РАЗДЕЛ 2
АНАЛИЗ ТЕОРЕТИКО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИСКРЕТНОГО УПРОЧНЕНИЯ КАК АЛЬТЕРНАТИВНОГО МЕТОДА РЕМОНТА КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ
2.1. Целесообразность применения дискретного упрочнения для поверхностей деталей
В условиях постоянного ужесточения требований к эксплуатационным характеристикам деталей узлов и агрегатов рекомендации о подборе материалов контактирующих пар в рамках традиционного ассортимента металлов и способов их упрочнения становятся малоэффективными.
Анализируя вышеприведенные способы упрочнения и восстановления ресурса коренных и шатунных шеек коленчатых валов, используемых как при их изготовлении, так и при ремонте, можно выделить для них общие недостатки:
- стандартные упрочняющие способы и традиционные технологии нанесения износостойких покрытий в большинстве своем не обеспечивают требуемого уровня повышения износостойкости и усталостной прочности деталей одновременно;
- триботехнические характеристики упрочненных поверхностей и износостойких покрытий деталей в значительной степени зависят от скорости скольжения, удельного давления (нагрузок) и температуры;
- упрочняющие покрытия не обеспечивают качественного сцепления покрытия с подложкой (деталью);
- стандартные упрочняющие процессы достаточно энергоемки;
- необходимость наличия увеличенных припусков под механическую обработку после упрочнения для устранения возможной деформации детали;
- изменение градиента температур в основном материале детали приводит к разрушению износостойких покрытий;
- большие капитальные вложения по организации производств для упрочнения деталей и устранению экологически вредных процессов.
Таким образом используемые способы упрочнения и нанесения износостойких покрытий не позволяют получить удовлетворительного сочетания необходимого уровня эксплуатационных характеристик трибосистем с приемлемыми технологичностью, ремонтопригодностью и экономичностью процессов изготовления и ремонта деталей.
На протяжении последних нескольких десятилетий повышению износостойкости и прочностных характеристик изделий способствовало широкое применение нетрадиционных способов упрочнения деталей. К ним относятся композиционные материалы которые отличаются от остальных тем, что в матрицу материала равномерно (дискретно) по всему объему вводится соответствующий легирующий элемент. А это в свою очередь приводит к возникновению концентрационных неоднородностей субмикроскопических масштабов, повышающих предел упругой деформации микрообъемов металла [115].
Однако при этом, в процессе трения участвует только ничтожная доля дорогостоящих и дефицитных легирующих элементов. Основная же масса вообще не участвует в работе, равномерно заполняя остальной объем металла, что существенно снижает эффективность данного метода упрочнения.
Кроме использования композиционных материалов для повышения свойств сталей и чугунов была предложена дифференцированная обработка, которая обеспечивает создание крупномасштабных (макроскопических, т.е. соизмеримых с размерами объекта) градиентов структурно-фазового состава материала [116].
Дифференцированная обработка материалов, позволяет получить в них чередование в заданной последовательности (дискретно) высокопрочных и пластичных участков для создания естественно армированных материалов. Эта обработка заключается в сочетании общего и локального воздействия на материал, что инициирует в его различных участках фазовые и структурные превращения, которые протекают не одновременно в неодинаковой последовательности и степени. Это возможно, когда воздействие механических, тепловых, магнитных и других полей распределяется не равномерно по объему изделия и локализуется в его отдельных участках или слоях. Данная технология обработки технически очень сложна и поэтому не всегда эффективна.
Интенсивное распространение в последние годы получили кластерные покрытия [117, 118]. Суть метода нанесения кластерных покрытий заключается в том, что на функциональные поверхности изделия методом электрохимического осаждения наносится покрытие из хрома или никеля с дискретными ультродисперсными износостойкими частицами. В качестве износостойких частиц используют карбид кремния и ультродисперсные алмазы (40-60 A).
Эффективное применение в различных областях техники для повышения износостойкости деталей получило использование поверхностей с равномерно расположенными микроуглублениями [119]. Они весьма успешно используются в цилиндрах двигателей, подшипниках, плунжерах и т.д.
Микроуглубления определяют главным образом контактные свойства поверхности - улучшение смазки, повышение сопротивления схватывания и коррозии, сокращение периода приработки. В отличие от термина "шероховатость" вводится понятие "изрытость" поверхности, которая характеризуется наличием в поверхностном слое дискретных или непрерывных углублений.
К наиболее исследованным методам создания рельефа относится вибрационное накатывание (пластическая деформация) [120]. Микро и макроуглубления на поверхности детали можно рассматривать как резервуары, где сосредотачивается смазка. Для сравнительной оценки маслоудерживающей способности поверхностей с рельефом предложен термин "маслоемкость".
Развитая система углублений обеспечивает возможность проникновения среды в зону трения, способствует образованию вторичных структур. Равномерный микро и макрорельеф обеспечивает локализацию абразивных частичек среды и продуктов износа, что снижает вероятность заклинивания пары трения. Циркулирующая по углублениям смазка улучшает охлаждение контактной поверхности.
Благодаря исследованиям Ляшенко Б.А. в области адгезионного и когезионного износа начала развиваться новая технология нанесения дискретных износостойких покрытий на детали [121, 122, 123].
В этот период времени появился целый ряд публикаций о создании износостойких дискретных покрытий на базе электроискрового легирования [124]. Наиболее активно проводились работы в этой области сотрудниками Института проблем прочности НАН Украины. Основная суть создания износостойких дискретны
- Київ+380960830922