Оценка эффективности применения порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов твердых сплавов, при восстановлении и упрочнении коленчатых валов двигателей автотракторной техники плазменно-порошковой наплавкой

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПОРОШКОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННЫМ ДИСПЕРГИРОВАНИЕМ ОТХОДОВ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ, ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ И УПРОЧНЕНИИ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ ДВИГАТЕЛЕЙ АВТОТРАКТОРНОЙ ТЕХНИКИ ПЛАЗМЕННО-ПОРОШКОВОЙ НАПЛАВКОЙ
Е. В. Агеев, В. В. Серебровский, Б. А. Семенихин, Е. В. Агеева, Р.А. Латыпов
Аннотация. В статье представлены результаты оценки эффективности применения порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов твердых сплавов, при восстановлении и упрочнении коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания автотракторной техники плазменнопорошковой наплавкой.
Ключевые слова: отходы твердых сплавов, элек-троэрозионное диспергирование, порошок, плазменнопорошковая наплавка, свойства плазменных покрытий.
Организация восстановления изношенных деталей автотракторной техники является важным резервом удовлетворения народного хозяйства запасными частями, а также снижения расходов материальных и трудовых ресурсов. К моменту списания автотракторной техники для повторного использования путем восстановления пригодно 65−75% деталей.
Применение для восстановления изношенных деталей современных методов нанесения покрытий и, в первую очередь, с использованием порошковых твердых сплавов способствует значительному повышению их долговечности.
Использование порошков, полученных из отходов твердых сплавов, а не промышленно выпускаемых (достаточно дорогих), в качестве высокотвердой и износостойкой дисперсной составляющей композиций, позволит повысить качество, надежность и долговечность покрытий коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с минимумом затрат на порошковые материалы.
Промышленные способы получения порошковых материалов из отходов твердых сплавов, такие, как окисление-восстановление, цинковый метод, имеют ряд недостатков: крупнотоннажность, энергоёмкость, большие производственные площади, а также экологические проблемы (сточные воды, вредные выбросы). Более перспективным методом получения порошковых материалов из отходов твердых сплавов, отличающимся относительно невысокими энергетическими затратами и экологической чистотой процесса, является метод электроэрозион-ного диспергирования (ЭЭД) [1. -С. 12−15]. Процесс ЭЭД представляет собой разрушение любого токопроводящего материала в результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами.
На разработанной авторами экспериментальной установке [2. -С. 142−146, 3. -С. 144−147, 4. -С. 234−237] методом электроэрозионного диспергирования были получены порошки из отходов твердых сплавов марок ВК8 и Т15К6. Далее были исследованы их физи-ко-технологические свойства, которые, как показали результаты исследований, мало отличаются от свойств промышленно выпускаемых порошков, а по некоторым параметрам превосходят их и значительно дешевле [5. -С. 34−37, 6. -С. 146−150].
Проведенные исследования позволили наметить перспективные направления применения порошков, полученных методом ЭЭД из отходов твердых сплавов, а именно:
— плазменно-порошковая наплавка (ППН) —
— наплавка под слоем флюса-
— наплавка в среде защитных газов-
— гальваническое нанесение покрытий (железне-ние, хромирование, никелирование) —
— детонационное напыление-
— плазменное напыление-
— добавки при изготовлении пластин спеченных твердых сплавов и др.
Целью настоящей работы являлась оценка эффективности применения порошков, полученных ЭЭЭ из отходов твердых сплавов, при восстановлении и упрочнении коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) автотракторной техники плазменно-порошковой наплавкой.
За объект промышленного опробования технологии плазменной твердосплавной порошковой наплавки был принят коленчатый вал двигателя марки СМД-18, устанавливаемый на тракторы ДТ-75, комбайны «Нива» и другую сельхозтехнику (рисунок 1).
