close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

;docx

код для вставкиСкачать
УДК 621.793.7:006.354
Г.С. Жетесова, Е.А. Плешакова, О.М. Жаркевич, Т.М. Бузауова
(Карагандинский государственный технический университет, Караганда, Республика Казахстан)
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЧНОСТИ СЦЕПЛЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОТЕРМИЧЕСКИХ
ПОКРЫТИЙ С ОСНОВОЙ ШТОКОВ ГИДРОЦИЛИНДРОВ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ
КРЕПЕЙ
Аннотация. Для машиностроения и других областей промышленности наиболее прогрессивными и
экономически выгодными технологическими процессами, позволяющими повышать износостойкость,
жаропрочность, коррозийную стойкость и других свойств рабочей поверхности выпускаемых машин
являются технологические процессы газотермического нанесения покрытий. В связи с этим в статье
приведены экспериментальные исследования антикоррозионного покрытия. Подобраны оптимальные
технологические режимы газотермического напыления для обеспечения прочности сцепления. Определены
величины напряжений, при которых не происходит отслоения антикоррозионного покрытия от основного
материала штока.
Ключевые слова: газотермическое покрытие, шток, струйно-абразивная обработка, режим,
прочность сцепления
Штоки гидроцилиндров механизированных крепей подвержены износу и часто подлежат
восстановлению. Одним из наиболее эффективных способов восстановления является ненесение
на поверхность штоков газотермического покрытия.
Экспериментальное исследование проводилось для определения напряжений и отслоения
антикоррозионного покрытия ПГ-СР3 (Ni-Cr-Si-B-Fe) от основного материала штока, а также
подбора оптимальных технологических режимов газотермического напыления для обеспечения
прочности сцепления.
Для проведения эксперимента были подготовлены следующие образцы:
- 3 образца размером 20х20 мм, δ = 4 мм, материал - сталь 45 (рисунок 1);
- 3 образца размером 10х100 мм, δ = 4 мм, материал - сталь 45 (рисунок 2).
Рис. 1. Образцы размером 20х20 мм
Рис. 2. Образцы 10х100 мм
Покрытие ПГ- СР3 является самофлюсующимся сплавом, химический состав которого
представлен в таблице таблица 1.
Прочность сцепления защитного покрытия ПГ-СР3 с основой зависит от:
- предварительной подготовки основы;
- режимов газопламенного нанесения покрытия и при необходимости последующая обработка
нанесенного покрытия (оплавление, уплотнение, пропитка, термическая или механическая обработка) [1,
2].
В.09
Марка
Индек
с
Таблица 1. Химический состав защитного покрытия ПГ- СР3
ПГСР3
Массовая доля, %
Cr
13,5 16,5
B
2,0
2,8
Si
2,5 3,5
Fe
5,0
C
0,40,7
Ni
осн.
HRC
(HB)
50
55
Тпл,
0
С
Свойства покрытия
1050
Высокая износостойкость,
высокая коррозионная
устойчивость и
жаростойкость, хорошая
прочность сцепления со
сталями. Твердость и
износостойкость сплавов
возрастает, а сопротивление
удару падает по мере
увеличения в них содержания
углерода, бора и кремния.
При предварительной подготовке основы под нанесение газотермического покрытия важно
создание развитой шероховатости на поверхности основы. Также необходимо провести перед
предварительной обработкой поверхности промывку, удалить влагу, масло и другие загрязнения.
В данном случае использовалась струйно-абразивная обработка поверхности перед
напылением. Использованное оборудование для этой операции приведено на рисунке 3.
В качестве абразивного материала использовался корунд, плотность которого 3,3×103 кг/м3,
насыпная плотность – 1,6×103 кг/м3, твердость - 32000 МПа [3].
Такая подготовка очищает поверхность и выводит её из состояния термодинамического
равновесия со средой, освобождая межатомные связи поверхностных атомов, т.е. химически
активирует подложку.
Струйно-абразивная обработка делает поверхность шероховатой (рисунок 4), что увеличивает
температуру в контакте под напылёнными частицами на выступах шероховатости и повышает
суммарную площадь участков приваривания. Шероховатая поверхность имеет большую площадь
по сравнению с гладкой, что также способствует увеличению прочности сцепления.
Каждый из существующих методов напыления имеет технологические особенности и
режимы, которые определяются особенностями конструкции распылителя, родом и формой
напыляемого материала, размерами и свойствами изделия, на которое надо нанести покрытие, а
также требованиями, предъявляемыми к напыляемому покрытию [4].
а)
б)
в)
г)
д)
е)
а, б) камера (бункер) для загрузки деталей; в) дробеструйный компрессор; г, д) аппарат всасывающего
типа - пистолет (1 - сопло; 2 - камера-смеситель; 3 - выходное сопло; 4 - патрубок; 5 - бункер); е)
используемый абразив - карбокорунд
Рис. 3. Оборудование для струйно-абразивной обработки
а)
б)
в)
г)
а) образцы до обработки поверхности; б, в, г) образцы обработанные карбокорундом
Рис. 4. Поверхность образцов до и после обработки
Для данного эксперимента применялось следующее оборудование и материал (рисунок 5):
термораспылительная установка (горелка ТРУ-БПИ, пульт управления, напыляемый порошок ПГСР3, испытуемые образцы 10х100х4 мм и 20х20х4 мм).
