close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

код для вставкиСкачать
УДК 620.197 112 (075.8)
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ
НА НАНО(МИКРО)-РАЗМЕРНОМ УРОВНЕ
Д.Г. Громаковский
Самарский государственный технический университет.
Рассмотрены новые авторские технологии упрочнения поверхностей на нано-(микро-)размерном уровне:
способы пассивации поверхностных дефектов, образования фторсодержащих плёнок и мультисмазки.
Ключевые слова: технология, поверхность, изнашивание, трение, смазка, упрочнение, микродефекты.
При упрочнении поверхностей деталей
узлов
трения
широко
используются
эффекты, создаваемые на нано(микро)размерном уровне, порядка 10-6...10-8 мм,
когда
реализуются
явления
самоорганизации, эволюции их структурного
состояния и др.
Например, в способе диффузионного
молекулярного армирования поверхностей
деталей машин по патенту РФ № 2198954,
разработанном в СамГТУ, реализуется
диффузионное внедрение наночастиц или
активных органических молекул вглубь
материала по выходам на поверхность
дефектов
кристаллической
решётки
металлов. В результате на поверхности
образуется
модифицированный
(пассивированный)
слой,
«прошитый»
прочными цепочками химически связанных
атомов, выполняющих роль «арматуры» в
металлической решётке, что иллюстрирует
рис. 1.
препятствуют взаимодействию, выходящих
на поверхность дислокаций, с активными
частицами окружающей среды, что и
обуславливает ресурсоповышающий эффект
и коррозионную стойкость.
При молекулярном армировании после
мойки и слабого травления детали
погружают
в
технологическую
термоактивируемую
(порядка
80-90С)
органическую
жидкость
масло
индустриальное, с внесенными частицами
фторированного
графита
(CFx)n
и
подвергают вибрации с частотой f≈120Гц.
Нагрев и вибрация вызывают разрушение
органических молекул и образование
активных реакционных окончаний, которые
вместе с частицами (CFx)n взаимодействуют с
активными центрами на поверхностях (рис.
2). Об эффективности нового способа
свидетельствуют результаты испытаний,
приведённые в табл. 1.
Наибольший эффект фторирования
поверхностей и др. получен при создании
нано(микро)-размерных плёнок фторидов
железа FeF3 при введении в смазочное масло
порошка
фторированного
графита,
например, на этапе приработки. При
образовании таких плёнок интенсивность
износа уменьшается на 25...30%, число
циклов до наступления выкрашивания в
подшипниках возрастает в 1,5 - 2 раза;
нагрузочная способность смазочного слоя
повышается на 35 ÷ 40%; нагрузка заедания
увеличивается не менее чем в 2 раза;
демпфирование вибрации усиливается в 1,5
÷ 2 раза и др.
Иллюстрация
поверхности
после
образования плёнок фторидов железа
преведена на рис. 2.
Технология образования нано(микро)размерных плёнок «металл-фтор» прошла
Рис.1. Схема пассивации
поверхностных дефектов.
Диффундирующие
наночастицы
одновременно производят два действия: вопервых, закрепляют дефекты, не давая
атомам металла смещаться относительно
друг друга под действием напряжений и
генерировать новые дефекты, и, во-вторых,
18
испытания
в
лаборатории
и
при
эксплуатации ряда машин: авиационных
газотур-
19
Таблица 1. Результаты испытания поверхностей армированных деталей из стали 40Х
№
п/п
1
2
3
4
5
Виды обработки
Обработка притиркой на чугунной плите
ППД (накатка)
Упрочнение по технологии СВС
Упрочнение взрывом
Новый способ
Микротвердость
Н, кг/мм2
250
430
825
465
795
Удельная энергия активации
пластической деформации,
Дж/мм3
20,8
21,2
21,5
21,7
22,2
а) х 1000
б) х 1000
Рис. 2. Изменения поверхности трения при фторировании: а – исходная поверхность;
б – на поверхности трения образована пленка фторидов железа FeF3.
бинных двигателей; двигателей внутреннего
сгорания
автомобилей,
тракторов;
в
газомоторных
поршневых
роторных
компрессорах; приводах и шпинделях
металлорежущих станков; в гидрожидкости
АМГ-10 шасси самолётов; в масляных СОТС
при нарезании зубчатых колёс, при
протягивании и др.
Наибольший интерес представляют
следующие результаты.
1. Газотурбинный двигатель НК-16СТ
наземного применения отработал 6 лет до
капитального
ремонта
на
газоперекачивающей станции «Карпинская»
Тюменьтрансгаза,
на
масле
М8
с
фторсодержащей присадкой СамГТУ, вместо
штатного масла МС-8П. Большинство узлов
трения двигателя – подшипники, уплотнения
и другие, износа практически не имели и
были установлены на Казанском моторном
заводе на следующий межремонтный срок.
При использовании штатного масла в ходе
капитального ремонта замена подшипников
производится в 90% случаев.
2.
Трехлетняя
эксплуатация
газомоторных компрессоров 10 ГКН на
станции «Северная» Летрансгаза показала,
что введение фторсодержащей присадки в
штатное
масло
МС-20
увеличивает
износостойкость цилиндровых пар и других
деталей компрессоров не менее чем на 30%.
3. При введении карбонофторидов в
пластичную
смазку
получено
почти
двукратное
увеличение
долговечности
электрошпинделей.
На варианты смазочных материалов и
фторсодержащей присадки получен ряд
авторских свидетельств и патентов РФ
1011676, 1030401, 1498052, 2017802,
2027745 и др.