Коленчатый вал — это одна из наиболее ответственных, дорогостоящих, а также сложных в изготовлении и ремонте деталей двигателя. Причем стоимость нового вала в 4 — 6 раз выше стоимости восстановленного. Особенно ощутима эта разница для коленчатых валов двигателей автотракторной техники импортного производства, доля которых в общем объеме машинно-тракторного парка нашей страны с каждым годом неуклонно возрастает. Процесс постепенного изменения размеров, т. е. изнашивание трущихся поверхностей коленчатого вала ДВС является нежелательным, но неизбежным. Причем основным видом изнашивания коленчатого вала является абразивное, которое получается в результате режущего и царапающего действия посторонних частиц. На сегодняшний день коленчатые валы ДВС успешно ремонтируются в пределах своих ремонтных размеров путем шлифования. Но стоит размерам вала выйти из ремонтных, как появляются трудности с наращиванием и упрочнением поверхностей.
При постановке экспериментов по восстановлению изношенных шеек коленчатых валов двигателя СМД-18 в условиях ремонтного предприятия ОАО «Краснополянская сельхозтехника» г. Курска с использованием твердосплавных порошков использовалась установка для наплавки УД-209 на основе переделанного токарного станка, выпрямитель сварочный ВДУ-506, представленные на рисунке 2.
В качестве плазмообразующего, транспортирующего и защитного газа использовался аргон по ГОСТ 10 157– — 79. В качестве порошкового материала использовалась промышленная смесь композиции порошков, изготовленных Тульским заводом «Поле-ма» по ТУ 14−22−26−90 с различным добавлением порошков, полученных ЭЭД отходов твердых сплавов ВК8 и Т15К6 в дистиллированной воде и керосине.
При анализе свойств плазменных покрытий, полученных с добавлением твердосплавного порошка, установлено следующее:
1. Твердость плазменных покрытий, полученных с добавлением твердосплавных порошков ВК8 и Т15К6 к промышленной композиции, выше твердости плазменных покрытий, полученных с использованием только промышленной композиции, и характер ее изменения зависит от физико-технологических свойств полученного порошка (рисунок 3).
б)
Рисунок 1 — Общий вид: а) двигателя СМД-18- коленчатого вала двигателя СМД-18
Рисунок 2 — Установка для плазменно-порошковой наплавки
нас (
а'-)
б)
Рисунок 3 — Зависимость твердости наплавленного слоя (НЯС) от массовой доли (V масс.) в промышленной композиции, порошка, полученного в воде (1) и керосине (2): а) ВК8- б) Т15К6
а-
Г ГТа
О 0. 25 0 5 0 75 1.0 1. 25 1. 50 8., мм
б)
Рисунок 4 — Распределение микротвердости (Нц) по глубине плазменного покрытия Б, полученного с использованием порошка Т15К6 а) в воде- б) в керосине: 1−10%5 2 — 20%. 3 — 50%, 4 — промышленный порошок
V X .V І.V О., Л* ЯК
а) б)
Рисунок 5 — Распределение микротвердости по глубине плазменного покрытия 8, полученного с использованием порошка ВК8 а) в воде- б) в керосине: 1−10%, 2−20%, 3 — 50%. 4 — промышленный
порошок
2. Отличительной особенностью практически всех плазменных покрытий, полученных с добавлением твердосплавного порошка, является распределение элементов состава покрытия по его глубине, что наглядно подтверждают кривые распределения микротвердости, представленные на рисунках 4 и 5. Причем максимум микротвердости всех плазменных покрытий приходится на глубину 0,5 мм.
3. Анализ микроструктур плазменных покрытий показал, что использование твердосплавных порошков, полученных в керосине, приводит к образованию трещин у поверхности покрытий (рисунок 6), что связано с присутствием в них относительно большого количества свободного углерода, составляющего в ВК8 2,13%, а в Т15К6 6,21%. Но данный дефект устраним на последующей за наплавкой механической обработкой, связанной со снятием слоя припуска (шлифование в ремонтный размер) [7,-С. -56−64].