При газопламенном напылении источником тепловой энергии является пламя, образующиеся
в результате горения смеси кислород- горючий газ. Материал, используемый для газопламенного
покрытий, не должен разлагаться и возгоняться в пламени, должен иметь достаточную разницу
между температурами плавления и кипения [1, 5, 6].
В качестве рабочих газов чаще используют заменитель ацетилена (МАФ- мецитил-алиленовая
фракция), кислород, пропан-бутан, азот или сжатый воздух, очищенный от масла и влаги. Воздух,
азот или другой сжатый газ применяют для охлаждения сопловой части горелки и обдува факела
пламени. Обдув факела пламени способствует его «обжиму» и повышает скорость полета частиц
порошка.
Для выполнения процесса газопламенного напыления и получения качественного защитного
покрытия необходимо определить ряд параметров режима процесса напыления:
- дистанцию напыления, мм;
- скорость напыления, мм/мин;
- подачу, мм/об;
- частоту вращения цилиндрической детали n, мин-1.
а)
б)
в)
г)
д)
е)
а) токарно-винторезный станок; б) пульт управления; в, г) горелка ТРУ-БПИ (пистолет); д - смеситель,
который находится внутри горелки; е) порошок ПГ-СР3
Рис. 5. Оборудование и материал
Дистанция напыления L, мм, зависит от скорости и температуры частиц, а также скорости
нагрева напыляемой поверхности [1, 7]. Для образцов 10 х 100 х 4 мм:
- характер условий работы - легкий;
- толщина напыляемого слоя hn - 0,5…1 мм;
- дистанция напыления L – 15…30 мм.
Скорость V, мм/мин, перемещения горелки или детали при напылении плоских поверхностей
рассчитывается по формуле [6]:

G
60    hx   / 
(1)
где G - производительность газопламенной горелки, кг/ч;
ρ - насыпная плотность напыляемого материала, кг/м3;
hx - толщина покрытия, мм, наносимого за один рабочий ход горелки;
α - коэффициент, зависящий от дистанции напыления.
Для газопламенного напыления используется горелка модели ТРУ - БПИ.
Производительность данной горелки при напылении наружных поверхностей равна 5 кг/ч.
Величина ρ принимается равной 73000 кг/м3. Рекомендуемая толщина покрытия, наносимого за
один рабочий ход горелки, hx = 0,25 мм. Значение коэффициента α определяется в зависимости от
дистанции напыления по графику, приведенному на рисунке 6.
Практически скорость перемещения горелки равна V= 4 - 7 м/мин.
Расчет подачи S, мм/об (мм/ход), горелки или детали осуществляется по формуле [6]:
S  (ln2)/ , мм/об
(2)
Практически подача равна S = 4 - 6 мм/об.
Рис. 6. Зависимость величины коэффициента α от дистанции напыления
Частота вращения цилиндрической детали n, мин-1, при напылении определяется по формуле
[6]:
n
G
60    hx   /   ( R  h x )  2
,
(3)
где R - радиус детали, мм.
Практически частота вращения принимается равной n 
1000  V
, мин-1.
2  R
На рисунке 7 и рисунке 8 представлены образцы во время напыления и после напыления
покрытия ПГ- СР3.
Рис. 7. Образцы 20 х 20 х 4 мм
Рис. 8. Образцы 10 х 100 х 4 мм
Одним из основных технологических параметров газотермического нанесения покрытия
является дистанция напыления. Она определяется интенсивностью нагрева поверхности основы
высокотемпературной струей газа и сочетание таких важных для качества покрытий параметров,
как температура и скорость частиц материала перед ударом о напыляемую поверхность.
От дистанции напыления сильно зависит и прочность сцепления покрытий с основой, с
увеличением дистанции напыления прочность сцепления покрытий с основой сначала возрастает,
а затем снижается до максимальных значений. Для многих порошков, она достигает при
напылении на расстоянии 0,15…0,20 м от сопла пистолета и скорости. При дальнейшем
увеличении дистанции напыления тепловое воздействие пламени и частицы охлаждаются, что
приводит к снижению прочности соединения покрытия с основой и уменьшению коэффициента
использования порошка.
В результате проведенных экспериментов были получены оптимальные технологические
режимы газотермического напыления:
- дистанция напыления – 150 - 200 мм;
- скорость напыления – 4 - 6 м/мин;
- подача – 4 - 6 мм/об;
- частота вращения цилиндрической детали - 45 мин-1.
При этих параметрах величина напряжений составляет 75 МПа и не происходит отслоения
антикоррозионного покрытия ПГ-СР3 (Ni-Cr-Si-B-Fe) от основного материала штока.
