Методи оцінки та підвищення довговічності деталей обладнання харчової промисловості при корозійно-механічному зношуванні

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти України

Технологічний університет Поділля

Стечишин Мирослав Степанович

УДК 620:193.16.664

МЕТОДИ ОЦІНКИ І ПІДВИЩЕННЯ ДОВГОВІЧНОСТІ ДЕТАЛЕЙ ОБЛАДНАННЯ ХАРЧОВОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ ПРИ КОРОЗІЙНО-МЕХАНІЧНОМУ ЗНОШУВАННІ

Спеціальність 05.02.04 - Тертя та зношування в машинах

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

Хмельницький, 1998

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Технологічному університеті Поділля (м. Хмельницький)

Науковий консультант - Доктор технічних наук, професор

Олександр Іванович Некоз, Український державний університет харчових технологій, зав. Кафедрою (м. Київ)

Офіційні опоненти:

1. Доктор технічних наук, професор Євдокімов Вадим Дмитрович, Одеський державний морський університет, зав. каф. судоремонту, м. Одеса;

2 Доктор технічних наук, професор Тищенко Генадій Петрович, Український державний хіміко-технологічний університет, проф. каф. хімічного опору матеріалів і захисту від корозії, м. Дніпропетровськ;

3 Доктор технічних наук, професор Кислий Олександр Олександрович, академія прикордонних військ України, зав. каф. загальнонаукових та інженерних дисциплін, м. Хмельницький.

Провідна установа: Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, м.Київ

Захист відбудеться “24” грудня 1998 р. о 10-й годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 70.052.02 при Технологічному університеті Поділля за адресою: 280016, м. Хмельницький, вул. Інститутська, 11, Ш учбовий корпус

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці університету за адресою: 280016, м. Хмельницький, вул. Кам'янецька, 110/2.

Автореферат розісланий “23” листопада 1998 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат технічних наук, доцент Калда Г. С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Аналіз роботи обладнання підприємств харчової промисловості свідчить, що його недостатня надійність і довговічність, в багатьох випадках, зумовлена інтенсивним корозійно-механічним зношуванням (КМЗ) деталей при їх контакті з корозійно-активними середовищами (КАС) харчових виробництв. КАС харчової промисловості - це водні розчини, які в широких межах відрізняються між собою реакцією (РН 2...14), температурою, густиною, в'язкістю, вмістом різних розчинних і нерозчинних компонентів, насамперед цукрози (15...65%), органічних кислот, поверхнево-активних речовин, абразивних домішок тощо. Тому дослідження процесів КМЗ в технологічних середовищах харчових виробництв має не тільки практичне, але і наукове значення. Крім того, проблема надійності роботи обладнання харчової промисловості важлива тому, що виведення його з ладу спричиняє не лише зниження продуктивності підприємства, але і часто призводить до його повної зупинки та значних втрат внаслідок псування продуктів і вихідної сировини.

Про економічне значення проблеми підвищення надійності і довговічності свідчить той факт, що за 10 років на ремонт обладнання харчових підприємств України витрачаються кошти, які дорівнюють повній вартості основних виробничих фондів, а вартість добового простою одного цукрового заводу середньої потужності складає біля 40 тисяч гривень.

У зв'язку з переходом України до умов ринкової економіки, з одночасним зростанням вимог до продуктивності, надійності і ефективності роботи обладнання виникає проблема забезпечення мінімальних витрат при його виготовленні та експлуатації. Тому прогнозування і методи оцінки довговічності та надійності роботи технологічного обладнання, машин і апаратів харчових виробництв мають важливе значення. Вже на стадії проектування і виготовлення деталей необхідно мати розрахункові показники надійності та довговічності їх роботи залежно від умов експлуатації, виду та агресивності робочого середовища, типу термічної і хіміко-термічної обробки (ХТО) металів тощо.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Робота відповідає пріоритетним напрямкам розвитку науки та техніки (п.3, п.6) затвердженими Постановою ВР України № 2705 від 16.10.92 р. і Наказом Міносвіти України № 330 від 04.12.95 р., відповідає Державній науково-технічній програмі 05.44.11 “Застосування в промисловому виробництві іонно-плазмової технології ” та плану проведення науково-дослідних робіт кафедри машинознавства ТУ Поділля за темою: “Підвищення надійності і довговічності роботи деталей машин”.

Мета та задачі дослідження полягають у розробці на базі теоретичних і експериментальних досліджень наукових основ і методів оцінки зносостійкості при КМЗ металів, підвищення надійності та довговічності роботи деталей технологічного обладнання з використанням досягнень сучасних, прогресивних технологій зміцнення. Цій меті підпорядковані такі задачі:

1. Розробка методів комплексного дослідження зносостійкості матеріалів і деталей в корозійно-активних середовищах. 2. Теоретичні та експериментальні дослідження зношування та руйнування поверхневих шарів матеріалів і оцінка їх зносостійкості при терті та при мікроударному навантаженні в КАС. 3. Дослідження ролі корозійного фактору руйнування залежно від характеристик робочих рідин, активності їх дії на поверхню при кавітації та від умов навантаження фрикційного контакту при терті. 4. Одержання фізико-механічних моделей руйнування поверхневих шарів матеріалів при КМЗ в рідинних середовищах і прогнозування на цій основі довговічності деталей обладнання. 5. Розробка та практична перевірка нових технологічних рішень підвищення довговічності деталей обладнання харчової промисловості шляхом обгрунтованого вибору конструкційних матеріалів, захисних покриттів, видів і оптимальних режимів зміцнювальних технологій, а також розробка та впровадження у виробництво нових способів і прогресивних технологій зміцнення деталей.

Для вирішення поставлених задач застосовувались теоретичні та експериментальні методи і засоби досліджень КМЗ матеріалів з урахуванням комплексу явищ, що супроводжують зношування поверхонь у рідинних робочих середовищах.

Дослідження процесів руйнування при КМЗ у середовищах проводилось на основі положень фізико-хімічної механіки матеріалів, розроблених П.О. Ребіндером, О.О. Ахматовим, Г.В. Карпенко, Г.О. Прейсом, М.А. Сологубом, О.І. Некозом та іншими дослідниками, а при кавітаційному руйнуванні на основі структурно-енергетичної теорії зношування, розвинутих Л.І. Погодаєвим, О.І. Некозом, Ю.М. Цвєтковим, яка базується на структурно-енергетичній теорії втомлюваності металів В.С. Іванової, втомної теорії зношування І.В. Крагельського, явищ структурного пристосування поверхневих шарів при терті Б.І. Костецького, положень кінетичної теорії міцності С.М. Журкова з використанням теорії дислокацій, фізики міцності та пластичності металів.

