O перспективных способах упрочнения деталей пожарных насосов

№78-1,

технические науки

Одним из эффективнейших методов упрочнения является по-верхностное пластическое деформирование, которое существенно изменяет состояние и свойства поверхностных слоев. Мощный импульс получили также применение газотермических методов нанесения покрытий в связи с развитием плазменных и детонационных технологий напыления самых различных порошковых материалов.

Похожие материалы

Одним из эффективнейших методов упрочнения является поверхностное пластическое деформирование, которое существенно изменяет состояние и свойства поверхностных слоев. 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.

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.

Снижение металлоемкости, повышение надежности и долговечности деталей машин и конструкций тесно 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 цело стности 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 изготовления деталей насосов для воды за счет улучшения их эксплуатационных характеристик путем применения упрочняющей обработки, включающей нанесение металлизированного покрытия и последующей обработки их алмазным выглаживанием и импульсным магнитным полем.

Как правило, разрушается только рабочая поверхность деталей (втулки, валы), которая контактирует с подшипниками и с жидкой массой. В основном эти детали изготавливают из дорогостоящих легированных сталей. Качество поверхности из этих сталей уже нельзя существенно увеличить за счет легирования или термической обработки. Поэтому дальнейшее улучшение качества рабочих поверхностей деталей агрегатов возможно только за счет замены легированных сталей на другую сталь, например сталь 45 более дешевую, и применения многокомпонентных покрытий.

Нанесение металлизированных покрытий на поверхности валов и втулок осуществлялась на металлизаторе ЭДМ-5М. 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.

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

Объектами исследования являлись металлические втулки, изготовленные из стали 45 с покрытием и без покрытия. 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.

Детали насосов испытывают воздействие факторов внешней среды: агрессивных газов и аэрозолей, морской воды, отделочных растворов и т.п. При этом у деталей разрушается рабочая поверхность, контактирующая, например, с жидкостью. Поэтому повышение коррозионной стойкости деталей насосов также является важной актуальной задачей, решение которой позволит увеличить надежность насосов.

Все вышеизложенное и полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что нанесение металлизированного покрытия и последующего алмазного выглаживания приводит к повышению износостойкости деталей насосов в 1,5-2 раза.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что описанные методы упрочнения являются перспективными и могут найти свое применение и при изготовлении валов пожарных насосов.

Список литературы

  1. Киселев В.В., Топоров А.В., Пучков П.В. Повышение надежности пожар-ной техники применением модернизированных смазочных материалов // По-жаровзрывобезопасность. – 2010. – Т. 19. – №2. – С. 50 – 53.
  2. Киселев В.В., Полетаев В.А. Исследование триботехнических характери-стик металлосодержащих присадок к маслам, используемым в электрических машинах // Вестник ИГЭУ. – 2011. – Выпуск 2. – С. 65 – 67.
  3. Гаркунов Д.Н. Триботехника. – М.: Машиностроение, 1999. – 336 с.