4. Относительная износостойкость плазменных покрытий после добавления в промышленную композицию твердосплавных порошков возрастает, причем с ВК в большей степени, чем с ТК, поскольку в порошке, полученном из Т15К6, количество свободного углерода значительно больше, чем в ВК8. Также установлено, что добавление твердосплавного порошка, полученного в воде, дает больший прирост относительной износостойкости, чем твердосплавными порошками, полученными в керосине, что связано также с различными значениями их физико —
… '-…
1
. ^
& lt-Тч:
I
Рисунок 6 — Микроструктура покрытия, полученного с использованием твердосплавных порошков, полученных в керосине, х 550
технологических свойств и наличием свободного углерода в виде мелкодисперсной сажи в последнем случае. Характер изменения относительной износостойкости плазменных покрытий в основном коррелирует с характером изменения их твердости [8. -С. 10−13].
5. В процессе нанесения плазменных покрытий ППН с добавлением к промышленной композиции твердосплавных порошков было отмечено изменение геометрических параметров покрытий при изменении состава композиции. Для выявления этого эффекта были наплавлены одиночные валики ППН с добавлением твердосплавных порошков. Основными геометрическими параметрами наплавленных валиков являются высота и ширина наплавочного валика, а также глубина проплавления. Изучение геометрических параметров наплавочных валиков показало, что на их размеры оказывает состав порошковой композиции и массовая доля твердосплавного порошка. Причем существует определенная связь, характерная для всех композиций, между высотой наплавочного валика и глубиной проплавления. При увеличении высоты валика глубина проплавления уменьшается и наоборот, что связано с распределением теплоты наплавочной ванны. При добавлении твердосплавных порошков, полученных в керосине, глубина проплавления возрастает, а высота валика снижается, поскольку увеличение количества углерода способствует увеличению жидкой фазы. Отмечено, что наилучшими геометрическими параметрами, с точки зрения последующей за наплавкой механической обработки, обладают валики, полученные с добавлением порошков из ВК8 [9, — С. 216−220].
6. Анализ твердости, износостойкости и геометрических показателей плазменных покрытий показал, что покрытия, полученные с добавлением порошков из ВК8, являются наиболее приемлемым вариантом для восстановления и упрочнения коленчатых валов ДВС. Основными служебными свойствами плазменных покрытий коленчатых валов, определяющими их ресурс, являются твердость и износостойкость, которые, как показали результаты экспериментов, коррелируют между собой. Из перечисленных свойств наиболее просто и достоверно определяется твердость. Поэтому оптимизацию состава порошков с целью улучшения качества плазменных покрытий коленчатых валов для ППН проводили по твердости покрытий, полученных с использованием
порошков ВК8. Для достижения максимальной твердости плазменных покрытий необходима постановка полного факторного эксперимента. Для постановки факторного эксперимента были выбраны уровни и интервалы варьирования факторов. В результате был получен оптимальный состав порошков для ППН коленчатых валов ДВС с добавлением порошка сплава ВК8, полученного методом ЭЭД в дистиллированной воде [10, — С. 422−427].
Таким образом, проведенные исследования и апробация технологии плазменно-порошковой наплавки с добавлением твердосплавных порошков в условиях ремонтного предприятия ОАО «Краснополянская сельхозтехника» г. Курска подтвердили эффективность применения порошков, полученных методом ЭЭД из твердых сплавов марок ВК8 и Т16К6, при восстановлении и упрочнении коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания СМД-18 с повышением их ресурса в среднем на 20%.
Работа выполнена в рамках реализации Федеральной целевой программы «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009−2013 годы.
Список использованных источников
1 Агеев, Е. В. Выбор метода получения порошковых материалов из отходов спеченных твердых сплавов / Е. В. Агеев, Б. А. Семенихин // Известия Самарского научного центра РАН. — Самара: Изд-во Самарского науч. ц-ра РАН. — 2009. — Спец. вып.: Актуальные проблемы машиностроения-С. 12−15.
