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

Vк=30,34-1,10HV1, г/м2год; -=142,76+37,76HV1, Гпа;

-=723,94-5,41HV1, мВ; N=(-1,175+0,378HV1)107 цикл.

Як показали розрахунки, різниця між аналітичними і експериментальними значеннями характеристик знаходиться в межах 3...5%.

Проведена промислова перевірка результатів аналітичних і експериментальних досліджень КМЗ азотованих деталей в кислих, лужних і нейтральних середовищах харчових виробництв на прикладі бурякорізних ножів, захисних втулок насосів СОТ, причіпних пальців ланцюгів бурякоелеваторів тощо.

Встановлено, що тривалість експлуатації азотованих бурякорізних ножів збільшилась в середньому в 1,4 рази при одночасному поліпшенні якості бурякової стружки, а зносостійкість азотованих захисних втулок насосів СОТ-100 в дефекованому сокові збільшується в 4, в сатурованому і сульфітованому соках в 6...6,5 за перший і до 5 разів за другий сезон експлуатації. У вапняному молоці зносостійкість втулок збільшилась за перший сезон роботи в 6,2, а при експлуатації в нейтральних середовищах (конденсат випарних апаратів) за два сезони в 4...7 разів.

Довговічність причіпних пальців виготовлених із сталей 45Х і 38Х2М10ЮА підвищується в 3 рази. Зносостійкість цих пальців в 5...7 разів вища, аніж зносостійкість пальців із сталі 20, яка переважно використовується в ланцюгах бурякоелеваторів.

ВИСНОВКИ

1. В результаті теоретичних та експериментальних досліджень процесів корозійно-механічного зношування поверхневих шарів металів в корозійно-активних середовищах розроблені принципи оцінки зносостійкості та прогнозування довговічності деталей обладнання, запропоновані сучасні технології зміцнення, які апробовані та впровадженні в виробництво. Розширені та поглиблені теоретичні положення нового розділу фізико-хімічної механіки матеріалів - фізико-хімічної механіки КЕЗ матеріалів в середовищах харчових виробництв.

2. Показано, що руйнування при терті, ерозії, кавітаційній ерозії в КАС є різновидом КМЗ, яке має однакову втомно-електрохімічну природу при суттєвій ролі середовища. Аналіз і узагальнення даних проведених досліджень дозволили розробити схему КМЗ металів в КАС - електролітах, яка є основою при проведенні аналітичних і експериментальних досліджень.

3. На основі структурно-енергетичної теорії зношування та гідродинамічної теорії поширення ударних хвиль отримані основні вихідні рівняння кавітаційно-ерозійного руйнування металів, що дає можливість розрахувати інтенсивність зношування при переважаючій ролі механічного фактору руйнування.

4. Потенціостатичний метод дослідження електрохімічних процесів при КМЗ металів дозволив розробити удосконалену методику кількісного визначення корозійного фактору руйнування шляхом комп'ютерної обробки ПК. На основі цієї методики запропоновано спосіб дослідження гідроерозійної стійкості металів (А.с. №1569668).

5. Розроблено методики оцінки довговічності захисних полімерних, полімеркомпозиційних і термодифузійних покриттів при КМЗ, які дозволяють науково обгрунтовано підходити до вибору і розробки нових композиційних покриттів з оптимальним співвідношенням наповнювачів в залежності від енергії зовнішньої дії середовища і його електрохімічних характеристик, а також при призначенні виду ХТО, розробці та дослідженню нових технологій і способів ХТО.

6. З позицій фізико-хімічної механіки матеріалів вивчено характер руйнування поверхневих шарів металів і сплавів і вплив на інтенсивність КМЗ технологій зміцнення, насамперед термодифузійного хромування і іонного азотування в КАС - електролітах. Методом ФМР показано циклічний характер руйнування поверхневих шарів металів в нейтральних КАС. Вивчено поведінку цих шарів в залежності від концентрації розчинів, зміни енергоємності і дислокаційної структури. Одержано аналітичну залежність співвідношення корозійного і механічного факторів руйнування від енергії зовнішньої дії і електрохімічних характеристик поверхні, що лягла в основу аналітичних методів оцінки зносостійкості поверхонь деталей при їх мікроударному навантаженні.

7. Комплекс проведених досліджень дозволив встановити взаємозв'язок між корозійною та кавітаційно-ерозійною стійкостями матеріалів і одержати аналітичні залежності КЕЗ з врахуванням корозійної складової руйнування.

8. Логічним завершенням проведених досліджень стала розробка прискореного методу оцінки відносної зносостійкості матеріалів при КЕЗ, що дозволяє на базі результатів лабораторних досліджень прогнозувати довговічність деталей в умовах експлуатації.

