Повышение эксплуатационных свойств радиальных пар трения из высокопрочного чугуна на основе лазерной обработки

• Автор: Тихвинская, Анастасия Юрьевна
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 122 с. : ил.

2 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПОВЕРХНОСТНЫЙ СЛОЙ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА (ЭС) ДЕТАЛЕЙ МАШИН
1.1. Влияние физико-механического состояния поверхностного слоя на ЭС деталей машин
1.2. Характеристики условий эксплуатации электрических центробежных насосов (ЭЦН). Причины выхода из строя

1.3. Способы повышения ЭС ЭЦН на основе поверхностной обработки

1.4. Современные методы упрочнения концентрированными потоками энергии (КПЭ)

1.4.1. Общие вопросы обработки КПЭ

1.4.2. Особенности лазерного упрочнения (ЛУ) деталей машин

1.4.3. Анализ технологического оборудования для ЛУ

1.5. Цели и задачи исследования

1.6. ВЫВОДЫ
ГЛАВА 2. ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ МАТЕРИАЛА ПРИ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКЕ
2.1. Тепловые процессы в материалах при ЛУ
2.2. Методы решения задач теплопроводности при ЛУ
2.3. Моделирование зависимости теплофизических характеристик от температуры
2.4. Постановка и решение задачи теплопроводности
2.5. Температурные поля от движущегося теплового источника большой мощности
2.6. ВЫВОДЫ
3 ГЛАВА 3. МЕТОДЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Технологический комплекс для ЛУ
3.2. Металлографический и электронно-микроскопический анализ
структуры поверхностного слоя после ЛУ
3.3. Исследование физико-механических свойств упрочнённого
слоя методом микротвёрдости
3.4. Влияние ЛУ на износостойкость чугуна при граничном трении
3.4.1. Оборудование и лабораторные образцы
3.4.2. Методика проведения эксперимента
3.4.3. Статистическая обработка экспериментальных данных
3.5. ВЫВОДЫ
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ЛУ НА ЭС ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ
ДЕТАЛЕЙ МАШИН
4.1. Влияние режимов ЛУ на закономерности изменения структуры
и микротвёрдости по толщине поверхностного слоя
высокопрочного чугуна
4.2. Влияние режимов ЛУ на износостойкость поверхностного слоя
высокопрочного чугуна
4.3. Рекомендации по выбору режимов ЛУ для обработки
радиальных пар трения
4.4. Технико-экономические критерии внедрения лазерных
технологий
4.5. ВЫВОДЫ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение А
Приложение Б
Приложение В

ВВЕДЕНИЕ
В связи с интенсивным ростом потребления нефтепродуктов, на сегодняшний день особое внимание уделяется условиям добычи нефти и эксплуатации скважин. Согласно статистике 52,8% добычи нефти на территории Российской Федерации осуществляется при помощи электроцентробежных насосов (ЭЦН). Кроме того, в последнее время растёт доля находящихся в разработке сложно-построенных нефтяных залежей. Эксплуатация скважин в таких условиях сопровождается многочисленными трудностями. Повышение ресурса работы ЭЦН в условиях современной технологии механизированной добычи нефти является актуальной проблемой.
Как показывают исследования, основной причиной преждевременного выхода ЭЦН из строя при эксплуатации их в неагрессивных нефтепромысловых средах является абразивный износ колёс и направляющих аппаратов. Согласно статистике отказов, в конструкции насоса наиболее подвержена абразивному износу радиальная пара трения направляющего аппарата. Таким образом, повышение эксплуатационных свойств радиальных пар трения ЭЦН является актуальной проблемой.
Важная роль в обеспечении эксплуатационных свойств узлов трения машин и механизмов принадлежит комплексным исследованиям, связанным с разработкой и применением в производстве новых технологий механической и физико-технической обработки. Новые технологии обработки позволяют целенаправленно формировать поверхностные слои с заданными физико-химическими, механическими и триботехническими характеристиками.

Для выполнения данной цели в диссертационной работе были поставлены следующие задачи:
1. Провести анализ факторов, определяющих эксплуатационные свойства поверхностного слоя радиальных пар трения из высокопрочного чугуна. Установить область применимости ЛО для повышения эксплуатационных свойств деталей из высокопрочного чугуна.
2. Провести анализ трёхмерных тепловых полей в зоне лазерного воздействия на основе решения методом конечных разностей нелинейного уравнения теплопроводности. На основе проведённых расчётов установить температурные условия протекания структурно-фазовых превращений в поверхностном слое чугуна марки ВЧ-50.
3. Провести исследования структуры, микротвёрдости и износостойкости радиальных пар трения из высокопрочного чугуна после ЛО с различными режимами.
4. Установить закономерности формирования эксплуатационных характеристик поверхностного слоя высокопрочного чугуна после ЛО, и их зависимости от режимов ЛО.
5. Разработать методику управления режимами ЛО, обеспечивающих получение требуемых характеристик поверхностного слоя, применительно к заданным условиям эксплуатации радиальной пары трения.
6. Разработать технологию лазерного упрочнения радиальных пар трения из высокопрочного чугуна электрических центробежных насосов.