Повышение эффективности шлифования торцовых уплотнений из карбидкремниевой керамики в насосах

• Автор: Пушкарев, Дмитрий Олегович
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 98 с. : 24 ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Перспективные керамические материалы торцовых уплотнителей, методы их абразивной обработки и контроля качества шлифованной поверхности

1.1. Износостойкие материалы на основе керамических тугоплавких соединений

1.2. Абразивная обработка высокотвердых керамических

материалов

1.3. Контроль качества изделий в процессах абразивной

обработки

1.4. Выводы и постановка задачи исследований

Глава 2. Приборы, оборудование и методики исследований

2.1. Общие положения
2.2. Прибор «Шлиф» для подготовки образцов для испытаний
2.3. Установка для исследований поверхностной прочности и
хрупкости керамических материалов методами микровдавливания и склерометрии
2.4. Выводы
Глава 3. Разработка образцов торцовых уплотнений и методологии контроля их качества в процессах абразивной обработки
3.1. Методология оценки эффективности шлифования
высокотвердых керамических материалов по энергетическому критерию их поверхностной хрупкости
3.2. Керамика на основе карбида кремния
3.3. Выводы
Глава 4. Разработка математической модели процессов шлифования керамических материалов
4.1. Общие положения
4.2. Механизм стружкообразования
4.3. Математическая модель
4.4. Решение математической модели
4.5. Выводы
Глава 5. Повышение эффективности шлифования карбидкремниевой керамики
5.1. Микрорезание
5.2. Динамометрирование
5.3. Качество обработанной поверхности
5.4. Влияние режимов шлифования на физико-механические
свойства поверхностных слоев керамических материалов
5.5. Исследование влияния вида СОЖ на силы шлифования
5.6. Прочность шлифованных изделий
5.7. Выводы
Заключение
Список литературы
Приложение
Акт внедрения
ВВЕДЕНИЕ

Процесс создания керамики для машиностроения за последние 20 лет вышел за рамки лабораторных исследований. В ней можно использовать наиболее широкий спектр композиционных материалов, компоненты которых могут значительно отличаться по своему составу и свойствам, а полученные изделия - принципиально новыми параметрами, которые не являются простой суммой свойств компонентов, что открыло широкие перспективы ее использования в новой технике и технологиях. Для изготовления керамики используются вещества, отличающиеся наиболее высокими температурами плавления, модулями упругости, химической стабильностью и высокотемпературной прочностью, что требует более сложной и совершенной технологии ее физико-технической и абразивной обработки.
Особо актуален указанный вопрос в нефтехимической промышленности применительно к торцовым уплотнениям центробежных насосов. В процессе перекачки нефтепродуктов, содержащих твердовзвешенные частицы, происходит абразивный износ поверхностей трения уплотнителей, что ведет к утечке жидкости и снижению эксплуатационных характеристик нефтяного оборудования.
При этом, важным ограничением по использованию высокотвердых композиционных материалов для указанных целей, в частности карбидкрем-ниевой керамики, является недостаточно полная разработка высокоэффективных процессов их алмазного шлифования и методологии контроля качества поверхностей изделий по физико-механическим характеристикам после обработки; проведение таких исследований является актуальной задачей.
Цель-работы состоит в повышении эффективности шлифования торцовых уплотнений из карбидкремниевой керамики в насосах.
Научшая новизна*. На основе комплексного исследования связи эксплуатационных характеристик алмазных зерен при шлифовании и физикомеханических свойств шлифованной поверхности износостойкой керамики

В этих работах трибологические характеристики и работоспособность пар трения SiC - SiC исследовались как при их работе без смазки (всухую), так и при использовании в качестве смазок водопроводной воды, четыреххлористого углерода (ССЦ), и таких химически активных жидкостей, как 5%-ый водный раствор соляной кислоты (HCI), и 10%-ый раствор едкого натра (NaOH). В этих условиях испытания пар трения SiC — SiC проводились в широком диапазоне удельных давлений (от 105 до 6-106 Па) и скоростей скольжения (от 1 до 16 м/с) [38]. Исследовались также и влияние температуры на трибологические характеристики пар рения SiC - SiC.
Свойства керамических материалов представляют собой итог взаимодействия различных типов дефектов структуры, поэтому при применении керамики в машиностроении требуется разработка критериев ее надежности как конструкционного материала и, прежде всего, критериев надежности ее прочности как по величине, так и по разбросу. Последовательное рассмотрение влияния отдельных дефектов структуры,, появляющихся на том или ином технологическом этапе изготовления машиностроительной керамики, позволяет целенаправленно изменять технологические режимы и разрабатывать новые технологические приемы, повышающие ее надежность.
Надежность керамики (как материала для машиностроения) определяется тем, что отдельные случайные дефекты, начиная от синтеза материалов до механической обработки уже готовых изделий, на каждом последующем технологическом этапе, как правило, не устраняются, а усугубляются. Такие дефекты, как раковины, трещины, неравномерность плотности, возникающие на стадии формования, в наибольшей мере проявляются после спекания, а брак спеченных изделий практически неустраним.
Для керамических материалов с их прочными химическими связями при низких температурах деформация затруднена и составляет в упругой области доли процента (рис. 1.4). Низкая упругая деформируемость керамики характеризует практическое отсутствие релаксации напряжений в вершине микротрещин за счет пластической деформации. В случае монокристаллов, обладающих