9. Розроблено новий спосіб інтенсифікації процесів ХТО металів і сплавів, що включає наводнювання поверхонь перед ХТО електролітичним (А.с. СРСР №1277633), іонно-плазмовим (А.с. СРСР №1324334) та хімічним способами. Вивчено корозійні, електрохімічні та трибологічні характеристики хромованих, азотованих та зміцнених електроіскровою обробкою поверхневих шарів матеріалів і в результаті лабораторних і виробничих випробувань показано ефективність розробленого способу ХТО.

10. Встановлено фазовий склад, вплив легуючих елементів і вмісту вуглецю матриці, зміни параметрів кристалічної гратки залежно від параметрів іонного азотування на корозійну стійкість, електрохімічну поведінку, величину і характер розподілу залишкових напружень стиску, мікротвердість, малоциклову і багатоциклову втомну міцність при контакті азотованих поверхонь з КАС харчових виробництв.

11. Проведено розрахунок зміцнення зон внутрішнього азотування на базі моделей Орована і Мотто-Набарро, що вказує на можливість розробки нових технологій іонного азотування, які забезпечують одержання дифузійних шарів з максимальними характеристиками міцності та пластичності як за рахунок легування матриці основи, так і за рахунок морфології виділень нітридних і карбідних фаз.

12. Показано, що висока «гнучкість» пристосування азотованих шарів до зміни зовнішніх умов навантаження (електрохімічної активності середовища, тиску і швидкості ковзання на фрикційному контакті, температури середовища і т.д.) пояснюється функціональною поведінкою «debrіs - шару» та умовою мінімізації відношення E/A.

13. Виконано оптимізацію режимів азотування, які забезпечують підвищення зносостійкості матеріалів при КМЗ у дифузійному сокові - в 2...3, в вапняному молоці - в 2...6 і в конденсаті випарних апаратів - в 8...13 разів.

14. Вперше проведена комплексна перевірка результатів досліджень на відцентрових насосах з іонно - азотованими робочими колесами в нейтральних і лужних середовищах; термодифузійно - хромованими, по розробленому способу, в кислих середовищах; іонно - азотованими захисними втулками, азотованими валами і захищеними полімер композиційними покриттями корпусів і кришок насосів у всіх середовищах показала, що довговічність їх роботи збільшується в 3...7 разів. Впровадження в виробництво технології зміцнення іонним азотуванням ряду деталей обладнання харчової промисловості дало можливість збільшити їх довговічність в 1,4...7 разів.

Список основних опублікованих праць здобувача за темою дисертації

1. Сухенко Ю.Г., Некоз О.І., Стечишин М.С. Технологічні методи забезпечення довговічності обладнання харчової промисловості. - К.: Елерон, 1993. - 108 с.

2. Стечишин М.С. Энергетические характеристики кавитационного изнашивания металлов и возможности осуществления кавитационно-абразивной обработки//Вибрации в технике и технологии. - 1997.- № 1(4) - C. 16-21.

3. Стечишин М.С. Способ исследования кавитационно-эрозионной стойкости коррозионно-стойких металлов и сплавов//Актуальні проблеми техніки і суспільства: Зб. статей. - Хмельницький: ТУП, 1996. - Вип. 2.-С.127-129.

4. Стечишин М.С., Рудык А.Е. О коррозионно-механическом изнашивании металлов в агрессивных средах-электролитах // Проблеми сучасного машинобудування .- Хмельницький, 1996.-С. 113-114.

5. Стечишин М.С. Ускоренный метод оценки относительной износостойкости материалов при кавитационной эррозии//Проблемы трибологии.-1997.-№1 - C. 79-86.

6. Стечишин М.С. Анализ и исследование кавитационно-эрозионного изнашивания металлов в коррозионно-активных средах. Сообщение 1// Там же. - C. 87-93.

7. Стечишин М.С. Анализ и исследование кавитационно-эрозионного изнашивания металлов в коррозионно-активных средах. Сообщение 2// Проблемы трибологии.-1997.-№2 - C. 113-118.

8. Стечишин М.С. Анализ корозионно-механического изнашивания центробежных насосов пищевых предприятий // Проблемы трибологии .- 1997.-№3 .-С. 75-80.

9. Стечишин М.С. К механизму коррозионно-механического изнашивания металлов в средах-электролитах // Проблемы трибологии .- 1997.-№4 .-С. 23-28.

10. Методы повышения долговечности деталей оборудования, подверженных кавитационно-эрозионному изнашиванию / А . И. Некоз., Н.А., Сологуб, М.С. Стечишин, З. Кондрат //Пищевая промышленность. - 1984. - №2. - С.33-34.

