Підвищення зносостійкості деталей шламового насоса ВШН-150

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Підвищення зносостійкості деталей шламового насоса ВШН-150

Аннотация

В статье рассмотрена возможность повышения износостойкости деталей шламового насоса ВШН-150. При этом оптимальным методом повышения износостойкости для рабочего колеса оказалось плазменное напыление композиций ПС-СР4 -- 80%, 13К-15--20%, для броневых плит -- наплавка самозащищенной порошковой проволокой ПП-АН170

Abstract

The possibility of increasing for the detail's wear resistance of the mud pump ВШН-150 is considered in this article. The plasma spraying by the composition ПС-СР4--80%, 13K-15--20% is the optional method of the wear resistance increasing for the working wheel, the facing of the self-defensive powdered wise ПП-АН170 in one's for the armor plate

Шламовий насос ВШН-150 (рис. 1) використовують для перекачки обробленої промивальної рідини, він входить в комплект насосно-циркуляційного комплексу бурової установки. Від даного насоса не вимагається високої продуктивності або високого тиску на виході, конструкція його максимально спрощена і уніфікована з метою покращання відновлювальних робіт. Більшість деталей даного насоса виготовлена з великим запасом міцності. Однак під дією абразивних частинок в промивальній рідині броньові диски та робоче колесо (крильчатка) піддаються інтенсивному гідроабразивному і кавітаційному видам зношування (рис. 2), що значно зменшує загальний термін служби самого насоса, (в окремих випадках не досягає і одного року).

Рисунок 1 -- Загальний вигляд насоса ВШН-150

Рисунок 2 -- Робоче колесо шламового насоса ВШН-150

Аналізуючи існуючі методи відновлення деталей машин загального машинобудування [1] та раніше проведені роботи в напрямку підвищення зносостійкості деталей шламових насосів [2-4], вибираємо найбільш оптимальні (з умов виробництва) для відновлення вищенаведених деталей методи: для робочого колеса - плазмове напилення, яке дає змогу отримати поверхневі шари будь-якої товщини та з високими властивостями за якістю, а для броньових дисків - напівавтоматичний метод наплавлення самозахисним порошковим дротом відкритою дугою.

Використання напівавтоматичного методу наплавлення броньових дисків порошковим дротом відкритою дугою дає такі переваги:

- низька собівартість відновлення;

- можливість спостереження за ходом наплавлення і коректування режимів наплавлення в процесі роботи;

- простота проведення даного технологічного процесу;

- можливість отримання великих товщий за рахунок наплавлення в декілька шарів;

- низька забрудненість шва матеріалами розкислення;

- менші витрати флюсу та легуючих елементів;

- простота виведення обладнання на робочі режими.

Для наплавлення броньових дисків використовували напівавтомат моделі ПШ 107 В, а як джерело струму - випрямляч ВС-400, що має жорстку зовнішню характеристику.

Плазмове нанесення покриття на робоче колесо проводять за таким технологічним маршрутом. Попередньо проводять знежирення органічними розчинниками, а також засобами миття. Після знежирення робоче колесо промивають водою і висушують. Наступною операцією є струминна обробка корундом, чавунною або сталевою крихтою.

Час між підготовкою поверхні і напиленням повинен бути максимально малим і не перевищувати 1-3 годин. Як основу напиляючого матеріалу використовуємо самофлюсуючі сплави, які дають можливість отримати зносостійкі поверхні.

Експериментальні лабораторні дослідження на гідроабразивне зношування нанесених на вказані деталі покрить проводили за методикою Штауффера, в основу принципу дії якої покладено обертання взірців з покриттями в нерухомому гідроабразивному середовищі (рис. 3).

Рисунок 3 -- Схема установки для випробування зразків на гідроабразивне зношування: 1 - станина, 2 - електродвигун, 3 - пасова передача, 4 - вал, 5 - кришка, 6 - бачок, 7 - диск, 8 - взірець

Основною частиною установки є вертикальний вал, що опирається на опору в кришці бачка 5. На нижньому кінці вала закріплений диск з пазами 7. До диску за допомогою гвинтів закріплюються досліджувані взірці 8. Вся система взірців поміщена в металевий бачок 6 діаметром 340 мм, висотою 280 мм та об'ємом 25,0 л. Вал з диском приводиться в обертання від електродвигуна 2 через клинопасову передачу 3. На установці використаний електродвигун потужністю 3 кВт зі швидкістю обертання 920 хв^-1.

Для проведення експериментів суміш води, піску, гравію та дрібного абразивного матеріалу (абразивних кругів) заливали в бачок (близько 1/3 об'єму). Співвідношеня води і абразивної суміші 1:1. Частота обертання взірців в абразивній суміші 16 с^-1. Випробовували одночасно взірці зі сталі 40Х, які пройшли термообробку. Твердість еталонних взірців становила 50 НRC. Тривалість одного досліду - одна година.

Оцінку зносостійкості покрить проводили визначенням величини відносної втрати маси взірців за формулою

, (1)

де: q - маса взірця до випробування, г; q - втрата маси взірця після випробування, г.

Стійкість різних покрить до гідроабразивного зношування порівняно з еталонними взірцями характеризували величиною коефіцієнта зносостійкості

, (2)

де: q_e - маса еталонного взірця до випробовувань, г; q_в - маса випробувального взірця з покриттям до випробувань, г; q_e - втрата в масі еталонного взірця після випробовувань, г; q_в - втрата в масі випробувального взірця після випробовувань, г.

Результати випробувань взірців з різними композиційними покриттями до еталона наведені в таблиці 1.

Таблиця 1 -- Результати випробувань на гідроабразивне зношування взірців з покриттями і еталонних взірців

З таблиці видно, що з вибраних чотирьох композицій напилених матеріалів найбільший коефіцієнт зносостійкості має покриття, напилене композицією порошків ПС-СР4 - 80% та ВК-15 - 20 % (=2,12).

Дещо понижений коефіцієнт зносостійкості має покриття, напилене порошком ПС-СР4 (=1,80) і сумішшю порошків ПГ-СР3 - 80 %, борід хрому - 20 % (=1,71).

Крім того, проводилось дослідження залежності міцності зчеплення покриття від таких технологічних факторів: сили струму (І), витрати плазмоутворюючого газу (Q_пл), дистанції напилення (Н) і температури попереднього підігріву деталі (Т_п). В результаті проведених досліджень були встановлені такі оптимальні значення технологічних параметрів процесу плазмового напилення для композиції ПГ-СР4 (80%) + ВК-15 (20%), що має найбільший коефіцієнт зносостійкості (=2,12): сила струму І=(380-400) А; витрата плазмоутворюючого газу (суміш аргону і азоту) Q = (1,8-2,0) м³/год; дистанція напилення Н=(180-200) мм; температура попереднього підігрівання деталі Т_п=200-250⁰С.

Для наплавлення броньових дисків розглядали порошкові дроти ПП-АН 125 (ГОСТ 5.1491-72), ПП-АН 135 (ТУ 86 УРСР 085.137-76), ПП-АН 170 (ТУ 14-4-800-77), ПП-БН23.

При наплавленні самозахисним порошковим дротом ПП-АН 125 отримано такий хімічний склад наплавленого шару, %: С - 2; Si - 1,5; Mn - 1; Cr - 15; Ti - 0,3; B - 0,7. Твердість наплавленого металу 50 ... 58 HRC. Мікроструктура наплавленого металу являє собою карбоборидну евтектику з ділянками дрібнодисперсних боридів (рис. 4а). Мікротвердість евтектики Н 7800... 9000 МПа, мікротвердість боридів хрому Н 1800 ... 2800 МПа.

При наплавленні самозахисним порошковим дротом ПП-АН 135 отримано такий хімічний склад наплавленого шару, %: С - 2,6; Si - 2; Cr - 10; Nb - 8. Мікроструктура наплавленого шару представлена на рис. 4б. Твердість наплавленого металу 50 ... 58 HRC.

При наплавленні самозахисним порошковим дротом ПП-АН 170 отримано такий хімічний склад наплавленого шару, %: С - 0,8; Сr - 20; B - 3; Ti - 0,6. Мікроструктура наплавлення являє собою типову доевтектоїдну структуру з великими голками боридів різного складу, що розташовані в матриці та зміцнені дрібнодисперсними групами голок боридів хрому і карбонитридів титану (рис. 4в).

а б в г

Рисунок 4 -- Мікроструктура наплавленого металу: а - 200Х15С1ГРТ; б - 250Х10Б8С2; в - 80Х20Р3Т; г - 350Х10Б8Т2

При наплавленні самозахисним порошковим дротом ПП-БН 23 отримано такий хімічний склад наплавленого шару, %: С - 3,5; Сr - 10; Nb - 8; Ti - 2. Мікроструктура зображена на рис. 4г. Зносостійка фаза сформована карбідами Cr, Nb i Ti. Твердість наплавленого металу 50 ... 58 HRC.

Аналізуючи характеристики наведених вище порошкових дротів і їх вартість приймаємо для наплавлення броньових дисків самозахисний порошковий дріт ПП-АН 170.

Отож, для підвищення зносостійкості робочих коліс шламових насосів, що контактують з промивальними рідинами, застосовуємо плазмове напилення з композицією наплавляючих порошків у співвідношенні ПГ-СР4 (80 % за масою) + ВК-15 (20 % за масою), а броньових дисків - напівавтоматичний метод наплавлення самозахисним порошковим дротом ПП-АН 170.

зносостійкість плита плазмовий наплавка

Література

1. Молодык Н.В., Зенкин А.С. Восстановление деталей машин. Справочник. - М.: Машиностроение, 1989. - 480 с.

2. Животовский Л.С., Смойловская Л.А. Лопастные насосы для абразивных гидросмесей. - М.: Машиностроение, 1978. - 223 с.

3. Карелин В.Я. Изнашивание лопастных насосов. - М.: Машиностроение, 1983. - 168 с.

4. Дрогомирецкий Я.Н. Износостойкость деталей шламовых насосов ВШН-150, обработанных методом насыщения в порошковых смесях // Тезисы докладов ХХIII-го семинара по диффузионному насыщению и защитным покрытиям, Ивано-Франковск: ИФИНГ, 1990. - С. 314-315.

Размещено на Allbest.ru