Експериментальні дослідження містили:

1. Аналіз умов роботи деталей технологічного обладнання і видів їх зношування. 2. Дослідження процесів зношування матеріалів на лабораторних стендах у модельних розчинах і робочих середовищах харчових виробництв. 3. Вивчення процесів руйнування поверхневих шарів з допомогою металографічного, рентгеноструктурного, феромагнітного (ФМР), електрохімічного та інших методів аналізу. 4. Дослідження зміни характеру деформування і руйнування робочих поверхонь зразків та деталей після проведення різних видів поверхневого зміцнення. 5. Апробацію одержаних теоретичних і експериментальних результатів у виробничих умовах.

При виконанні роботи широко застосовувались ЕОМ і сучасні методи математичної статистики - активне планування експерименту, кореляційний аналіз даних, теорія графів.

Наукова новизна одержаних результатів

1. Одержано нові дані про вплив КАС на процеси зношування та руйнування робочих поверхонь, що дало можливість на основі положень фізико-хімічної механіки матеріалів розробити науково обґрунтовану схему аналізу та дослідження процесів КМЗ матеріалів.

2. На базі структурно-енергетичної теорії зношування, гідродинамічної теорії поширення ударних хвиль та рівнянь неоднорідних суцільних середовищ в пружно-пластичній області одержані критерії та основні рівняння кавітаційно-ерозійної зносостійкості матеріалів.

3. Розвинена методика визначення корозійного фактору при КМЗ металів шляхом комп'ютерної обробки поляризаційних кривих, внаслідок чого одержано аналітичні залежності та співвідношення між корозійним і механічним факторами руйнування, що, в свою чергу, дало можливість розробити методи оцінки та прогнозування довговічності деталей обладнання.

4. Встановлено взаємозв'язок між складом, структурою зміцненого шару, параметрами кристалічної будови та довговічністю азотованих деталей при їх КМЗ.

5. З позицій теорії дислокацій розглянуто циклічний характер зміни енергоємності поверхневих шарів металів і їх зносостійкості при КМЗ в агресивних середовищах.

6. На основі попереднього наводнювання поверхонь металів розроблено нові способи та технології ХТО, що підтверджені авторськими свідоцтвами і на основі яких досягнуто значного підвищення зносостійкості деталей.

7. На базі моделей Орована і Мотто-Набарро виконано теоретичні розрахунки зміцнення зон внутрішнього азотування, які показали значні потенційні можливості одержання азотованих поверхонь з максимальними характеристиками міцності за рахунок оптимального легування матриці нітридами і карбідами та цілеспрямованого керування морфологією цих фаз. Показано, що висока гнучкість пристосування азотованих поверхонь до зміни зовнішніх умов навантаження пояснюється функціональною поведінкою “debrіs - шару” та умовою мінімізації E/A, що дає змогу науково-обгрунтовано керувати зносостійкістю зміцнених поверхонь при їх КМЗ.

Практичне значення одержаних результатів

зносостійкість корозійний поверхневий матеріал

Одержано статистичні дані про надійність та довговічність деталей обладнання при їх зношуванні в КАС харчових виробництв, зокрема проведено комплексне дослідження зносостійкості деталей відцентрових насосів. Розроблені способи і методи прискореного визначення зносостійкості матеріалів при КМЗ. Розроблені методики оцінки довговічності захисних полімеркомпозиційних, термодифузійних та іонно-азотованих покриттів, що дозволяє науково обґрунтовано підходити до вибору зміцнювальних технологій, створенню нових способів та технологій ХТО. Розроблені рекомендації по вибору матеріалів і застосуванню зміцнювальних технологій обробки деталей обладнання з метою підвищення їх довговічності. Впроваджені у виробництво нові способи термодифузійного хромування та іонного азотування; визначені оптимальні режими хромування та азотування; на основі методів кореляційного аналізу і теорії графів одержані рівняння регресії, що дозволяють прогнозувати довговічність одержаних покриттів.

Реалізація результатів роботи. Основні результати роботи перевірені у виробничих умовах і використовуються на ряді підприємств України: Хмельницький м'ясокомбінат, Хмельницький завод АДВІС-Запчастина, ВАТ Тернопільський комбайновий завод, Кам'янець-Подільський цукрозавод, Тернопільський завод безалкогольних напоїв та інші. Розроблені методики оцінки кавітаційно-ерозійної стійкості металів і захисних покриттів використовуються в Київському НВО “Харчомаш”, фізико-механічному інституті ім. Г.В. Карпенка НАН України при виборі і створенні нових зносостійких матеріалів і покриттів.

Одержані результати використовуються у навчальному процесі Українського державного університету харчових технологій (м. Київ), Технологічного університету Поділля (м. Хмельницький) та в Тернопільському приладобудівному інституті.

Особистий внесок здобувача

- Виявлення, на основі аналізу і узагальнення сучасних результатів та даних власних досліджень, природи корозійно-механічного зношування та механізму його протікання, що стало основою для проведення експериментальних та аналітичних досліджень;

- розробка аналітичних моделей та основних рівнянь кавітаційно-ерозійного зношування матеріалів з врахуванням корозійної активності середовищ;

- обґрунтування, розробка та розвиток основних принципів і методик прогнозування зносостійкості поверхневих шарів матеріалів при їх корозійно-механічному зношуванні;

- дослідження, розробка та впровадження технологій зміцнення поверхонь шляхом інтенсифікації дифузійних процесів при ХТО;

- обґрунтування та розробка методик експериментальних досліджень та комплексного визначення стану поверхневих шарів матеріалів при їх контакті з середовищами-електролітами;

- участь у постановці та проведенні експериментальних досліджень, узагальнення їх результатів.

- перевірка результатів досліджень в виробничих умовах та впровадження їх у виробництво.

Окремі результати роботи одержані з використанням положень структурно-енергетичної теорії кавітаційно - ерозійного зношування металів, обговорювалися і уточнювалися з її автором Л. І. Погодаєвим, дістали подальший розвиток і доповнені положення нового розділу фізико-хімічної механіки КМЗ металів у середовищах харчових виробництв, започаткованих Г. О. Прейсом, М. А. Сологубом, О. І. Некозом. В роботі також використані наукові основи іонного азотування та обладнання для його реалізації розроблені В. Г. Каплуном.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та окремі розділи доповідались і обговорювались з 1982 по 1998 р. на 42 симпозіумах, науково-технічних конференціях і семінарах, з них 5 міжнародних, 9 всесоюзних, 10 республіканських та міжрегіональних, 18 регіональних та обласних, у т.ч. на: Міжнародному симпозіумі «Прочность материалов и элементов конструкций при звуковых и ультразвуковых частотах нагружения» (Київ, 1984); всесоюзній науково-технічній конференції «Новые материалы и технологии термической обработки металлов» (Київ, 1985); республіканській науково-технічній конференції «Повышение надежности и долговечности машин и сооружений» (Дніпропетровськ, 1985); всесоюзній науково-технічній конференції «Новые материалы и упрочняющие технологии на основе прогрессивных методов в термической и химико-термической обработке в автостроении» (Тольятті, 1986); всесоюзній науково-технічній конференції «Интенсификация технологических процессов механической обработки» (Ленінград, 1986); зональній науково-технічній конференції «Прогрессивные технологии упрочнения деталей машин и инструмента с применением источников с высокой концентрацией энергии» (Пенза, 1986); всесоюзному науково-технічному семінарі «Технология и оборудование для новых прогрессивных методов ХТО деталей тракторов и сельхозмашин» (Волгоград, 1988); всесоюзній науково-технічній конференції «Конструктивно-технологические методы повышения надежности и их стандартизация» (Тула, 1988); всесоюзній науково-технічній конференції «Повышение надежности и долговечности материалов и деталей машин на основе новых методов термической и химико-термической обработки» (Хмельницький, 1988); всесоюзній науково-технічній конференції «Новые материалы и ресурсосберегающие технологии термической и ХТО деталей машин и инструментов» (Махачкала, 1989); всесоюзній науково-технічній конференції «Износостойкость машин» (Брянськ, 1991); міжреспубліканській науково-технічній конференції «Качество и надежность узлов трения» (Хмельницький, 1992); ІІІ науково-технічній конференції «Розробка та впровадження прогресивних технологій та обладнання у харчову та переробну промисловість» (Київ, 1995); ІV міжнародній конференції з механіки неоднорідних структур (Тернопіль, 1995), ІІІ міжнародному симпозіумі українських інженерів-механіків (Львів, 1997).

Публікації. Основні положення і результати досліджень опубліковані в 87 роботах (у тому числі 1 монографія) і 3 авторських свідоцтвах на винаходи.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, семи розділів, основних висновків по роботі, списку цитованої літератури з 302 назв і 5 додатків, викладена на 289 сторінках основного та 433 сторінках повного тексту, містить 119 рисунків і 52 таблиці обсягом 144 сторінки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ містить обґрунтування актуальності теми та коротку анотацію змісту дисертації.

В першому розділі подано загальну характеристику середовищ харчової промисловості та проведено аналіз корозійно-механічного зношування деталей відцентрових насосів та іншого обладнання харчових виробництв. На основі знайдених параметрів надійності показано, що надійність і довговічність роботи насосів, які перекачують корозійно-активні середовища, насамперед, визначається зносостійкістю робочих коліс, вузлів ущільнення, а також корпусів і кришок. Аналіз довговічності робочих коліс відцентрових насосів показав, що інтенсивність їх відмов у кислих середовищах значно вища ніж у лужних і нейтральних. При цьому швидкість руйнування робочих коліс визначається коловою швидкістю, а акумуляційний період (час до початку руйнування) визначає час настання максимального (критичного) напруженого стану поверхневих шарів металу. Встановлено, що між і коловою швидкістю робочих коліс існує статистична залежність:

, (1)

де К, год. - залежить від типу насосу і робочого середовища, наприклад, К=2,5103 год. - для робочих коліс насосів СОТ-30 і К=5,3103 год. - для коліс насосів СОТ-150 в дифузійному сокові; в = і / mіn - відносна колова швидкість обертання коліс; mіn - мінімальна колова швидкість обертання; і -швидкість, що відповідає і зоні руйнування.

Аналіз та узагальнення характеру руйнування поверхонь тертя при наявності корозійно-активних середовищ на основі сучасних наукових досліджень та експериментальних даних дозволяє розглядати КМЗ металів як процес, в основі якого лежить втомно-електрохімічна природа. При терті різнорідних металів у КАС на фрикційному контакті виникає корозійний макроелемент, який характеризується величиною електродного потенціалу. Внаслідок імпульсного характеру процесів тертя можна виділити дві складові потенціалу: , де, - постійна і змінна частини електродного потенціалу відповідно. При цьому адсорбція контролюється встановленим потенціалом , а на локалізовану адсорбцію поверхнево-активних речовин (ПАР) значний вплив мають коливання потенціалу . Адсорбція приводить до суттєвого зниження поверхневих бар'єрів, що гальмують рух дислокацій і полегшується їх вихід на поверхню. Внаслідок гетерогенно - електрохімічної корозії виникаючі мікроелементи сприяють активному анодному розчиненню металу, особливо в місцях виходу дислокацій. Останнє сприяє полегшенню втомного руйнування в цих місцях. Таким чином КМЗ - це складний процес, в якому електрохімічні процеси відіграють роль каталізатора втомного руйнування. Тертя і кавітація, в свою чергу, активізують протікання електрохімічної корозії. При цьому необхідно підкреслити, що в роботі розглядаються і аналізуються процеси КМЗ не тільки в системі метал 1 + метал 2 + середовище (М1+М2+С), але і КМЗ в системі метал + середовище (М+С).

Критичний аналіз теорій кавітаційно-ерозійного зношування показав, що структурно-енергетична теорія зношування Л.І. Погодаєва в найбільшій мірі дозволяє дослідити кінетику та закономірності кавітаційного і абразивного зношування матеріалів. На базі цієї теорії, використовуючи рівняння неоднорідних суцільних середовищ в пружно-пластичній області та гідродинамічну теорію поширення ударних хвиль, отримано рівняння енергетичного балансу при деформації кінцевого об'єму зношуваного металу. Врахувавши термодинамічні процеси при зношуванні та уявивши зношуваний матеріал у вигляді гетерогенного середовища, яке складається з матриці в відносній кількості і більш пружних включень другої фази , так що , отримано рівняння зношування при циклічному мікроударному навантаженні:

, (2)

де VN - об'ємний знос після N циклів навантаження; е - коефіцієнт поглинання енергії металом; і - усереднена в об'ємі зношування критична і початкова густина потоку потужності деформації; f(N) - функція зміни числа ударів у часі; - швидкість удару; Eвн. - загальна затрачена енергія.

Величина , як показав аналіз експериментальних і теоретичних досліджень, може бути використана як критерій зносостійкості матеріалів:

, (3)

де - густина внутрішньої енергії матеріалів; кр - критична швидкість удару; - істинна питома енергія в зоні руйнування матеріалу; - коефіцієнт акумулювання внутрішньої енергії і рівномірність її розподілу в поверхневих шарах матеріалів.

Використавши вихідне рівняння інтенсивності кавітаційно-ерозійного зношування у вигляді

, (4)

де t=tі-ак; N=Nі-Nак і враховуючи нормальний закон розподілу кавітаційних імпульсів, одержимо рівняння інтенсивності кавітаційно-ерозійного зношування

, (5)

де k - коефіцієнт пропорційності, що залежить від частоти мікроударів; n=2 - при гідродинамічній і n=1,45 при вібраційній кавітації.

Інтегруючи залежність (5) і нехтуючи зносом на початковій стадії руйнування, одержуємо залежність об'ємного зношування від часу

, (6)



де Nак - число імпульсів за час ак; V0 - знос за час ак; h - відхилення випадкових динамічних напружень і від т (прийнято, що втомне руйнування матеріалу проходитиме в випадку перевищення періодично виникаючих напружень і границі текучості т, яка змінюється від початкового то до найбільшого значення в момент максимального накопичення енергії деформації, що відповідає Hmax на рис. 4); - інтеграл вірогідності, який свідчить про імовірність того, що довговічність T при заданій інтенсивності зношування за абсолютним значенням менша t, тобто .

Аналіз одержаних результатів вказує на можливість представлення інтенсивності зношування J0 в формулі (6) у вигляді степеневої і експоненціальної функції, а саме:

(7)

, (8)

де - густина потоку енергії кавітаційних імпульсів; m - показник степеня, що для більшості конструкційних матеріалів змінюється в межах від 0,67 до 2,0.

Вплив корозійних процесів на загальні втрати об'єму при значній перевазі механічного фактору руйнування можна врахувати , де kк = 1,0...1,1 - коефіцієнт корозії (визначений по даних досліджень на установці з магнітострикційним вібратором). При суттєвому впливі корозійного фактору зношування загальні втрати при руйнуванні розглядаються як сума втрат від дії механічного та корозійного факторів, тобто

Vзаг=Vмех+Vкор, або Gзаг=Gмех+Gкор. (9)



Отже, основні рівняння кавітаційно-ерозійного зношування (5...9) необхідно доповнити аналітичними залежностями корозійного фактору руйнування, що враховували б електрохімічні характеристики робочих середовищ.

В другому розділі на основі обстеження обладнання харчової промисловості вибрані матеріали для проведення досліджень, а також підібрані розчини, що моделюють нейтральні, кислі і лужні середовища харчових виробництв.

На основі аналізу літературних даних з врахуванням специфіки взаємодії матеріалів з середовищем, його електрохімічними характеристиками, відповідністю результатів досліджень експлуатаційним даним та можливістю порівняння результатів з даними досліджень, що проводяться в Україні та за кордоном, вибрано типи лабораторних установок для проведення досліджень при КМЗ матеріалів. Згідно цього було сконструйовано та виготовлено ряд стендів для проведення досліджень, а також розроблені методики проведення досліджень на них, що в сукупності дозволило реалізувати поставлені в роботі завдання. Порівняльній аналіз попередніх дослідних даних, зумовив остаточний вибір експериментальних стендів. В результаті кавітаційно-ерозійна стійкість матеріалів досліджувалась на установці з магнітострикційним вібратором (МСВ), на ударно-ерозійному стенді (УЕС) та з використанням у спрощеному варіанті гідродинамічної труби (ГТ). КМЗ матеріалів при терті - досліджувалось на установці торцевого тертя (рис. 1).

Аналіз процесів руйнування матеріалів отриманих на стендах (МСВ, УЕС і ГТ) дав можливість розробити конструкцію установки (А.с. СРСР № 1194470), яка споживає в 4 рази менше енергії при гомогенізації і емульгуванні молока порівняно з відомими аналогами.

Для розуміння процесів КМЗ матеріалів необхідно мати точні дані про співвідношення корозійного та механічного факторів руйнування в залежності від енергії зовнішньої дії середовища, його фізико-хімічних характеристик, складно-напруженого стану поверхні, виду її обробки тощо. Корозійний фактор руйнування визначали за величиною струму корозії згідно рівнянь Тафеля, з врахуванням омічного падіння напруження при наявності на поверхні металу окисних плівок або покриттів

, (10)

де b - коефіцієнт Тафеля; іn - струм поляризації; ік - струм корозії; R - опір приелектродного шару електроліту.

Оцінка відповідності одержаних параметрів поляризаційних кривих (ПК) експериментальним даним проводилась по величині середньоквадратичної похибки , де fje і fjт - відповідно експериментальні і теоретичні значення струму корозії при заданому значенні потенціалу; n - число експериментальних точок.

За параметрами b і R, що визначались на ЕОМ для групи ПК (звичайно 35), одержували дійсні ПК і екстраполяцією або за поляризаційним опором визначали швидкість корозії. Різниця втрат мас, визначених гравіметричним і електрохімічним способами, не перевищує 7%.

Дослідження кількісної оцінки корозійного фактору руйнування, на основі створеної методики, дозволило розробити спосіб визначення відносної кавітаційно-ерозійної стійкості металів в КАС. Спосіб грунтується на інтенсифікації корозійних процесів анодною поляризацією. Змінюючи амплітуду коливань МСВ і струм поляризації, відповідно можна керувати співвідношенням корозійного і механічного фактору руйнування. Цим самим забезпечується можливість отримання показників кавітаційно-ерозійної стійкості металів в лабораторних умовах, близьких до аналогічних показників, що отримані в умовах експлуатації деталей обладнання, і на цій основі виконувати розрахунки для прогнозування їх довговічності. Крім того, на цій же ідеї грунтується і спосіб дослідження кавітаційно-ерозійної стійкості корозійностійких матеріалів (А.с. СРСР №1569668). Величина струму анодної поляризації визначається за формулою: , де m=1,2...1,4 - показник степеня, визначений експериментально; ік - густина струму корозії досліджуваного матеріалу; Kпідс. - значення прискорення величини об'ємного зношування на установці з МСВ порівняно з умовами експлуатації (). Запропонований спосіб дослідження кавітаційно-ерозійної стійкості металів дозволяє в 3 рази скоротити час, необхідний для проведення досліджень.