11. Анализ соотношения коррозионного и механического факторов при кавитационно-эрозионном изнашивании /А.И. Некоз, Н.А. Сологуб, М.С. Стечишин, В.И. Белый //Физико-химическая механика материалов. - 1984. - Т.20, №2. - С.110-111.

12. Влияние ионного азотирования на кавитационно-эрозионную стойкость конструкционных сталей в солевых растворах / А.И. Некоз., В.Г. Каплун, М.С. Стечишин, Н.А. Сологуб //Пробл. трения и изнашивания: Респ. межвед. науч.-техн. сб. - 1984. - Вып. 25. - С.36-39.

13. Взаимосвязь процессов кавитационного изнашивания и коррозии металлов в коррозионно-агрессивных средах /А.И. Некоз, М.С. Стечишин, В.И. Белый, А.Н. Кудрик. //Там же. - С.39-44.

14. Некоз А.И., Стечишин М.С., Сологуб Н.А. Влияние термодиффузиционно-хромированных покрытий на кавитационно-эрозионную стойкость стали 45 в растворе NaCl//Пробл. трения и изнашивания: Респ. межвед. науч.-техн. сб. - 1984. - Вып. 26. - С.22-26.

15. Влияние остаточных напряжений в термодиффузионно-хромированных углеродистых сталях 20 и 45 на их кавитационно-эрозионную стойкость в 3%-ном растворе NaCl /А.И Некоз., М.С. Стечишин, А.И. Безыкорнов, Г. В. Маслова. //Там же. - С.26-29.

16. Влияние термодиффузионных хромированных покрытий на кавитационно-эрозионную стойкость чугуна СЧ18/А.И.Некоз, М.С.Стечишин, Н.А.Сологуб, А.Н Кудрик //Пробл. трения и изнашивания: Респ. межвед. науч.-техн. сб. - 1985. - Вып. 27. - С.43-48.

17. Некоз А.И., Стечишин М.С. Влияние остаточных напряжений после ионного азотирования углеродистых сталей на их кавитационно-эрозионную износостойкость в растворах хлористого натрия//Пробл. трения и изнашивания: Респ. межвед. науч.-техн. сб. - 1986. - Вып. 30. - С.41-43.

18. Влияние параметров ионного азотирования на выносливость стали 45Х в кислой среде /В. Г. Каплун, А.Е. Рудык, Я.Н. Гладкий, М.С. Стечишин// Физико-химическая механика материалов. - 1986. - Т.22, №5. - С.101-103.

19. Применение ионного азотирования для повышения долговечности прицепных пальцев цепи свеклоэлеватора / А.Е. Рудык, М.С. Стечишин, Н.А. Сологуб, В.А. Куликов //Сахарная промышленность. - 1987. - №11. - С.55-57.

20. Повышение кавитационно-эрозионной стойкости углеродистых сталей плазменным напылением с последующим термодиффузионным хромированием /А.Д. Клюк, Р.М. Медюх, А.И. Некоз, М.С. Стечишин и др.// Пробл. трения и изнашивания: Респ. межвед. науч.-техн. сб. - 1987. - Вып. 31.- С.66-68.

21. Рудык А.Е., Каплун В.Г., Стечишин М.С. Износостойкость стали 45Х в кислой среде в зависимости от температуры поверхности трения// Пробл. трения и изнашивания: Респ. межвед. науч.-техн. сб. - 1987. - Вып. 32. - С.63-66.

22. Некоз А.И., Стечишин М.С., Рудык А.Е. Оценка долговечности термодиффузионных покрытий при кавитационно-эрозионном изнашивании в электролитах//Заводская лаборатория. - 1988. - №8. - С.96-97.

23. Влияние кислорода на коррозионно-механическое изнашивание стали в коррозионо-активных средах./Н.А. Сологуб, В.Г. Каплун, А.Е. Рудык, М.С. Стечишин//Пробл. трения и изнашивания: Респ. межвед. науч.-техн. сб. - 1988. - Вып. 33. - С.62-66.

24. Рудык А.Е., Сологуб Н.А., Стечишин М.С. Оптимизация износостойкости стали в щелочной среде//Пробл. трения и изнашивания: Респ. межвед. науч.-техн. сб. - 1989. - Вып. 35. - С.16-19.

25. Стечишин М.С., Некоз А.И., Рудык А.Е. и др. Кавитационно-эрозионая стойкость дюралюминия после лазерной обработки//Пробл. трения и изнашивания: Респ. межвед. науч.-техн. сб. - 1990. - Вып. 37. - С.43-44.

