Использование различных способов упрочнения для восстановления деталей пожарной техники

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Использование различных способов упрочнения для восстановления деталей пожарной техники

Безотказная работа пожарной и аварийно-спасательной техники является одним из основополагающих условий оперативного тушения пожаров и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Зачастую от надежности отдельных узлов специальной техники зависит работоспособность всего агрегата в целом. Изменение технологического процесса, применение новых материалов, внесение изменений в конструкции устройств, безусловно являются действенными способами улучшения эксплуатационных характеристик и повышения надежности пожарной и аварийно - спасательной техники, однако дороги и не всегда применимы на практике. Практическое воплощение указанных методов зачастую требует специального станочно - машинного парка который имеется лишь на больших ремонтных предприятиях. Разработка методов упрочнения уже существующих деталей может позволить добиться повышения работоспособности техники, используемой в МЧС России и снизить затраты на ее ремонт и эксплуатационные расходы. Однако, определяющим фактором здесь будет являться простота практической реализации метода, эффективность и относительно низкая требовательность к оснащению оборудованием.

Анализ работ, посвященных исследованию различных методов упрочняющей и отделочной обработки, показывает, что они позволяют добиваться повышения износостойкости деталей пар трения, работающих в тяжелых условиях, имеющих место при эксплуатации пожарной и аварийно - спасательной техники.

Большинство упрочняющих методов позволяют управлять только частью параметров, требуемых для повышения износостойкости. Поэтому они применяются в сочетании с другими финишными методами, и существует необходимость применения комбинированных методов упрочнения или разработки новых способов обработки для конструкционных сталей. Известно много традиционных способов упрочнения поверхностных слоев деталей. К ним относятся методы поверхностной закалки, различные химико-термические способы обработки (цементация, азотирование, борирование и т.д.), наплавки, гальванические методы и т.д. Возможности этих методов в значительной мере уже исчерпаны.

Одним из эффективнейших методов упрочнения является поверхностное пластическое деформирование, которое существенно изменяет состояние и свойства поверхностных слоев. В последнее время интенсивно расширяется применение новых технологий упрочнения деталей, основанных на воздействии на их поверхность концентрированных потоков высокоэнергетических квантов и более крупных частиц (электронов, ионов, атомов, молекул). К ним относятся лазерные, электронно-лучевые (пучковые), вакуумные, ионно-плазменные и другие технологии. Мощный импульс получили также применение газотермических методов нанесения покрытий в связи с развитием плазменных и детонационных технологий напыления самых различных порошковых материалов.

Одним из прогрессивных методов упрочнения деталей является магнитная обработка. Электромагнитное поле успешно применяют в современной технике и технологии для управления свойствами твердого тела. Магнитную обработку используют в машиностроении для обработки лезвийного режущего инструмента и динамически нагруженных деталей машин для увеличения их стойкости и надежности работы. Незначительная стоимость и высокая производительность устройств и современных установок, применяемых в промышленности, а также простота технологии магнитной обработки позволяют рекомендовать ее для различных областей народного хозяйства страны.

Снижение металлоемкости, повышение надежности и долговечности деталей пожарной и аварийно - спасательной техники связано с проблемой качества металлических сплавов. Низкое качество массовых марок стали в ряде случаев не позволяет удовлетворять требованиям конструкторов при создании принципиально новых машин и конструкций. Поэтому экономически целесообразно не только разрабатывать новые марки стали, но и совершенствовать упрочняющую технологию материалов.

При упрочнении металла пластическим деформированием происходит упругопластическая деформация его тонких поверхностных слоев, распространяющаяся на некоторую глубину под обработанным слоем. По современным представлениям механизм пластической деформации может осуществляться путем скольжения, двойникования и межкристаллической деформации. При этом происходит изменение форм зерен, изменение ориентировки зерен, развитие внутрикристаллитных и межкристаллитных нарушений, нарушений целостности зерен. Указанные явления вызывают наклеп поверхностного слоя, в результате этого происходит изменение его механических и физических свойств.

В последнее время все большее признание получает мнение, что на износостойкость деталей оказывает влияние весь комплекс параметров качества поверхности: величина шероховатости, наклеп, остаточные напряжения. Причем, в зависимости от свойств материала и условий эксплуатации роль и доля участия каждого из них будет различна, особое значение может приобретать какой-либо из параметров качества поверхности. Рассмотренные работы подтверждают противоречивость имеющихся в литературе данных. Поэтому изучение качества поверхностного слоя для установления относительной роли влияния его параметров на эксплуатационные свойства деталей машин в зависимости от физико-механических свойств материалов требует дальнейших исследований для накопления опыта, особенно применительно к деталям электронасосов, работающих в условиях больших нагрузок.

Одним из перспективных методов упрочнения деталей является нанесение на поверхность различных защитных покрытий. К основным методам нанесения покрытий относятся: электролитическое осаждение, электролиз, электрофорез, горячее погружение, напыление, плакирование, вакуумно-паровое, вакуумная диссоциация, цементация и диффузия, наплавка, роликовая (алмазная) накатка (выглаживание), химическое преобразование. Однако только четыре из них обеспечивают надежную коррозионную защиту стали: электролитическое осаждение, горячее погружение, напыление, плакирование. По показателям стоимости и трудоемкости процессов нанесения покрытий наибольшее применение нашли электролитическое осаждение и напыление.