В багатьох випадках існуючі методики визначення довговічності захисних покриттів (термодифузійних, гальванічних, полімеркомпозиційних та інших) за втратами маси не забезпечують необхідної точності вимірювання і достовірність одержаних даних. Тому для оцінки характеристики зносостійкості покриттів введено новий параметр - довговічність покриття д , яка визначається на основі швидкості руйнування та електрохімічних вимірювань (рис. 2).

Для комплексної оцінки захисних властивостей покриттів їх суцільність контролювалась на основі критерію Піллінга-Бедворта , де M'-M - зміна маси при ХТО, а ' - густина покриття. Однак суцільність покриття може бути порушена наявністю в ньому мікропор. Мікропористість оцінювали за величиною сумарного корозійного струму згідно методики, розробленої І.О. Розенфельдом і Л.В. Фроловою. Наприклад, для визначення захисних властивостей хромових покриттів у розчинах хлориду натрію, знімали в них катодну ПК і на неї наносили стаціонарні потенціали зразків з покриттями різної товщини, за якими визначали струми корозійних елементів системи покриття-метал. Із зменшенням величини цих струмів мікропористість та інші мікродефекти зменшуються (рис. 3).

В цьому розділі подані також технології термодифузійного хромування, іонного азотування, термічної і термоциклічної обробок, а також методика визначення залишкових напружень після ХТО з врахуванням модуля пружності матеріалу, що залишається в процесі травлення зразка.

В третьому розділі на основі проведених досліджень розвинені і розширені основні положення нового розділу ФХММ - фізико-хімічної механіки кавітаційно-ерозійного зношування (КЕЗ) матеріалів в середовищах харчових виробництв, започаткованої О.І. Некозом.

Методом феромагнітного резонансу (ФМР) встановлено циклічний характер зміни міцності поверхневих шарів металів при КЕЗ, а також вперше показано вплив концентрації розчину на кінетику зміни їх енергоємності (рис. 4).

Оскільки H лінійно залежить від густини дислокацій, то питома енергоємність поверхневих шарів матеріалів визначається енергією дислокацій, що беруть участь в процесах деформування і руйнування , а інтенсивність зношування

(11)

де K1, K2 - коефіцієнти пропорційності; Hmax, Hmіn - максимальне і мінімальне значення амплітуди коливань ліній ФМР (H) за один цикл; н і - відповідно, періоди зміцнення і всього циклу зміцнення-руйнування (по кривих на рис. 4).

Отже, встановлено, що КАС, сприяючи виходу дислокацій на поверхню, зменшують енергоємність поверхневих шарів металів і їх зносостійкість при КЕЗ.

Одержано дані про корозійну стійкість металів і сплавів у розчинах хлориду натрію залежно від його концентрації. Досліджено електрохімічну поведінку матеріалів, визначені струми корозії та інтенсивність зношування металів залежно від енергії зовнішньої взаємодії з середовищем (амплітуди коливань МСВ) і корозійної активності середовища при КЕЗ. Встановлено, що за характером зміни ПК при КЕЗ в розчинах хлориду натрію досліджені матеріали умовно можна розділити на три групи: 1) метали з низькою корозійною стійкістю (на ПК, знятих в статичних умовах, відсутня дільниця пасивного стану); 2) метали з задовільною корозійною стійкістю (на ПК, знятих в статичних умовах, є дільниці пасивного стану, але вони відсутні при кавітації); 3) метали з високою корозійною стійкістю (на ПК, знятих в статичних умовах і при кавітації, зберігаються дільниці пасивного стану).

На основі аналізу ПК знайдені межі застосування різних сплавів для виготовлення деталей обладнання харчових виробництв.

Проведені дослідження дозволили на базі даних електрохімічних вимірювань прогнозувати кавітаційну стійкість матеріалів, тобто встановити взаємозв'язок між корозійною та кавітаційною зносостійкістю

, (12)

де C і n - дослідні коефіцієнти.

Встановлено, що для цілого ряду матеріалів (крім сталі 12Х18Н10Т) в умовах інтенсивного кавітаційного руйнування в нейтральних середовищах можна користуватися залежністю

.

В той же час рівняння (12) дозволяє оцінити вплив корозійної активності рідин на кавітаційно-ерозійну стійкість матеріалів при зміні концентрації хлориду натрію у воді від 0 до 3 %. З метою практичного використання цієї залежності для ряду матеріалів знайдені коефіцієнти пропорційності С та показники степені n.

При цьому обємний знос в морській воді (3% розчин NaCl) приблизно в 1,85 раз більший, аніж в прісній (), а коефіцієнт відносної ерозійної стійкості матеріалів, порівняно з еталонами (сталь 25Л і Fe-) не міняється . Останнє дозволяє визначати масовий або об'ємний знос досліджуваного матеріалу в морській воді при відомому зносу еталонного матеріалу в морській воді, тобто:

(14)

Наведені дані по відносній ерозійній стійкості в морській воді основних матеріалів, що використовуються при виготовленні насосів, гвинтів морських суден тощо.

На основі положень структурно-енергетичної теорії зношування, кінетичної теорії міцності С.М. Журкова і кінетики хімічних реакцій проведено аналіз співвідношення інтенсивності корозійного і механічного факторів руйнування

, (13)

де A і B - константи, що залежать від умов випробування, a - амплітуда коливань МСВ.

З графіків залежності відносного зносу від амплітуди коливань МСВ (рис. 5), які аналогічні кривим поверхневої втоми, витікає, що вони можуть мати три чітко розмежовані дільниці:

1) дільниця інтенсивного корозійно-втомного руйнування з переважаючим впливом корозійних процесів (пружна зона, a5 мкм);

2) дільниця багатоциклового поверхневого корозійно-втомного руйнування при суттєвому впливу корозії на сумарний механо-хімічний знос (пружна зона, a=5...20 мкм);

3) дільниця інтенсивного малоциклового руйнування при несуттєвій ролі корозійного фактору (зона переважно пластичної деформації, a20 мкм). Тому єдиною залежністю описати весь діапазон навантажень неможливо, але є можливість отримати залежності інтенсивності зношування на зазначених дільницях, враховуючи корозійний та механічний фактори руйнування і енергію зовнішньої дії рідини на поверхню (амплітуда коливань), що показано на рис. 5.