Подобранные технологические режимы обеспечивают необходимую прочность сцепления
газотермического покрытия, которая равна 230 - 250 МПа.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ильющенко А.Ф., Оковитый В.А. Формирование газотермических покрытий: теория и практика. Минск.: Бестпринт, 2002. – 480 с.
2. Борисов Ю.С., Харламов Ю.А., Сидоренко С.Л., Ардатовская Е.Н. Газо-термические покрытия из
порошковых материалов. Справочник. – Киев: Наукова Думка, 1987. – 568 с.
3. Спиридонов Н.В. Основы повышения эксплуатационных свойств поверхностей: практические
работы для студентов специальности 1-36 01 04 «Оборудование и технологии высокоэффективных
процессов обработки материалов». - Минск: БНТУ, 2008. – 74 с.
4. Практическое применение газотермических технологий нанесения защитных покрытий.
Руководство для инженеров. – М.: ООО «Термал - Спрей- Тек»,2009. – 70 с.
5. Радченко М.В. Защитные и упрочняющие покрытия. Краткий конспект лекции.- БАРНВУЛ:
АЛТГТУ, 2010. – 113 с.
6. Циркин А.В., Износостойкие покрытия: свойства, структура, технологии получения: методические
указания к лабораторным работам. - Ульяновск: УлГТУ, 2005. – 27 с.
7. Сорокин В.М. Основы триботехники и упрочнения поверхностей деталей машин. Курс лекций по
дисциплине «Основы триботехники и технология упрочнения деталей» и задания для выполнения
контрольной работы. - Н.Новгород: Издательство ФГОУ ВПО ВГАВТ, 2006. - 296 с.
REFERENCES
1. Ilyushchenko A.F., Okovitiy V.A. Formation of thermal coatings: theory and practice. - Minsk : Bestprint
2002. - 480 p.
2. Borisov Yu.S., Kharlamov Yu.A., Sidorenko S.L., Ardatovsky Ye.N. Gas thermal coating of powder
materials. Handbook . - Kiev: Naukova Dumka, 1987. - 568 p.
3. Spiridonov N.V. Basis for improving operating properties of surfaces: practical work for students specialty
"Equipment and technology highly efficient processes of materials". - Minsk: Belarusian National Technical
University, 2008. – 74 p.
4. Practical application of thermal spray technologies for applying protective coatings. Guide for engineers.
- Moscow: OOO " Thermal - Spray -Tech ", 2009. – 70 p.
5. Radchenko M.V. Protective and strengthening coatings: a brief summary of the lecture. - BARNAUL:
AltSTU, 2010. – 113 p.
6. Tsirkin A.V. Wear-resistant coatings: properties, structure, technology: guidelines for laboratory works.
- Ulyanovsk: UlSTU, 2005. - 27 p.
7. Sorokin V.M. Basics tribotechnics and surface hardening of machine parts. Lectures on the subject
"Fundamentals tribotechnics and technology parts hardening" tasks to perform and control work. - Nizhny
Novgorod: Publishing FSEIHPE VGAVT, 2006. - 296.
Жетесова Г.С., Плешакова Т.М., Жаркевич О.М., Бузауова Т.М.
Механизацияланған тірек гидроцилиндр сояуышының негізімен қорғаушы газотермиялық
жабынының ұстасу беріктігін қамтамасыз ету
Түйіндеме. Машина жасау және басқа өнідіріс салалары үшін озық және экономикалық тұрғыдан
тиімді технологиялық үрдіс болып газотермиялық жабу болып табылады, олар тозуға төзімділік, коррозияға
төзімділік және жұмысшы беттің басқа қасиетерін қамтамасыз етеді. Осыған байланысты мақалада
коррозияға қарсы ПГ-СР3 жабынының тәжірибелік зерттеулері келтірілген. Жабынның ұстасу беріктігін
қатамасыз ететін газотермиялық шашыратудың тиімді технологиялық мәзірлері анықталған. Сояуыштың
материалынан коррозияға қарсы жабыннын қабыршақтануы болмайтын кернеулер шамасы анықталды.
Негізгі сөздер: газотермиялық жабын, сояуыш, ағынды- абразивті өңдеу, мәзірлер, ұстасу беріктігі
Zhetesova G.S., Pleshakova Е.А., Zharkevich О.М., Buzauova T.M.
Provision of bond resistance of protection hardness of gas-thermal coatings with the base of rods of
hydraulic cylinders of the shield support.
Summary. The most advanced and cost-effective technological processes, which allowing to increase the
wear resistance, heat resistance, corrosion resistance and other properties of the working surface of the machines are
the processes of gas thermal coating for mechanical engineering and other areas of industry. In this connection paper
presents the experimental research of anti-corrosive coating PG-CP3. Optimum technological conditions of gas
thermal spray are found for providing adhesive strength. The values of stress at which anticorrosive coating does not
have delamination from the base material rod.
Key words: gas thermal coating, rod, abrasive jet treatment, regime, adhesion strength
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа