Упрочнение деталей сопряжения "верхняя головка шатуна – втулка верхней головки шатуна" двигателей термодиффузионным ферротитанированием как способ уменьшения процесса фреттинг-коррозии

Механизм возникновения фреттинга, кинетика развития повреждения поверхностей в условиях фреттинг-коррозии и факторы, влияющие на процесс. Математическая модель зависимости приращения линейных размеров образцов от параметров диффузионного насыщения.

Рубрика Производство и технологии
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 09.10.2018
Размер файла 2,4 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет им. В.М. Кокова

Упрочнение деталей сопряжения «верхняя головка шатуна - втулка верхней головки шатуна» двигателей термодиффузионным ферротитанированием как способ уменьшения процесса фреттинг-коррозии

Шекихачев Ю.А.

Аннотация

В статье анализируются механизм возникновения фреттинга, кинетика развития повреждения поверхностей в условиях фреттинг-коррозии, основные факторы, влияющие на процесс фреттинг-коррозии. Показано, что одним из эффективных способов борьбы с фреттинг-коррозией является термодиффузионное ферротитанирование. В результате обработки экспериментальных данных получена математическая модель зависимости приращения линейных размеров исследованных образцов от параметров диффузионного насыщения. Установлен оптимальный режим диффузионного насыщения ферротитаном деталей.

Ключевые слова: РЕМОНТ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ, УПРОЧНЕНИЕ, ДИФФУЗИОННОЕ НАСЫЩЕНИЕ, ФЕРРОТИТАНИРОВАНИЕ, ФРЕТТИНГ-КОРРОЗИЯ

фреттинг шатун втулка сопряжение

Втулки верхней головки шатунов устанавливают с натягом. При этом сопряженные детали работают, преимущественно, в граничной фазе трения, при высоких удельных давлениях и нагрузках при наличии абразива, что приводит к повышенному износу втулки верхней головки шатуна и поршневого пальца. В сопряжении «втулка верхней головки шатуна - верхняя головка шатуна», относящемся к несмазываемым поверхностям, происходит фреттинг-коррозия.

Упрощенная схема процесса фреттинг-коррозии в начальной фазе такова: перемещение и деформация поверхностей под действием переменных касательных напряжений > коррозия > разрушение окисных и других пленок > обнажение чистого металла и местами схватывание > разрушение очагов схватывания и адсорбция кислорода на обнаженных участках.

Фреттинг-коррозия - это процесс, возникающий при циклическом нагружении в зоне контакта плотно соприкасающихся, не смазывающихся поверхностей двух сопряженных деталей, приводящий к их разрушению при малых колебательных относительных перемещениях. Величина амплитуды относительных перемещений деталей в зоне контакта, достаточная для возникновения процесса, находится в пределах упругих деформаций поверхностного слоя детали.

Максимальная величина амплитуды может составлять до 200…300 мкм, а минимальная амплитуда, при которой уже наблюдается процесс, составляет около 100 А. Фреттинг-коррозия наблюдается как при контакте металлов, так и при контакте металлов с неметаллами, в частности, с целлюлозой [1]. Особенно ярко проявляется фреттинг-коррозия в малоподвижных и прессовых соединениях:

- болтовых, шлицевых, замковых, фланцевых;

- местах напрессовки подшипников на вал;

- на пригнанных поверхностях шпонок и их пазов;

- на заклепках и в отверстиях;

- в заклепочных соединениях между листами и т.п.

К наиболее тяжелым последствиям этого процесса относится усталостное разрушение (фреттинг-усталость) деталей, поврежденных фреттинг-коррозией. Предел выносливости в таком соединении может снижаться в 1,5...3 и более раз, т.е. влияние фреттинга на усталость, оцениваемое через эффективный коэффициент концентрации, сопоставим с величиной теоретического коэффициента концентрации напряжений для конструктивного концентратора детали, а зачастую намного его превышает. Механизм возникновения фреттинга и кинетики развития повреждения поверхностей в условиях фреттинг-коррозии относится к наиболее сложным по своей природе процессам.

Вследствие малой амплитуды перемещения соприкасающихся поверхностей повреждения сосредоточиваются на небольших площадках действительного контакта. Продукты изнашивания (мелкие язвы в виде налета, пятен и порошка, т.е. питтингов -мелких точечных разрушений) не могут выйти из зоны контакта. В результате возникает высокое давление и увеличивается их абразивное действие на детали сопряжения [2, 3].

Существенную роль в процессе фреттинг-коррозии играет окисление поверхностей трения или металлических продуктов разрушения.

Продукты фреттинг-коррозии накапливаются в виде порошков, содержащих металлические частицы. В случае удаления порошков из зоны трения происходит ослабление посадок с натягом. Повреждения поверхностей вследствие фреттинг-коррозии служат концентраторами напряжений и снижают предел усталости.

Основными факторами, влияющими на процесс фреттинг-коррозии, являются (рис. 1):

- род трения;

- расчетные нагрузки;

- скорость относительного перемещения;

- характер движения;

- расчетные зазоры и натяги;

- качество обработки сопрягаемых поверхностей;

- износостойкость материалов и т.п.

Процесс разрушения втулки верхней головки шатуна по наружному диаметру происходит от гидроабразивного и гидроэрозионного изнашивания в сочетании с фреттинг-коррозией. Это объясняется тем, что в пластичных материалах, обладающих способностью наклепываться, вначале накапливаются микродеформации отдельных участков, а когда способность к упрочнению исчерпывается, эти участки разрушаются, вымываются. Вследствие изменения величины и направления давления поршневой палец прилегает попеременно то к одной, то к другой стороне отверстия втулки верхней головки шатуна. При этом получается своеобразный «насосный эффект», т.е. поршневой палец с большим давлением выдавливает масло в смазочные отверстия. Жидкость (масло), внедряющаяся при ударах в микротрещины, ведет себя подобно клину, раздвигая боковые стенки. При этом происходит вымывание накопившихся продуктов фреттинг-коррозии.

Повреждения на втулках имеют вид явно выраженных канавок, равномерно расположенных относительно друг друга по окружности втулок на некотором расстоянии друг от друга. Износные канавки расположены посередине поверхности втулок и тянутся от одного смазочного отверстия к другому, причем канавки расположены почти симметрично по обе стороны смазочных отверстий втулок. Особенностью такого характера износа является то, что он проявляется только на втулках, которые смазываются разбрызгиванием. На втулках с принудительной смазкой износы наружной поверхности подобного характера отсутствуют.

Рис. 1. Факторы, влияющие на взаимодействие твердых тел при трении и износе

Фреттинг-коррозия, гидроабразивное и гидроэрозионное изнашивания могут протекать одновременно. Коррозионно-эрозионное изнашивание представляет собой разновидность коррозионно-механического изнашивания. Роль каждого из факторов зависит от соотношения механического и химического воздействия на материал. Фреттинг-коррозия может протекать как в условиях смазки, так и при сухом трении.

Фреттинг-коррозия протекает не по электрохимическому механизму. Важнейшим фактором является приложенная нагрузка, в результате которой происходит усиленное питтингообразование на контактирующих поверхностях. При колебательном скольжении (трении) образующиеся окислы не могут быть удалены с контактирующей поверхности. Это приводит к увеличению напряжения между контактирующими деталями, и фреттинг-коррозия в местах скопления окислов проходит намного интенсивнее.

Величина износа и коэффициент трения деталей машин зависят от внутренних процессов, протекающих при трении, а также от внешних факторов, влияющих на внутренние процессы при трении [4].

Внешние факторы, оказывающие влияние на процесс трения и износ деталей, могут быть изменены в нужном направлении в процессе изготовления и ремонта деталей двигателя.

Регулируемыми внешними факторами являются:

- условия смазки;

- свойства материала трущихся поверхностей;

- нагрузка;

- скоростной режим и др.

Такие внешние факторы, как нагрузка, скоростной режим и условия смазки, могут быть изменены в процессе проектирования двигателя. В процессе же ремонта основной фактор, с помощью которого можно регулировать внешние процессы при трении, а, следовательно, и износ деталей, - физико-механические свойства трущихся поверхностей. Эти свойства задаются в процессе восстановления и зависят от:

- способа восстановления;

- применяемых материалов;

- метода упрочняющей технологии.

Для предотвращения износа посадочных мест в шатуне, обусловленных тяжелыми условиями работы кривошипно-шатунного механизма, высокими действующими нагрузками и повышенной температурой, а также фреттинг-коррозией, применяют различные способы:

- сварочно-наплавочные мероприятия;

- нанесение гальванических покрытий и т.д.

Уменьшить повреждение от фреттинг-коррозии можно, повышая твердость одной детали, при этом уменьшается взаимное внедрение деталей, что снижает интенсивность изнашивания.

Одним из эффективных способов борьбы с фреттинг-коррозией является термодиффузионное ферротитанирование.

Выбор термодиффузионного ферротитанирования для восстановления и упрочнения втулки верхней головки шатунов по наружному диаметру и компенсации потери натяга при выпрессовке втулки объясняется тем, что при этом можно достичь следующих результатов:

- при взаимодействии диффундирующего элемента с основным металлом прочность межатомной связи увеличится, что вызовет повышение механических характеристик;

- в диффузионном слое возникают высокие сжимающие напряжения, что приводит к повышению прочности, особенно при циклических нагрузках, и является весьма благоприятным для деталей с концентраторами напряжения;

- при диффузионном насыщении залечиваются дефекты типа микротрещин;

- диффузионный элемент может связывать вредные примеси в металле или создавать защитный слой, что приводит к торможению или полному отсутствию коррозионного процесса.

Оптимальный режим диффузионного насыщения, при котором приращение линейных размеров достигает максимальной величины, установлен экспериментально. В качестве варьируемых факторов приняты температура и время диффузионного насыщения . Для получения математической модели зависимости приращения линейных размеров от параметров диффузионного насыщения выбрали оптимальный композиционный план типа при числе опытов = 8 и числе неизвестных коэффициентов = 6.

В результате обработки экспериментальных данных получена следующая модель зависимости приращения линейных размеров образцов из бронзы Бр О5Ц5С5 от параметров диффузионного насыщения, которая адекватно описывает область оптимума:

(1)

Для бронзы Бр ОЦ10-2:

(2)

Оптимальный режим диффузионного насыщения ферротитаном деталей из бронзы: при =6500С время выдержки = 2 ч; при =7000С время выдержки = 1 ч.

Технологический процесс термодиффузионного ферротитанирования на примере бронзовых подшипниковых втулок приведен на рис. 2.

Рис. 2. Технологический процесс термодиффузионного ферротитанирования

бронзовых подшипниковых втулок

После термодиффузионного ферротитанирования происходит изменение поверхностной твердости восстановленных и упрочненных бронзовых подшипниковых втулок до двух и более раз (рис. 3).

Ферротитанированные бронзовые подшипниковые втулки верхней головки шатунов, установленные на дизели, отработали от 4000 мото-часов и более. После выпрессовки втулок с поступивших на капитальный ремонт дизелей видимых следов фреттинг-коррозии не обнаружено.

1 - до ферротитанирования; 2 - после ферротитанирования

Рис. 3. Изменение поверхностной твердости бронзовых подшипниковых втулок

верхней головки шатунов до и после ферротитанирования

Таким образом, диффузионное ферротитанирование позволяет уменьшить фреттинг-коррозию и упрочнить поверхности деталей.

Список использованных источников

Гаркунов Д.Н. Триботехника. - М.: Машиностроение. - 1989. - 327 с.

Голего Н.Л., Алябьев А.Я., Шевеля В.В. Фреттинг-коррозия металлов. - Киев: Техника. - 1974. - 272 с.

Петухов А.Н. Механизм фреттинга и фреттинг-усталость высоконагруженных малоподвижных соединений ГТД и ЭУ // Труды ЦИАМ, №1338. - М.: ЦИАМ. - 2008. - 210 с.

Мухаметшина Р.М. Изнашивание деталей дорожно-строительных машин при фреттинг-коррозии.- Самара: Самарский НЦ РАН. - 2017. - С. 261-264.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Фреттинг-коррозия как разновидность повреждения повреждения, которая появляется на стальных поверхностях, ее отличительные особенности и свойства. Характеристика повреждений деталей машин при фреттинг-коррозии, основные методы ее предупреждения.

    контрольная работа [760,5 K], добавлен 20.01.2011

  • Обзор технологического процесса изготовления заготовки - шатуна, который является звеном шатунно-кривошипных механизмов. Порядок расчета припуска на механическую обработку детали. Механическая обработка сквозных отверстий и торцевых поверхностей шатуна.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 04.12.2012

  • Понятие, классификация и механизм атмосферной коррозии металлов. Описание основ процесса конденсации влаги на поверхности металла. Особенности и факторы влажной атмосферной коррозии металлов. Изучение основных методов защиты от влажной коррозии.

    контрольная работа [422,9 K], добавлен 21.04.2015

  • Сущность метода электроискрового наращивания. Маршруты технологического процесса восстановления шатунов двигателей. Расчет площади токоподводящих щеток. Проект приспособления для электроимпульсного нанесения меди на поверхность головки шатуна двигателя.

    контрольная работа [109,5 K], добавлен 22.12.2014

  • Классификация, особенности и механизм возникновения влажной атмосферной коррозии. Конденсация влаги на поверхности корродирующего металла. Влажность воздуха как один из главных факторов образования коррозии. Методы защиты от влажной атмосферной коррозии.

    реферат [1,1 M], добавлен 21.02.2013

  • Основные климатические факторы, влияющие на атмосферную коррозию. Механизм ее возникновения. Старение неметаллических материалов в атмосферных условиях. Коррозионная устойчивость сталей и сплавов. Основные методы изучения коррозии металлов и старения.

    дипломная работа [3,5 M], добавлен 02.03.2014

  • Разработка математической модели процесса упрочнения ударами шариков. Расчет технологических параметров поверхностно-пластического деформирования несопрягаемых поверхностей авиационных деталей на основе моделирования процесса упрочнения ударами шариков.

    дипломная работа [5,3 M], добавлен 05.10.2013

  • Оценка и выбор параметров двигателя. Средняя скорость поршня и частота вращения. Диаметр цилиндра и ход поршня. Длина шатуна, степень сжатия, фазы газораспределения. Головка и гильзы цилиндров, системы смазки и питания. Методика расчёта рабочего процесса.

    курсовая работа [56,4 K], добавлен 09.10.2010

  • Газовая коррозия как процесс разрушения материалов в газовых средах при высоких температурах в отсутствии влаги. Общая характеристика распространенных причин катастрофической коррозии. Знакомство с графиком зависимости коррозионного тока от времени.

    контрольная работа [116,1 K], добавлен 01.02.2016

  • Описание назначения, устройства, условий работы и краткое описание технологии ремонта шатуна. Анализ дефектов детали и требований, предъявляемых к отремонтированной детали. Разработка технологического процесса. Нормирование операций.

    курсовая работа [544,2 K], добавлен 17.04.2005

  • Черновое обтачивание цилиндрических поверхностей: правые и левые резцы, элементы их головки и форма передней поверхности. Точность размеров деталей и шероховатость поверхностей. Подготовка станка к чистовой обработке и отделке, закрепление деталей.

    реферат [6,8 M], добавлен 18.03.2011

  • Катодные включения в атмосфере. Влажность воздуха при атмосферной коррозии. Примеси в атмосфере (газы). Особенности процесса морской коррозии. Защита металлов и сплавов от атмосферной коррозии. Применение контактных и летучих (парофазных) ингибиторов.

    реферат [40,2 K], добавлен 01.12.2014

  • Качественные и количественные методы исследования коррозии металлов и ее оценки. Определение характера и интенсивности коррозионного процесса с помощью качественного метода с применением индикаторов. Измерение скорости коррозии металла весовым методом.

    лабораторная работа [18,1 K], добавлен 12.01.2010

  • Характеристика обрабатываемых поверхностей. Обоснование выбранного способа получения заготовки. Описание разработанного технологического процесса. Определение припусков и операционных размеров, а также режимов резания и штучно-калькуляционного времени.

    курсовая работа [65,3 K], добавлен 22.02.2014

  • Детали и точность их соединения. Допуски линейных размеров. Посадки деталей, их особенности и полное описание их характеристик. Вычисление единиц допуска и определение формул вычисления. Причины возникновения ошибок механизмов и их предотвращение.

    реферат [1,7 M], добавлен 04.01.2009

  • Общее понятие о коррозии. Виды и технологии нанесения изоляционных покрытий труб в заводских и трассовых условиях и их характеристики. Производственная и экологическая безопасность при выполнении работ по переизоляции участка магистрального нефтепровода.

    дипломная работа [2,0 M], добавлен 26.12.2013

  • Основные части кривошипно-шатунного механизма автомобильного двигателя и их назначение. Характеристика неподвижных и подвижных деталей. Устройство блока цилиндров, шатунно-поршневой группы, шатуна, группы коленчатого вала, их роль в движении автомобиля.

    презентация [1,2 M], добавлен 28.12.2015

  • Рассмотрение механизма протекторной защиты от коррозии, ее преимуществ и недостатков. Построение схемы протекторной защиты. Определение параметров катодной защиты трубопровода, покрытого асфальтобитумной изоляцией с армированием из стекловолокна.

    контрольная работа [235,4 K], добавлен 11.02.2016

  • Анализ конструкции шатуна и условия его работы. Обогащение, добыча железной руды открытым способом. Производство стали в дуговых электропечах. Получение заготовки путем горячей объемной штамповки. Расточка и хонингование отверстий. Прокат и резка стали.

    курсовая работа [2,4 M], добавлен 07.12.2014

  • Процесс нефтеподготовки как важный этап в разработке нефти. Естественные стабилизаторы нефтяных эмульсий. Применение деэмульгаторов для разрушения эмульсий, образованных соединением воды и нефти. Классификация ингибиторов коррозии, примеры бактерицидов.

    презентация [91,6 K], добавлен 09.04.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.