Розглядаючи процеси КЕЗ з позицій кінетичної теорії міцності та структурно-енергетичної теорії зношування, одержимо:

, (15)

де - критичне значення коефіцієнту інтенсивності напруження при заданому рівні локального напруженого стану; Kз - те ж, що відповідає початковому енергетичному рівню; 0, C1 і C2 - дослідні коефіцієнти; k - постійна Больцмана; Va - елементарний обєм руйнування; - швидкість потоку рідини; * - густина потоку потужності дії на метал з боку рідини; Q - енергія активації реакції; p - залишковий тиск; V* - мольний об'єм; R - універсальна газова постійна; T - температура; m=3 - багатоциклове і m=1 - малоциклове навантаження.

При КЕЗ з переважаючим впливом механічного фактору руйнування:

, (16)

де ; kк - коефіцієнт, що враховує вплив активності середовища.

Враховуючи результати подані на рис. 5, залежність загального зношування від амплітуди коливань можна представити у вигляді



, (17)

де С=1 і m=3 при багатоцикловому і С=2, а m=1 при малоцикловому навантаженні.

Встановлені закономірності зношування з врахуванням корозійних процесів, зокрема ідентичність рівнянь (16) і (17) підтверджують правомірність моделювання процесів кавітаційного руйнування матеріалів з позиції кінетичної теорії міцності твердих тіл і кінетики протікання електрохімічних реакцій.

Відповідно до виразу (16) залежність зношування від критерію зносостійкості матеріалів має вид. Дослідні дані автора та обробка результатів інших авторів свідчить про можливість одержання єдиної експоненціальної залежності швидкості кавітаційного руйнування матеріалів залежно від відносної енергоємності їх поверхневих шарів (рис. 6).

(18)

Отримані результати свідчать про правомірність застосування структурно-енергетичної теорії для аналізу процесів кавітаційно-урозійного зношування матеріалів в корозійно-активних середовищах.

Узагальнення багаточисельних експериментальних результатів КЕЗ матеріалів в КАС, електрохімічні дослідження, аналітичний аналіз даних випробувань дозволили розробити і експериментально підтвердити прискорений метод оцінки відносної ерозійної стійкості металів з врахуванням корозійного фактору руйнування. Практична реалізація ідеї такої оцінки полягає в досягненні рівності відношення загального зносу до корозійного в лабораторних і натурних умовах і може бути представлена у вигляді схеми:

, (17)

де Wлаб і Wнат - густина потужності зовнішньої енергії рідини, відповідно, в лабораторних та натурних умовах.

Перехід від при незмінній Wлаб здійснювали за рахунок збільшення швидкості корозійних процесів шляхом анодної поляризації, а рівність коефіцієнтів та при WлабWнат і рівних коефіцієнтах kB досягається експериментально-аналітичним підбором амплітуди коливань МСВ.

В четвертому розділі шляхом аналізу механізму КЕЗ і літературних даних визначені перспективні методи та способи підвищення КЕЗ матеріалів у КАС: термодифузійне хромування, іонне азотування і нанесення полімеркомпозиційних покриттів.

Дослідження впливу термоциклічної обробки (ТЦО) на КЕЗ вуглецевих сталей, проведених “маятниковим” та середньо температурним способом, показали неефективність застосування термоциклювання для підвищення довговічності деталей обладнання при їх КЕЗ.

Вивчено характер і механізм КЕЗ полімеркомпозиційних покриттів на основі епоксидних смол та нітрильного каучуку із наповнювачем, що складається з суміші тугоплавких з'єднань у КАС. Визначено межі оптимального співвідношення між матрицею і наповнювачем, що дозволяє, як показали виробничі випробування, в 2 рази підвищити довговічність роботи робочих коліс і в 5 раз довговічність корпусів і кришок насосів, що перекачують кислоти, стабілізувати їх гідродинамічні характеристики та значно скоротити витрати на ремонт. Показано, що підвищення довговічності деталей обумовлене підвищенням корозійної стійкості (в 1,5...2 рази) і демпфуючими властивостями покриттів.

Досліджено вплив іонного азотування і термодифузійного хромування в порошках на КЕЗ вуглецевих сталей і сірих чавунів у розчинах хлориду натрію. Встановлено, що в результаті іонного азотування їх зносостійкість підвищується в 5...9, а після хромування - в 4...6 разів. Показано, що підвищення зносостійкості деталей після іонного азотування обумовлене утворенням нітридного і дифузійного шарів, які суттєво підвищують механічні характеристики, зокрема втомну міцність і корозійну стійкість. Кавітаційна стійкість хромованих покриттів в основному визначається глибиною карбідної зони, величиною і характером розподілу залишкових напружень стиску. ТЦО хромованих покриттів знижує їх кавітаційну стійкість. Виробничі випробування підтвердили результати лабораторних досліджень.

Показана ефективність і перспективність імпульсного лазерного зміцнення сплавів алюмінію в результаті якого швидкість кавітаційного руйнування дюралюмінію Д16 в морській воді зменшується в 1,5 рази.

Для одержання максимальної величини зносостійкості деталей ефективне обєднання різних способів зміцнення поверхневих шарів. Так, плазмове напилювання вуглецевих сталей нержавіючою хромонікелевою сталлю 12Х18Н10Т і наступне термодифузійне хромування дозволяє одержати поверхневі шари, які за кавітаційно-ерозійною стійкістю в КАС майже не поступаються сталі 12Х18Н10Т.

В п'ятому розділі на основі розробленого способу інтенсифікації дифузійних процесів при ХТО металів і сплавів, що включає наводнювання перед ХТО (електролітичним - при катодній поляризації; хімічним - при взаємодії з кислими середовищами, а також з розчинами, що містять сірководень; іонно-плазмовим способами) розглянуто принципово нові технології зміцнення деталей машин та їх вплив на властивості поверхонь.

Електролітичне наводнювання зразків проводили катодною поляризацією платиновим анодом, а деталей - анодом з нержавіючої сталі в 26 %-му розчині H2SO4 від джерела постійного струму. В результаті попередніх досліджень визначені межі можливої оптимізації режимів наводнювання і після реалізації повного факторного експерименту другого порядку одержані рівняння регресії:

h=32,75+2,00+2,75 (сталь 20); h=176,5-5,0+8,5

(сталь 45); h=51,15+1,20+2,70 (СЧ18),

де h, мкм - глибина карбідної зони хромованого шару; , мА/мм2 - густина струму поляризації; , хв - час поляризації.