Зачастую вышеперечисленные способы упрочнения деталей не могут быть применены в некоторых случаях или не позволяют получить необходимый эффект. Целью настоящей работы является повышение качества деталей пожарной техники, в частности деталей насосов, за счет улучшения их эксплуатационных характеристик путем применения упрочняющей обработки, включающей нанесение металлизированного покрытия и последующей обработки их алмазным выглаживанием и импульсным магнитным полем.

В большинстве случаев насосы выходят из строя из-за износа нагруженных деталей (валов, втулок и т.д.) вследствие их контакта с резинометаллическими подшипниками и жидкостью, проходящей через элементы насоса. Как правило, разрушается только рабочая поверхность деталей (втулки, валы), которая контактирует с подшипниками и с жидкой массой. В основном эти детали изготавливают из сталей различных марок, улучшение качества рабочих поверхностей этих деталей возможно только за счет применения многокомпонентных покрытий.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. был проведен анализ качества изготовления роторных валов и втулок насосов, их технологии изготовления и условий эксплуатации;

2. проведены эксперименты по исследованию влияния нанесения металлизированного покрытия на механические характеристики поверхностного слоя втулок из стали 45;

3. были проведены исследования по влиянию поверхностной обработки точением с алмазным выглаживанием на коррозионную стойкость деталей из стали 45.

Нанесение металлизированных покрытий на поверхности валов и втулок осуществлялась на металлизаторе ЭДМ-5М (рис. 1). Принцип работы металлизатора состоит в расплавлении двух проволочных электродов образующейся между ними электрической дугой и распылении расплавленного металла струей сжатого воздуха. Металлические частицы сцепляются с подготовленной поверхностью металлизируемой детали и образуют сплошное покрытие; при этом толщина слоя регулируется числом проходов металлизатора, скоростью его перемещения относительно металлизируемой поверхности и скоростью вращения детали при напылении на изделия.

Рисунок 1. Металлизатор ЭДМ-5М

пожарный деталь спасательный

Исследования влияния нанесенных металлизированных покрытий на механические характеристики деталей проводились при помощи твердомера Роквелла и триботехнического маятника, установленного на токарном станке (рис. 2).

Рисунок 2. Триботехнический маятник: 1 - источник когерентного излучения, 2 - муфта, 3 - вал, 4 - винт, 5 - втулка-образец, 6 - гайка с крючком, 7 - стержень, 8 - груз, 9 - контргайка, 10 - шкала измерительная.

Объектами исследования являлись металлические втулки, изготовленные из стали 45 с покрытием и без покрытия. Втулка устанавливалась в муфту (2) триботехнического маятника, который в свою очередь закреплялся на токарном станке. Частота вращения шпинделя токарного станка составляла около 1000 об/мин, нагрузка на втулку осуществлялась при помощи сменного груза (8) и составляла 200 Ньютонов. Трение осуществлялось в среде воды. После 10 км пробега производились измерения ранее нанесенных отпечатков на поверхности втулки.

Проведенные исследования показали, что твердость поверхности втулок с нанесенным защитным покрытием увеличилась на 20% по сравнению с аналогичными втулками без покрытий. Средняя интенсивность износа поверхностей втулок без покрытий составила 0,4 (Микрометра на километр пути), в свою очередь интенсивность износа обработанных поверхностей втулок составила 0,3 (микрометра на километр), что свидетельствует об увеличении износостойкости деталей с металлизированным покрытием (рис. 3).

Рисунок 3. Деталь с металлизированным покрытием

Скорость коррозии определяли двумя основными показателями коррозионной стойкости металлов:

а) глубинным показателем коррозии К_п, т.е. глубиной коррозионного разрушения П в единицу времени t,

К_п = П/t (мм/год)

б) показателем изменения массы К_m, т.е. изменение массы образца металла в результате коррозии, отнесенное к единице поверхности металла n в единицу времени,

К_m=Dm/S·t (л/м²·час).

Также производилось фотографирование поверхностей при помощи металлографического микроскопа с увеличением 200 раз. На представленных фотографиях (рис. 4) видим, что обработка поверхности с применением алмазного выглаживания значительно снижает коррозионную активность поверхностей.

Рисунок 4. Поверхности, обработанные алмазным выглаживанием

Список литературы

пожарный деталь спасательный

1. Киселев В.В., Гомонай М.В., Пучков П.В., Лисовская И.А. Перспективы применения нанопорошков силикатов в смазочных материалах, используемых в аварийно-спасательной и пожарной технике. / Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. - 2015. №3 (26). - С. 38-46.

2. Киселев В.В. К проблеме улучшения триботехнических свойств смазочных материалов. / Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. - 2006. Т. 49. №12. - С. 113.

3. Киселев В.В., Топоров А.В., Никитина С.А., Пучков П.В., Покровский А.А., Зарубин В.П., Легкова И.А. Повышение качественных характеристик моторных масел за счет введения присадок. / В сборнике: Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии Материалы международной научно-технической конференции: (XVIII Бенардосовские чтения). - 2015. - С. 330-333.

4. Пучков П.В., Топоров А.В., Киселев В.В. Разработка конструкции трибологически безопасного резьбового соединения. / Вестник Ивановского государственного энергетического университета. - 2012. №1. - С. 28-31.

5. Киселев В.В., Топоров А.В., Пучков П.В. Перспективы применения магнито-жидкостных устройств в пожарной и аварийно-спасательной технике. / Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. - 2010. №2. - С. 63-64.

Размещено на Allbest.ru