ОЦЕНКА МИКРОТВЕРДОСТИ И ШЕРОХОВАТОСТИ ВАЛОВ ПОЖАРНЫХ НАСОСОВ, ОБРАБОТАННЫХ РАЗЛИЧНЫМИ СПОСОБАМИ

№64-1,

Технические науки

В работе приведены результаты исследований чистоты обработки поверхностей валов пожарных насосов, а также значения показателей их микротвердости в зависимости от вида применяемой обработки поверхностей.

Похожие материалы

Для измерений микротвердости использовался прибор микротвердомер ПМТ-3 (ГОСТ 1156). При изготовлении валов, шестерней, осей, шатунов пожарной техники в основном используется сталь 45 и сталь 40ХН.

Сталь 45 — это хромоникелевая коррозионно-стойкая сталь аустенитного класса. Термическая обработка (закалка) включает нагрев до температуры 1050–1100°С для полной растворимости карбидов и отпуск в воде. Быстрое охлаждение фиксирует состояние пересыщенного твердого раствора и однородную структуру. Закалка — это смягчающая операция.

Сталь 40ХН — это сталь конструкционная легированная. Термическая обработка (закалка) включает нагрев до температуры 1050–1180°С для полной растворимости карбидов и отпуск в масле для снятия напряжений.

На рисунках 1, 2 представлены гистограммы изменений микротвердости НV в зависимости от метода механической обработки для деталей из сталей 40ХН и стали 45.

Гистограммы изменения микротвердости HV в зависимости от метода обработки деталей из стали 45: 1  точение; 2  точение + шлифование; 3  точение + алмазное выглаживание
Рисунок 1. Гистограммы изменения микротвердости HV в зависимости от метода обработки деталей из стали 45: 1 — точение; 2 — точение + шлифование; 3 — точение + алмазное выглаживание

На рисунке 1 видно, что микротвердость поверхности вала пожарного насоса, изготовленного из стали 45, если и изменилась, то не значительно, если в качестве финишной обработки применялось шлифование, тогда как применение алмазного выглаживания позволило существенно повысить микротвердость поверхности. Данный показатель увеличился более чем на 30 %.

Гистограммы изменения микротвердости HV в зависимости от метода обработки деталей из стали 40ХН: 1  точение; 2  точение + шлифование; 3  точение + алмазное выглаживание
Рисунок 2. Гистограммы изменения микротвердости HV в зависимости от метода обработки деталей из стали 40ХН: 1 — точение; 2 — точение + шлифование; 3 — точение + алмазное выглаживание

На рисунке 2 также можем заметить, что вал пожарного насоса, изготовленный из стали 45ХН имеет микротвердость поверхности 290 единиц. При использовании обработки поверхности шлифования данный показатель увеличился сразу более чем на 50 единиц. Таким образом, обработка шлифованием сказывается лучше влияет на показатель микротвердости для легированных сталей. Что касается обработки алмазным выглаживанием, то и здесь она ее применение позволило качественно повысить показатель микротвердости, увеличив данный показатель практически вдвое.

Из гистограмм видно, что точение и последующее алмазное выглаживание существенно повышает микротвёрдость НV.

Проведение экспериментов по измерению микротвердости HV поверхности деталей из сталей 45 и 40ХН диаметрами 40 мм, упрочненных разными способами, позволило сделать следующие выводы:

  • величина микротвердости HV для деталей из стали 45 после точения и шлифования составляет 312 ед. HV для диаметра 40 мм, а после точения и алмазного выглаживания– 430 ед. HV;
  • величины микротвердости HV из стали 40ХН после точения и шлифования составляет 343 ед. HV для диаметра 40 мм, а после точения и алмазного выглаживания– 445 ед. HV.

Из этого следует заключение, что по показателю микротвердости HV наиболее предпочтительно применение деталей из стали 40ХН с точением и последующей обработкой алмазным выглаживанием.

Измерение шероховатости производилось на приборе профилометре-профилографе модели АБРИС-ПМ7, запись профилограмм производилась на ЭВМ.

На рисунке 3 показаны гистограммы изменения шероховатости Ra в зависимости от метода обработки для деталей из стали 40ХН.

На рисунке 4 представлены профилограммы поверхности этих деталей.

Гистограммы изменения шероховатости Rа в зависимости от метода обработки для деталей из стали 45: 1  точение; 2  точение + шлифование; 3  точение + алмазное выглаживание
Рисунок 3. Гистограммы изменения шероховатости Rа в зависимости от метода обработки для деталей из стали 45: 1 — точение; 2 — точение + шлифование; 3 — точение + алмазное выглаживание

Следующий показатель, который на наш взгляд оказывает влияние на долговечность валов пожарных насосов — это показатель шероховатости. Анализируя данные, представленные на рисунке 3, можем прийти к выводу, что и здесь применение в качестве финишной упрочняющей обработки алмазного выглаживания для валов из стали 45 позволяет получить лучший результат. Следует отметить, что и шлифование поверхности приводит к качественному увеличению чистоты поверхности.

Профилограммы поверхности детали из стали 45
Рисунок 4. Профилограммы поверхности детали из стали 45

На рисунке 5 показаны гистограммы изменения шероховатости Ra для деталей из стали 40ХН, а на рисунке 6 — их профилограммы.

Гистограммы изменения шероховатости Rа в зависимости от метода обработки для деталей из стали 40ХН: 1  точение; 2  точение + шлифование; 3  точение + алмазное выглаживание
Рисунок 5. Гистограммы изменения шероховатости Rа в зависимости от метода обработки для деталей из стали 40ХН: 1 — точение; 2 — точение + шлифование; 3 — точение + алмазное выглаживание

Анализируя полученные результаты исследования шероховатости поверхности вала пожарного насоса изготовленного из стали 40ХН, приходим к аналогичному выводу, как и в случае с валом из стали 45. В данном случае аналогично применение в качестве финишной упрочняющей обработки алмазного выглаживания для валов позволяет получить лучший результат. Показатель шероховатости снижается вплоть до 0,218 мкм.

Профилограммы поверхности детали из стали 40ХН
Рисунок 6. Профилограммы поверхности детали из стали 40ХН

Проведенные эксперименты по измерению величины шероховатости Rа поверхностей деталей из стали 45, 40ХН диаметром 40 мм позволили сделать следующие выводы: исходная величина шероховатости Rа после точения составляет у деталей из стали 45–0,799 мкм, стали 40ХН-0,649 мкм. После алмазного выглаживания величина шероховатости Rа у деталей из стали 45 составляет 0,3 мкм, а из стали 40ХН — 0,218 мкм.

Это значит, что по показателю величины шероховатости Rа предпочтительнее обработка алмазным выглаживанием у деталей из стали 45ХН.

Таким образом, при изготовлении наиболее ответственных деталей пожарно-технического оборудования, например, пожарных насосов, следует применять перспективные способы и методы обработки поверхностей деталей. В данной работе было доказано положительное влияние на качество обработанной поверхности алмазного выглаживания. С экономической точки зрения данный вид упрочняющей обработки является относительно не затратным. Для его выполнения не требуется дорогостоящего оборудования и оснастки.

Список литературы

  1. Полетаев В.А., Арефьев И.М., Казаков Ю.Б., Пахолкова Т.А. Исследование зависимости момента трения магнитожидкостного устройства от величины рабочего зазора. // Вестник ИГЭУ, Вып. 4 , Иваново, – 2013. – С.36–41.
  2. Топоров А.В., Полетаев В.А., Покровский А.А., Киселев В.В., Пучков П.В., Зарубин В.П. Новые конструкции комбинированных магнитожидкостных уплотнений. / 17-я Международная Плесская научная конференция по нанодисперсным магнитным жидкостям. – Сборник научных трудов. – 2016. – С. 421-429.
  3. Полетаев В.А., Киселев В.В., Топоров А.В. Упрочнение валов пожарных насосов нанесением металлизированных покрытий. / Пожарная безопасность: проблемы и перспективы. – 2014. – Т. 1. – № 1 (5). – С. 400-405.
  4. Киселев В.В. Определение интенсивности изнашивания поверхностей деталей пожарной техники, обработанных различными способами. / NovaInfo.Ru. – 2017. – Т. 1. – № 58. – С. 189-194.