2 Агеев, Е. В. Выбор оборудования для получения порошковых материалов методом электроэрозионного диспергирования / Е. В. Агеев, Б. А. Семенихин//Материалы и технологии XXI века: сб. ст. VII Междунар. науч. -техн. конф. — Пенза: Приволжский дом знаний, 2009. — С. 142−146.
3 Агеев, Е. В. Разработка генератора импульсов установки электроэрозионного диспергирования / Е. В. Агеев, Б. А. Семенихин, Р. А. Латыпов // Информационно-измерительные, диагностические и управляющие системы. Диагностика — 2009: сб. матер, междунар. науч. -техн. конф.: в 2 ч. — Ч. 2. — Курск, 2009. — С. 144- 147.
4 Агеев, Е. В. Разработка установки для получения порошков из токопроводящих материалов /Е.В. Агеев и [др.] // Известия Самарского научного центра РАН. -Самара: Изд-во Самарского науч. ц-ра РАН. — 2009. -Т. 11 (31), № 5(2).- С. 234−237.
5 Агеев, Е. В. Особенности технологии получения порошковых наплавочных материалов методом электроэрозионного диспергирования отходов твердых сплавов для наплавки шеек коленчатых валов / Е. В. Агеев, МЕ. Сальков // Технология металлов. — 2008. -№ 5. -С. 34−37.
6 Агеев, Е. В. Исследование химического состава порошков, полученных из отходов твердых сплавов методом электроэрозионного диспергирования / Е. В. Агеев, Е. В. Агеева // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации: матер. IV Междунар. науч. -техн. конф. — Курск, 2006. -
Ч. 2. — С. 146−150.
7 Агеев, Е. В. Исследование микроструктуры плазменных покрытий, полученных с добавлением порошков отходов твердых сплавов / Е. В. Агеев, Б. А. Семенихин, Р. А. Латыпов // Славяновские чтения (Сварка -XXI век): Междунар. науч. -техн. конф.: в 2 кн. — Кн. 2.
— Липецк: ЛГТУ, 2009. — С. 56 — 64.
8 Агеев, Е. В. Исследование влияния твердосплавных порошков на износостойкость плазменных покрытий коленчатых валов / Е. В. Агеев, Б. А. Семенихин // Проблемы и достижения автотранспортного комплекса: сб. матер. VII Всерос. науч. -техн. конф. — Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. — С. 10−13.
9 Агеев, Е. В. Управление геометрическими параметрами плазменных покрытий составом исходной композиции / Е. В. Агеев // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации: матер. VI Междунар. науч. -техн. конф. -Курск, 2008. — С. 216−220.
10 Агеев, Е. В. Определение оптимального состава порошков для плазменной твердосплавной порошковой наплавки коленчатых валов ДВС / Е. В. Агеев // Современные проблемы машиностроения: тр. IV Между-нар. науч. -техн. конф. — Томск: ТПУ, 2008. — С. 422−427.
Информация об авторах
Агеев Евгений Викторович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры машиностроительных технологий и оборудования Юго-Западного государственного университета. E-mail: ageev_ev@mail. ru. Тел. 8−904−526−55−07.
Серебровский Вадим Владимирович, доктор технических наук, Юго-Западный государственный университет, E-mail: serebrowski v_vi@mail. ru, тел. (4712)39−40−28.
Семенихин Борис Анатольевич, ст. преподаватель кафедры машиностроительных технологий и оборудования Юго-Западного государственного университета. E-mail: borisss@bk. ru. Тел. 8−903−633−75−62.
Агеева Екатерина Владимировна, ст. преподаватель кафедры физической химии и химической технологии Юго-Западного государственного университета. E-mail: ageeva-ev@vandex. ru. Тел. 8−904−525−50−70.
Латыпов Рашит Абдуахакович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой металлургии сварочных процессов Московского государственного вечернего металлургического института. E-mail: latipov46@mail. ru. Тел. (499) 267−58−10.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой