Исследование процессов и создание технологии воздушно-плазменного напыления с аэрозольным охлаждением крупногабаритных деталей

• Автор: Акиньшин, Сергей Иванович
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 180 с. : ил

Глава 1. состояние проблемы, цель и задачи исследования
1.1. Особенности условий работы рабочих органов строительно-дорожных машин (СДМ) и факторы, определяющие их износостойкость
1.1.1. Некоторые особенности условий работы и характерные
виды повреждений (износа) рабочих органов СДМ
1.1.2. Абразивный износ и факторы, определяющие износостойкость рабочих органов СДМ
1.2. Существующие методы повышения срока службы рабочих
органов СДМ
1.2.1. Конструктивные и эксплуатационные способы повышения срока службы рабочих органов СДМ
1.2.2. Технологические способы повышения срока службы
рабочих органов СДМ
1.3. Упрочнение деталей машин плазменным напылением
1.3.1. Факторы, определяющие прочностные свойства плазменных покрытий повышенной толщины
1.3.2. Повышение качества плазменных покрытий и особенности воздушно-плазменного напыления
1.3.3. Анализ методов упрочняющей обработки плазменных покрытий
1.3.4. Анализ методов регулирования остаточных напряжений
в плазменных покрытиях повышенной толщины
1.4. Выводы
1.5. Цель и задачи исследования
Глава 2. применяемые материалы и методика исследования
2.1. Экспериментальное оборудование и рабочие материалы
2.1.1. Экспериментальное оборудование и методика проведения опытов
2.1.2. Обоснование выбора рабочих материалов
2.2. Методика исследований физико-механических и триботехнических свойств покрытий
2.2.1. Методика определения прочности соединения покрытия
с основой
2.2.2. Методика определения твердости и микротвердости
2.2.3. Методика металлографического и рентгеноструктурного анализов
2.2.4. Оборудование и методика лабораторных испытаний
образцов и деталей при трении в абразивной среде
2.3. Методика эксплуатационных испытаний упрочненных рабочих

органов С ДМ
2.4. Выводы
Глава 3. математическая модель состояния системы
«ПОКРЫТИЕ-ОСНОВА» ПРИ ПЛАЗМЕННОМ НАПЫЛЕНИИ С ОХЛАЖДЕНИЕМ КЛИНОВИДНОГО ЗУБА
3.1. Математическая модель теплового режима зуба при нанесении покрытия плазменным напылением
3.1.1. Постановка задачи
3.1.2. Моделирование теплового режима для задачи полуограниченного тела
3.1.3. Моделирование теплового режима процессов ВПН и ВПНО
при зигзагообразном движении плазмотрона
3.1.4. Моделирование теплового режима процессов ВПН и ВПНО
при однонаправленном движении плазмотрона
3.2. Расчет охлаждения системы «покрытие основа» при ВПНО
3.2.1. Расчет необходимого расхода охлаждающей воды
3.2.2. Определение размерных параметров форсунки
3.3. Выводы
Глава 4. результаты экспериментальных исследований
4.1. Определение оптимальных технологических режимов
4.2. Изучение физико-механических и триботехнических свойств покрытий
4.2.1. Прочность соединения покрытия с основным материалом
4.2.2. Твердость и микротвердость покрытий
4.2.3. Металлографическое исследование и рентгеноструктурный анализ материалов покрытия
4.2.4. Исследование абразивной износостойкости покрытий
4.3. Выводы
Глава 5. реализация технологии воздушно-плазменного
НАПЫЛЕНИЯ С АЭРОЗОЛЬНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ
5.1. Основные положения технологического процесса по упрочнению коронки зуба ковша экскаватора методом ВПНО
5.2. Результаты натурных стендовых и эксплуатационных испытаний упрочненных коронок зубьев ковша экскаватора
5.3. Экономическое обоснование эффективности разработанной технологии ВПНО
5.4. Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

Актуальность темы. При изготовлении крупногабаритных деталей с упрочняющими покрытиями проблемой является получение износостойких толстослойных покрытий. Особо трудно это сделать при плазменном напылении на сложных поверхностях клиновидной формы, к которым относятся рабочие органы строительно-дорожных машин (СДМ).
Наиболее эффективным способом упрочнения этих деталей является воздушно-плазменное напыление (ВПН). Однако в мировой практике и отечественном машиностроении в настоящее время нет технологий одновременного нанесения упрочняющего покрытия на всю рабочую поверхность клина. Особо выделяется проблема равномерного нанесения покрытия на кромку зуба. Это связано с тем, что нет эффективных способов формирования высокопрочных толстослойных покрытий крупногабаритных зубьев и научно обоснованных режимов и условий их получения.
Известно, что плазменное напыление позволяет достичь твердости порядка 58...60 НДСэ и значительно повысить абразивную износостойкость. Вместе с тем, традиционный подход не позволяет получать толстослойные покрытия (более 1 мм) из-за больших значений возникающих остаточных напряжений, которые возрастают с ростом толщины наносимого слоя и могут привести к самопроизвольному отслаиванию покрытия. Это ограничивает способ применения плазменного, в том числе воздушно-плазменного напыления зубьев экскаваторов, у которых износ достигает до 3 мм и более.
Известно, что оплавление поверхности покрытия повышает прочность соединения с основой. Однако при этом из-за температурного воздействия снижается твердость покрытий. При искусственном отводе тепла из зоны оплавления или при управлении процессом перераспределения тепла плазменное покрытие приобретает достаточную адгезионную прочность и износостойкость. Поэтому необходимо создать способы нанесения покрытий с управляемым температурным режимом.
Упрочнение зубьев СДМ воздушно-плазменным напылением с искусственным охлаждением системы «покрытие - клиновидная основа» является

Глава 2. ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Экспериментальное оборудование и рабочие материалы
2.1.1. Экспериментальное оборудование и методика проведения опытов
Для проведения исследований толстослойных плазменных покрытий (толщиной более 1 мм) на поверхностях с клиновидной основой нами производилось напыление с аэрозольным охлаждением системы «покрытие-основа» как образцов, так и деталей. Ввиду того, что рабочая часть клиновидного зуба ковша экскаватора имеет плоские поверхности, а его режущая кромка форму полуцилиндра, для экспериментальных исследований использовали образцы прямоугольной и цилиндрической формы.
В качестве аппаратуры для плазменного напыления была использована созданная на кафедре ПРЭМ ВГЛТА установка воздушно-плазменного напыления с одновременным добавлением пропана в плазмообразующий воздух [97,143]. Как показали предварительные исследования, существующая конструкция питателя не обеспечивает подачу наносимого порошка на малых дистанциях напыления (менее 30 мм) из-за невозможности продавливать отражающие от основы слои газовой фазы. Кроме того, при использовании существующей анодной части плазмотрона происходит сдув оплавленного покрытия. Для устранения перечисленных недостатков нами была произведена доработка порошкового питателя и плазмотрона. Это включало установку в порошковом питателе герметизирующей крышки с впускным штуцером для подачи поддавливающего газа и замену перепускного краника на кран с диаметром большего пропускного сечения 5 мм (рис. 2.1). Это позволило плавно регулировать расход порошка и повысить производительность процесса. Плазмотрон выполнен на базе плазмотрона ЭДП-104 мощностью до 50 кВт конструкции Новосибирского института теплофизики РАН. Его доработка заключалась в изменении геометрических параметров анодной части и ис-