26. Стечишин М.С., Некоз А.И., Погодаев Л.И. Закономерности кавитационно-эрозионного изнашивания металлов в коррозионных средах// Трение и износ. - 1990. - Т.11, №3. - С.454-463.

27. Стечишин М.С., Рудык А.Е., Снозык А.В. Повышение кавитационно-эрозионной стойкости сталей после ионного азотирования//Управление триботехническими и прочностными свойствами механических систем: Сб. - Киев: УМК ВО, 1990. - С.96-102.

28. А.с. 1277633 (ДСП) СССР. МКИ C23 C17/12. Способ хромирования изделий из стали и чугуна/А.И.Некоз, М.С. Стечишин, Н.А. Сологуб// БИ - 1986.

29. А.с. 1324334 (ДСП) СССР. МКИ C23 C8/36. Способ комбинированной обработки стальных и чугунных изделий /А.И. Некоз, Н.А. Сологуб, М.С. Стечишин//БИ - 1987.

30. А.с. 1569668 СССР. МКИ G01 N3/56. Способ исследования гидроэрозионной стойкости металлов/А.И. Некоз, Н.А. Сологуб, Кондрат Здислав, М.С. Стечишин//БИ - 1990. - №21.

31. Стечишин М.С., Некоз О.І. Аналіз корозійно-механічного зношування в корозійних середовищах - електролітах //ІІІ Міжнародний симпозіум українських інженерів-механіків: Тез. доп. - Львів, 1997. - C. 214-215.

Анотації

Стечишин М.С. Методи оцінки та підвищення довговічності деталей обладнання харчової промисловості при корозійно-механічному зношуванні.-Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.04. - Тертя та зношування в машинах. Технологічний університет Поділля, Хмельницький, 1998.

Дисертацією є рукопис, який містить теоретичні розробки та експериментальні дослідження в галузі корозійно-механічного зношування поверхневих шарів деталей у корозійно-активних середовищах харчової промисловості з метою підвищення їх надійності і довговічності з використанням досягнень сучасних технологій поверхневого зміцнення на основі нового способу інтенсифікації дифузійних процесів при ХТО металів та сплавів, а також принципи оцінки зносостійкості та прогнозування довговічності деталей обладнання.

Ключові слова: довговічність, корозійно-механічне зношування, кавітація, прогнозування, корозія, хіміко-термічна обробка.

Стечишин М.С. Методы оценки и повышения долговечности деталей оборудования пищевой промышленности при коррозионно-механическом изнашивании.

Диссертация на соискание ученой научной степени доктора технических наук по специальности 05.02.04. - трение и износ в машинах. Технологический университет Подолья, Хмельницкий, 1998.

Диссертацией является рукопись, которая содержит теоретические разработки и экспериментальные исследования в области коррозионно-механического изнашивания поверхностных слоев деталей в коррозионно-активных средах пищевой промышленности с целью разработки методов оценки и повышения их надежности и долговечности с использованием достижений современных технологий поверхностного упрочнения на основе нового способа интенсификации диффузионных процессов при ХТО металлов и сплавов, а также принципы оценки износостойкости и прогнозирования долговечности деталей оборудования.

Ключевые слова: долговечность, коррозионно-механическое изнашивание, кавитация, прогнозирование, коррозия, химико-термическая обработка.

Stechіshіn M.S. Prognosіs and raіsіng durabіlіty food machіne parts іn corrosіve-mechanіcal wear.-Manuscrіpt.

Thesіs for a doctor's degree of technіcal scіences on specіalіty 05.02.04. - frіctіon and wear іn machіnes. Technologіcal Unіversіty of Podіllіa, Khmelnіtsky, 1998.

The thesіs іs a manuscrіpt contaіnіng theoretіcal elaboratіons and experіmental research іn the fіeld of corrosіve-mechanіcal wear of surface parts layers components іn corrosіve-actіve medіums food іndustry to raіse theіr safety and durabіlіty wіth use of the achіevements of modern technologіes surface strengthenіng on the base of new method of іntensіfіcatіon dіffusіve processes durіng chemіcal-thermal treatment metals and fusіons and also prіncіples of estіmatіon of wear and prognosіs of durabіlіty machіne parts.

Key words: durabіlіty, corrosіve-mechanіcal wear, cavіtatіon, prognosіs, corrosіve, chemіcal - thermal treatment.

Підписано до друку 15.10.1998 р.

Наклад 100 прим. Замовлення №279

Редакційно-видавничий центр ТУП.

280016 м. Хмельницький, вул. Інститутська 7/1

Размещено на Allbest.ru