Методом крутого сходження по градієнту знайдено оптимальні режими наводнювання матеріалів, що забезпечують максимальну глибину карбідної зони: і=2 мА/мм2, =40 хв. - для вуглецевих сталей та і=1,5 мА/мм2, =45 хв. - для чавунів.

У порівнянні з традиційними способами хромування глибина карбідної зони на сталях 45, 20 і чавуні СЧ18 збільшилась відповідно в 5,8; 3,4 і 1,5 рази (А.с. СРСР 1277633).

Дослідження впливу властивостей хромових покриттів на їх КЕЗ в розчинах хлориду натрію за допомогою кореляційного аналізу даних дозволило одержати рівняння регресії, що встановлюють взаємозв'язок між вивченими властивостями: д - довговічність покриття, h - глибина карбідної зони, ік - сумарні струми корозійних елементів на поверхні покриття, - залишкові напруження стиску, Vp - швидкість руйнування, Gз - втрати маси за 3 години випробувань.

Застосування положень теорії графів та рішення методом визначення ітерованої сили “задачі про лідера” дозволило встановити, що вивчені властивості за ступенем впливу на КЕЗ розміщуються в ряд: h, Gз, ік, Vp. На цій основі розроблено схеми прогнозування властивостей хромових покриттів по h і ік, що найбільш легко визначаються експериментально.

Застосування методів математичної статистики дозволило знайти оптимальні режими наводнювання і в результаті зносостійкість при КЕЗ в нейтральних середовищах вуглецевих сталей і чавунів збільшилась в 10...25 разів порівняно з нормалізацією.

Дослідження показали, що наводнювання вуглецевих сталей у середовищі сірководню та наступна їх електроіскрова обробка дозволяє в 1,2 …1,5 рази підвищити кавітаційну стійкість цих сталей, понизити на 15...20% коефіцієнт тертя та в 2,5 рази інтенсивність зношування в кислих середовищах, що в 3...5 разів підвищує довговічність роботи деталей машин. За даними заводу “Цукоргідромаш” застосування розробленого способу зміцнення робочих коліс дозволить скоротити їх потребу в Україні на 300 одиниць.

Універсальність розробленого способу інтенсифікації дифузійних процесів підтверджено також наводнюванням матеріалів та деталей у плазмі тліючого розряду в середовищі аргону і водню. Застосування розробленого способу іонного азотування (А.с. СРСР №1324334) дозволяє в 1,5...1,9 рази підвищити глибину нітридної зони та відповідно в 1,45...1,6 разів збільшити зносостійкість сталей і чавунів порівняно з відомим способом азотування.

У шостому розділі в результаті аналітичних та експериментальних досліджень процесу іонного азотування вивчено будову, фазовий склад, встановлені закономірності зміни параметрів кристалічної гратки і концентрації азоту в залежності від параметрів азотування.

Рентгеноструктурним аналізом встановлено, що незалежно від складу газової атмосфери в поверхневих шарах утворюються (Fe2-3N), (Fe4N) і -фази. При цьому фазовий склад і співвідношення між фазовими структурами можна регулювати шляхом зміни параметрів азотування (рис. 7). Аналіз одержаних залежностей показує, що найбільш суттєво впливає на кількість утворення тієї чи іншої фази температура іонного азотування. Так, з її підвищенням зменшується кількість -фази (рис. 7, а) і одночасно підвищується кількість та -фаз (рис. 7, б, в). Із збільшенням азотного потенціалу насичуючої суміші та її тиску збільшується кількість -фази і зменшується кількість -фази. При цьому концентрація азоту і тиск суміші не впливають на вміст -фази (рис. 7, в), кількість якої контролюється лише температурою процесу. Враховуючи значну різницю фізико-хіміко-механічних властивостей структурних фазових складових азотованих поверхонь і можливість регулювання їх кількості і співвідношення між ними, зявляються широкі можливості одержання азотованих поверхонь із заданими експлуатаційними властивостями.

Найбільший вплив на зносостійкість азотованих поверхонь має зона внутрішнього азотування. На основі теорії дислокацій показано, що зміцнення при формуванні зон внутрішнього азотування є результатом гальмування дислокацій виділеннями нітридів заліза і легуючих елементів.

Тому на основі моделей Орована (для некогерентних) і Мотто-Набарро (для когерентних виділень) розраховано ступінь зміцнення зон внутрішнього азотування при широких межах зміни розмірів нітридних частинок 5...100 нм і відстані між їх центрами 5...200 нм, а також в залежності від обємної долі нітридів, що виділяються, та їх природи (рис. 8). Розрахунки показують, що теоретично ступінь зміцнення за рахунок керування морфологією і геометрією виділення нітридних фаз в зонах внутрішнього азотування може досягати до 5000 МПа. Так, із рис. 8 видно, що для збільшення ступеня зміцнення по напруженнях зсуву матриці вуглецевих сталей 20 і 45 в 3 рази необхідно зменшити дисперсність нітридних частинок в 2 рази. При цьому, зміцнююча дія нітридів більшості легуючих елементів (Tі, Cr, Zr, W та інших) приблизно однакова (прямі 1, 2 на рис. 8). Найбільший ефект проявляється при зміцнюючій дії дисперсних частинок карбіду вольфраму (пряма 3 на рис. 8). Теоретичний розрахунок на базі моделі Мотто-Набарро також вказує на ефективність зміцнюючої дії карбідних фаз легуючих елементів типу (Fe, Me)n(NC) або (Fe,Me)n(NCO), тобто карбонітридних і карбооксинітридних фаз.

Для одержання покриттів з максимальними характеристиками міцності досліджено вплив параметрів іонного азотування на величину і характер розподілу залишкових напружень стиску. Наприклад, для сталі 45Х максимальна величина залишкових напружень

y=418,13-28,63X1+6,13X2+2,13X3, (19)

де X1 - температура, Х2 - вміст азоту, Х3 - тиск насичуючої суміші при азотуванні.

Отже, найбільший вплив на величину залишкових напружень стиску має температура азотування, з підвищенням якої вони зменшуються. Збільшення азотного потенціалу газової суміші та її тиску дещо збільшує величину залишкових напружень. При цьому максимальні напруження одержані при азотуванні в атмосфері 75% N2+25% Ar, що пояснюється характером зміни параметрів кристалічної гратки.

Проведені корозійні та єлектрохімічні дослідження показали, що в кислих середовищах опір корозії азотованих шарів зменшується із збільшенням вмісту вуглецю основи і ступеню легованості матриці, а в нейтральних і лужних, навпаки, збільшується. Встановлено також, що нітридна зона практично не впливає на опір корозії в кислих середовищах, що пояснюється гетерогенним механізмом розчинення азотованих поверхонь і із збільшенням ступеню легованості та вмісту вуглецю в матриці збільшується кількість мікрогальванопар, що сприяють прискоренню корозійних процесів. При контакті азотованих поверхонь з лужними і нейтральними середовищами утворюються захисні плівки гідрооксидного характеру, що різко гальмують корозійні процеси майже до їх повної зупинки.

Для збільшення корозійної стійкості азотованих поверхонь розроблено комбінований режим азотування: на першій стадії насичення проводиться на протязі 3 год. при температурі 793 К, тиску 265 МПа в азото - аргонній суміші (75 % N2 + 25 % Ar), а на другій - в газовій суміші (90 % N2 +10 % пропану) на протязі 1 год. при незмінних температурі і тиску. В результаті корозійна стійкість поверхонь збільшується в 1,4...1,9 разів.

В загальному випадку при взаємодії дислокацій з вільною поверхнею розглядається відношення сил дзеркального відображення (сили, що виштовхує дислокації на поверхню до сили, що перешкоджує виходу дислокацій на поверхню):

, (20)

де G - модуль зсуву; b - вектор Бюргерса; - поверхнева енергія сходинки при виході дислокації на поверхню; c=4 числовий коефіцієнт для залізної матриці.

З іншого боку, оскільки електродний потенціал визначає термодинамічний стан системи метал - середовище, справедливо

, (21)

де - зміна електродного потенціалу; u - термодинамічний потенціал поверхневого шару; k=2 - числовий коефіцієнт для заліза; F - стала Фарадея.

Як відомо, замість u можна використати величину енергії пружних спотворень кристалічної гратки з дислокаціями, тобто «u. З врахуванням формул (20) і (21) одержимо:

(22)

Згідно формули (22) в кислому середовищі для заліза g=2,36, а для азотованих поверхонь g=12,5. Тобто на початковому етапі корозійної взаємодії кислого середовища з азотованою поверхнею сили виштовхування значно перевищують сили притягування дислокацій порівняно з неазотованими поверхнями. В подальшому потенціальна енергія зменшується, але можливість структурної перебудови в залежності від зміни умов контакту зберігається, так як g>5.

Показано, що висока “гнучкість” пристосування азотованих поверхонь до умов навантаження на фрикційному контакті пояснюється умовою мінімізації відношення E/A, де E - внутрішня енергія пружних спотворень гратки з дислокаціями, а A - робота зовнішніх сил тертя. При цьому механізм мінімізації може бути різним: стабілізація КМЗ може проходити як за рахунок утворення на поверхні міцних захисних плівок, так і за рахунок підвищення ефективності дії бар'єрного ефекту «debrіs-шару».

Втомний характер руйнування металів при КМЗ в КАС харчових виробництв визначає необхідність вивчення їх втомних характеристик у цих середовищах. Встановлено, що найбільший вплив на малоциклову і багатоциклову втому має температура азотування. З її збільшенням вони знижуються. При амплітудах деформації 2,5% для азотованої і 4% для поліпшеної сталі 45Х вплив середовища не виявляється. Для підвищення малоциклової довговічності металів в КАС застосування азотування ефективне при 0,25%. Багатоциклова довговічність в результаті азотування підвищується до 40%.

За допомогою лінійних моделей, одержаних на основі методів математичної статистики, проведена оцінка комплексу властивостей сталей в дифузійному сокові від температури азотування (tC), вмісту азоту в газовій атмосфері (, %) та її тиску (p, Па):

y1=15,8000-0,0250t+0,0070+0,0006p;

y2=15,8400-0,0200t+0,0050+0,0004p; y3=-803,50+1,83t;

y4=-41,440+0,094t+0,030-0,003p; y5=43,350-0,065t+0,003p;

y6=1586,50-2,86t+1,23+0,03p;

y7=-184,000-0,900t+0,200+0,037p;

y8=-30,500+0,100t-0,060-0,005p,

де y1 - число циклів до появи тріщини 0,5 мм при багатоцикловій N107 і y2 - до руйнування при малоцикловій n103 довговічності; y3, мкм - глибина азотованого шару h; y4, мкм - глибина нітридної зони hN; y5, ГПа -мікротвердість поверхні HV1; y6, МПа - залишкові напруження стиску ; y7, мВ - електродний потенціал поверхні ; y8, г/м2год - швидкість корозії к.

Використовуючи лінійні моделі (23), можна прогнозувати вплив параметрів іонного азотування на властивості азотованих поверхонь.

Внаслідок високих змащувальних властивостей цукрози 15% її добавка, наприклад, до дистильованої води або модельного кислого розчину підвищує стійкість при КМЗ азотованих матеріалів в 1,4...4,3 рази порівняно з поліпшеними.

Встановлено також зниження температури тертя азотованих поверхонь порівняно з неазотованими, а також проведено аналіз зміни співвідношення корозійного і механічного факторів руйнування матеріалів залежно від умов навантаження фрикційного контакту.

В сьомому розділі досліджено корозійну стійкість, електрохімічну кінетику і КМЗ незміцнених та іонно-азотованих матеріалів у кислих, лужних і нейтральних середовищах харчових виробництв. Встановлено, що внаслідок наявності інгібіторів, ПАР, клітчатки корозійна стійкість і КМЗ матеріалів у робочих середовищах харчової промисловості збільшується порівняно із стійкістю в модельних розчинах.

Визначено межі оптимізації режимів азотування і після реалізації повного факторного експерименту одержані наступні лінійні моделі для процесу азотування:

J1=214,1400+0,2640t-0,3220-0,0156p; (24)

J2=390,143-0,460t-0,226-0,013p, (25)

де J1, J2, мкм - лінійний знос відповідно в дифузійному сокові та у вапняному молоці; і , % об. - вміст азоту і пропану в газовій атмосфері; p, Па - її тиск; t, С - температура азотування.

Наступне круте сходження по градієнту дозволило знайти оптимальні режими азотування і підвищити відносну зносостійкість стальних деталей в дифузійному сокові в 2...3, вапняному молоці - в 7...9, конденсаті випарних апаратів в 8...13, транспортно - миючій воді - в 2...6 разів.

Для оцінки властивостей азотованих матеріалів одержані лінійні кореляційні рівняння, що встановлюють взаємозв'язок між параметрами азотованих поверхонь. Особливу цікавість становить визначення ряду властивостей по найбільш легко знаходжуваній характеристиці - мікротвердості HV1:

...