В 1994 г. фторсодержащая присадка
награждена
серебряной
медалью
на
Брюссельской международной ярмарке.
По данным японской монографии
«Новое в технологии соединений фтора»
(под ред. И. Исикавы) фторированный
графит используют в НАСА, как добавку к
смазочным материалам.
Эффективность
разработанных в
СамГТУ фторсодержащих присадок по
сравнению с аналогами ряда фирм
иллюстрируют результаты их испытаний на
машине трения МАСТ -1 по ГОСТ 23.22184, рис.3.
20
0,16
2000
коэффициент трения
0,14
Нагрузка сваривания,Н
0,12
1500
0,10
0,08
1000
0,06
0,04
500
0,02
0
0
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
Рис. 3. Сравнение эффективности фторсодержащих присадок, введённых в масло
М-5/10Г2: 1 - моторное масло без фторсодержащей присадки. Далее в масло введены
присадки: 2 - «LM» фирмы «Liqui Moly», 3 - «WM» фирмы «WYNN`S», 4 - «SLA-1»
и 5 - «SLA-3» фирмы «Acheson», 6 - СамГТУ.
В настоящее время отрабатывается
технология образования фторсодержащих
плёнок на деталях пускового турбостартёра
ТС-12М,
используемого
для
запуска
газотурбинных авиадвигателей. Его узлы
трения смазываются реактивным топливом.
В частности, отработаны технологии обкатки
подшипников стартёра и зубчатых колёс
планетарной передачи.
Нано(микро)-размерный уровень имеет
также, разработанный в НТЦ «Надёжность»
способ мультисмазки, Патент РФ 2334909.
Повышение нагрузочной способности
смазочного слоя здесь получают путем
введения
промежуточного
подслоя
высоковязкой
жидкости
между
металлической поверхностью и смазкой, как
показано на рис. 4.
Способ эффективен, в подшипниках
качения (рис. 4), кулачковых, зубчатых и
других парах и особенно при ударном и
вибрационном характере нагрузки, когда
контактные
усилия
кратковременно
возрастают, смазочный слой частично или
полностью разрушается и происходит
взаимодействие
металлических
поверхностей, ведущее к изнашиванию и
контактной усталости.
В
качестве
материала
подслоя
подобрана кремнийорганическая жидкость
олигометилсилоксана от ПМС-500 по ТУ602-737-78 до ПМС-60000.
Испытания
подтвердили
эффективность предложенного способа:
1. За время испытания подшипник
практически не нагревался, температура
оставалась
на
уровне
комнатной
(Т≈+250С).
2. Момент трения снижался на 17,6 %;
3. Уровень шума снижался на 2,5… 3,0 дБ;
4. Уровень вибрации снижался на 2…3 дБ;
5. Пятно износа, при испытаниях на 4-х
шариковой машине трения, уменьшилось
на 30% и более.
q
n
Слой смазки
на дорожке
кольца
Налипшая смазка
на ролике
Промежуточный
подслой
Рис. 4. Структура промежуточного подслоя в роликовом подшипнике качения.
21
Дополнительно, испытания метода
мультисмазки
были
проведены
на
подшипниковых узлах ряда металлорежущих
станков, указанных в табл. 2.
Все испытанные подшипниковые
узлы при введении мультисмазки отработали
в цехах ОАО «СПЗ» не менее 1,5…2,0
ресурсов.
При испытаниях мультисмазки (ПМС60000, смазка Томфлон СК-250) в опорах
скольжения шарошек буровых долот были
превышены
показатели
наиболее
эффективных антифрикционных смазок
США, выпускаемых фирмой «Hughes
Christensen, Smith и Varel» (табл. 3).
Как видно из приведённых материалов,
концентрация внимания на нано-(микро-)
размерных эффектах может иметь высокую
продуктивность и требуют дальнейшего
углубления исследования, наблюдаемых
эффектов.
Таблица 2. Результаты испытания способа мультисмазки в шпиндельных подшипниках
Описание оборудования
(наименование, модель)
Кремнийорганическая
жидкость
Узел
Тип подшипника
Внутришлифовальный
автомат 3485
Шпиндель
Радиально-упорный
436210
ПМС-60000
Торцешлифовальный
станок 4340
Бабка
изделия
Радиально-упорный
36205Е
ПМС-60000
Бесцентровосферошлифовальный станок БСШ-300
Шпиндель
7311А480
Радиально-упорный
4-46220Л
ПМС-60000
Бесцентровошлифовальный
станок САСЛ-200х500
Шпиндель
Радиально-упорный
4162920
ПМС-60000
Таблица 3. Результаты стендовых испытаний в опорах буксовых долот
Характеристики испытаний
Медьсодержащая смазка,
применяемая в долотах фирмы
«Hughes Christensen, Smith и Varel»
(США)
Томфлон
СК-250
0,5
0,37
40 — 45
65...67
1
Скорость износа, мкм/час
2
Максимальная контактная нагрузка
(при серебряном покрытии), кгс/см2
3
Температура саморазогрева (при
максимальной нагрузке), ТоС
160
97 - 115
4
Демпфирующая способность, 
0,4
0,8
NEW TECHNOLOGIES OF HARDENING OF SURFACES
ON NANO(MICRO)-DIMENSIONAL LEVEL
D.G. Gromakovsky, Samara State Technical University
New author's technologies of hardening of surfaces at the nano(micro)-dimensional level are considered: ways of passivation of superficial defects, formations of fluorinated films and multigreasing.
Keywords: technology, surface, wear, friction, greasing, hardening, microdefects.
22
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа