0,1 мкм — толщина граничного слоя смазки-
Р2 — нормальное напряжение сжатия.
Фнс — комплекс, характеризующий напряженное состояние в месте контакта поршневого кольца и втулки:
Ф =
нс
(3)
где Р2 — нормальное напряжение сжатия- Нв — твердость материала.
0,7
Фш — комплекс, учитывающий микрогеометрию, маслоемкость, маслоудерживающую способность контакта:
где Лтах — наибольшая высота неровности профиля- г — приведенный радиус неровностей-
Ь и V — параметры опорной кривой.
Фвр — симплекс, учитывающий временные характеристики контакта:
где Ц — время разрушения контакта-
4 — время восстановления контакта.
Фф-х — комплекс, характеризующий физико-химические процессы, протекающие на трущихся поверхностях, разрушение граничных смазочных и модифицированных материалов:
где Я — газовая постоянная-
Т — абсолютная температура в контакте-
Е = Q — теплота абсорбции смазочных слоев.
Е — энергия активации распада межатомных связей химически модифицированных слоев.
К — коэффициент, учитывающий особенности эксплуатации компрессора и влияние каждого критерия с учетом неучтенных уравнением факторов (коэффициент согласования).
х, у, z, у, ф — показатели степени.
Для нахождения показателей степени проведены опыты на машине трения. Герметичная машина МП-1 [3] представляет собой установку на изнашивание торцевого типа, где к вращающемуся диску прижимаются три неподвижных испытуемых пальчиковых образца. Для обеспечения возможности создавать заданную газовую среду изнашивающиеся образцы помещены в герметизированную камеру. В машине осуществляется подача и отбор смазочной среды.
Основные достоинства машины трения МП-1:
— возможность замера износа следующими методами: весовым, индикаторным, спектрального анализа, методом отпечатков и т. д. -
(4)
(5)
(6)
— малые размеры трущихся тел-
— возможность менять нагрузку и относительную скорость движения образцов-
— возможность регулировать подачу смазки-
— возможность менять состав газовой среды и ее давление-
— возможность непрерывного контроля изнашивания-
— возможность непрерывного контроля в зоне трения температуры образцов, подающейся смазки, силы трения (момент силы трения).
При испытании на машине трения МП-1 использовался узел трения, состоящий из неподвижных образцов цилиндрического типа диаметром 8 мм и длиной 16 мм и подвижного образца диаметром 126 мм. Площадь трения -5,02×10−5 м2- шероховатость — 0,200, 25 мкм- коэффициент перекрытия —
0,0667. Относительная скорость — 3,06 м/с. Температура в зоне трения — 50 °C, газовая среда — воздух, сероводород (И28). Время испытаний — 6 часов.
В неподвижные образцы запрессованы вставки из химически чистого олова, играющие роль «индикаторов».
Износ образцов на машине трения МП-1 определялся методом спектрального анализа. Определение износа проводилось косвенными методами по содержанию продуктов износа в отработанной смазке. Для этого отработанная смазка периодически отбиралась для последующего анализа. В качестве исходной методики определения изнашивания была принята методика с использованием эмиссионного спектрального анализа.
В отобранную пробу масла добавлялся спектрально чистый графитовый порошок в количестве 100 мг и после тщательного перемешивания масло подогревалось на электроплитке и сжигалось. Затем полученный остаток прокаливался в муфельной печи при температуре 823±20 К. Прокаливание проводилось в течение 1,5−2 часов. После прокаливания тигли охлаждались в эксикаторе до комнатной температуры. Затем остаток взвешивался на аналитических весах АДВ-200 и разбавлялся графитовым порошком до общей массы 100 мг. После этого зола перетиралась в агатовой ступке и перемешивалась до получения однородного состава.
После озоления исследуемого продукта производился спектральный анализ золы. Зола представляла собой порошок, состоящий главным образом из смеси окислов исследуемых элементов. Для введения порошкообразных проб в пламя дуги применялся способ испарения из канала нижнего электрода. Для анализа золы масел и осадков применялись электроды марки С-3. Небольшие примеси, содержащиеся в материале электрода, как правило, не мешают анализу. Верхний электрод затачивался в виде конуса. Нижний электрод имел форму с высверленным каналом диаметром 4 мм и глубиной 3 мм. Обработка электродов велась на специально оборудованном станке с различными вставками для обточки и сверления электродов. Подготовительные электроды проходили обжиг в дуге при токе 20 А и времени экспозиции 40 с.
В исследованиях был использован кварцевый спектрограф ИСП-30 и генератор дуги ДГ-2. Время экспозиции для сгорания пробы в дуге выби-
ралось экспериментально из условия полного выгорания пробы и в данной работе составляло 180 с.
При работе с теми аналитическими линиями, которые использовались для анализа, был выбран следующий режим:
1) сила тока дуги — 14 А-
2) ширина щели спектрографа — 18 мкм-
3) щель диафрагмы револьверного типа — 1,2 мм-
4) щель диафрагмы Гартмана — 1 мм-
5) расстояние между электродами — 3,54 мм.
Для фотографирования спектра были использованы фотопластинки для промышленных и научных целей чувствительностью 5,5 единиц (ГОСТ 10 691−63). Количественный анализ проб производился с помощью микрофотометра МФ-2.
Для проверки полученных результатов использовался атомноабсорбционный анализ, который заключался в следующем: из маслосборника масло вместе с продуктами износа отбиралось в колбу и, если полученный объем составлял менее 50 мл, то до этого количества добавлялось чистое масло. Затем вся проба помещалась в фарфоровую чашку, а после взвешивания — в сушильный шкаф, где доводилась до постоянного веса при температуре 105−110 °С.
Озоление проводилось в муфельной печи в следующем режиме: 50 °C — 1 ч, 100 °C — 1 ч, 200 °C — 1 ч, 300 °C — 1 ч, 400 °C — 1 ч, 500 °C — 1 ч. Далее проводилось кислотное озоление. Сухой остаток помещался в пробирку и добавлялась НК03. Процесс озоления происходил до исчезновения осатка (6−8 ч). Оставшийся раствор растворяли в 10 мл дистиллированной воды и вводили в атомизатор спектрофотометра «Хитачи 180−50». Полученные данные фиксировались на печатном устройстве.
Затем проводились исследования по определению скорости изнашивания на воздухе и с использованием газовой среды, содержащей сероводород на маслах МС-20, 0п1е8−270Б8, ХС-40. Полученные результаты приведены на рис. 1.
Для нейтрализации эффекта коррозии сероводорода и уменьшения скорости изнашивания в масло ХС-40 добавлялись ингибиторы коррозии в количестве 5% (табл.).
Состав «пакета» композиций присадок № 1−7 к маслам, % масс.
Компонент 1 2 3 4 5 6 7
ИФХАНГАЗ-1 33 50 67 33 50 67 50
ФОМ-9 — - - - - - 50
Д-4 67 50 33 — - - -
Д-5 — - - 67 50 33 —
Удельное давление, МПа
¦ МС-20+возд МС-20+Н28 Ж0г№еэ27 008+возд • 0гКез270Р8+Н28 +ХС-40+возд -ХС-40+Н28
Рис. 1. Изменение скорости коррозионно-механического изнашивания от удельного давления масел МС-20, Огі1ез-270Б8, ХС-40 без присадок на воздухе и в среде сероводорода
Исследования влияния ингибиторов коррозии — композиций присадок № 1−7 показали, что скорость коррозионно-механического изнашивания снизилась (рис. 2), но не достигла допустимых пределов (0,015 мкм/ч) [4]. Для дальнейшего снижения скорости изнашивания необходимо в масла вводить противоизносные присадки.
Удельное давление, МПа
¦ XC-40-№ 1 XC-40-№ 2 ЖXC-40-№ 3 •XC-40-№ 4 +XC-40-№ 5 -XC-40-№ 6 XC-40-№ 7
Рис. 2. Изменение скорости коррозионно-механического изнашивания от удельного давления в среде сероводорода для масла ХС-40 с «пакетами» композиций присадок № 1−7
Показатели критериального уравнения х, у, z, у, ф определялись экспериментально. Для данных условий работы машины трения они составили: х = -1,80- у = 0,85- z = 0,97- у = 0,73- ф = 1,33.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кагаев В. П., Дроздов Ю. Н. Прочность и износостойкость деталей машин. -М.: Высш. шк., 1991. — 319 с.
2. Дроздов Ю. Н. Ключевые инварианты в расчетах интенсивности изнашивания при трении // Машиноведение. — 1980. — № 2. — С. 93−99.
3. Перекрестов А. П., Шаталов М. Ю. Трибологические испытания масел и присадок при работе в газовой среде с наличием сероводорода // Наука. Технология. Образование: Сб. науч. тр. — Ч. 2. — 2000. — С. 34−37.
4. Композиции маслорастворимых ингибиторов коррозии третьего поколения /
В. М. Школьников, Ю. Н. Шехтер, А. Я. Фурман, В. П. Кардаш // Защита металлов. — 1987. — Т. 23, № 5. — С. 774.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой