Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Сварка и родственные технологии

Диссертационная работа:

Киселев, Вадим Сергеевич. Повышение износостойкости наплавленных покрытий путём выбора рациональных технологических параметров на основе диагностики сверхзвуковых газопорошковых струй : диссертация ... кандидата технических наук : 05.02.10 / Киселев Вадим Сергеевич; [Место защиты: Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова].- Барнаул, 2010.- 129 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-5/1627

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность работы. Высокие механические и тепловые нагрузки, воздействие различных агрессивных сред на детали, сопровождающие работу технологического оборудования вызывают износ и повышенный риск возникновения аварий и техногенных катастроф в машиностроении и энергетике. Важнейший показатель надежности и долговечности оборудования - состояние поверхностного слоя его деталей, так как разрушение конструкционного материала начинается с его поверхности. Образование различных дефектов на поверхности изделия вследствие абразивного износа, воздействия активных сред и т.д. приводит к потере необходимых качественных характеристик деталей оборудования.

В мире большое распространение получил процесс напыления защитных покрытий сверхзвуковыми газовыми струями. В этом процессе используются напылительные порошки фракцией до 10 мкм, производимые исключительно за рубежом. Однако, как известно, все процессы напыления имеют существенный недостаток, ограничивающий их промышленное применение - вероятность отслоения покрытия из-за его относительно низкой прочности сцепления с основой.

Кардинально решить эту проблему возможно с помощью замены напылительных процессов наплавкой износостойких материалов, в частности новым эффективным процессом - сверхзвуковой газопорошковой наплавкой (СГП-наплавкой). Отличительной технологической особенностью СГП-наплавки является более высокая концентрация энергии газопламенного источника нагрева при увеличении скорости истечения газовых потоков на срезе сопла газопламенной установки. При этом влияние характеристик самого пламени на свойства наплавляемого защитного покрытия является очевидным.

Характерным для СГП-наплавки сплавов на основе никель-хром-бор-кремний фракции 40... 100 мкм является образование наплавленного защитного покрытия со структурой, представляющей Ni-матрипу с равномерно распределенными раздробленными карбидами. Это позволяет увеличить износостойкость поверхностей оборудования в 8... 12 раз.

В процессах сверхзвуковой газопорошковой наплавки главным технологическим инструментом получения покрытия является сверхзвуковая газопорошковая струя - сверхзвуковой поток горящей газовой смеси с летящими частицами порошкового сплава ПГ-СРЗ. На данный момент физические процессы горения различных топлив и горючих смесей достаточно изучены, однако мало внимания уделяется изучению физических процессов, происходящих в газопорошковых струях в технологических процессах нанесения защитных покрытий.

Выявление законов формирования защитного покрытия и коэффициентов влияния технологических и физических параметров газопорошковой струи в процессе СГП-наплавки на эксплуатационные свойства наплавленного покрытия позволит получать покрытие с заранее прогнозируемыми свойствами при обеспечении рационального диапазона режимов процесса.

Ввиду новизны и сложности процесса газопорошковой наплавки её технологические параметры практически не изучены. При этом, как показали предварительные исследования, основными технологическими параметрами являются: распределение температуры в факеле пламени и распределение порошковых частиц в пролетном пространстве сверхзвукового газопламенного потока. В этой связи актуальной является проблема обоснованного выбора диапазонов технологических параметров сверхзвуковой газопорошковой струи, при которых обеспечиваются наилучшие качественные характеристики наплавляемого покрытия.

Цель работы. Повышение износостойкости наплавленных покрытий, выполненных способом сверхзвуковой газопорошковой наплавки путём выбора рациональных технологических параметров на основе диагностики сверхзвуковых газопорошковых струй.

Для достижения сформулированной цели работы решались следующие научные и прикладные задачи:

1. Выявить основные критерии качества и технологические параметры
сверхзвуковой газопорошковой струи, наиболее сильно влияющие на
износостойкость наплавляемых покрытий.

  1. Провести анализ и обоснованный выбор методов исследования основных параметров сверхзвуковых газопорошковых струй.

  2. Разработать комплексную методику диагностики параметров сверхзвуковой газопорошковой струи.

  3. Установить зависимость структуры и износостойкости защитных покрытий от основных диагностируемых параметров сверхзвукового газопорошкового потока и определить рациональные режимы процесса наплавки.

Методы исследований. Для исследования сверхзвуковых газопорошковых струй и наплавленных ими покрытий в работе были применены стандартные и оригинальные методы: ротаметрия, оптическая пирометрия, эмиссионная оптическая спектроскопия, высокоскоростная фотосъемка, световая микроскопия, рентгеноструктурныи анализ покрытий, дюрометрия и метод испытания на абразивное изнашивание при трении о закрепленные абразивные частицы (ГОСТ 17367-71), а также программные продукты Lab VIEW 7.1, Origin 8.0, «Прогноз-техно».

Получение достоверных результатов достигалось использованием современного технологического оборудования, серийных и опытных приборов, компьютерной техники, стандартных методов экспериментальных и теоретических исследований, а также необходимым количеством повторений опытов.

Научная новизна работы:

1. Выявлены основные технологические параметры процесса сверхзвуковой газопорошковой наплавки порошковых сплавов системы Ni-Cr-B-Si фракцией 40... 100 мкм (общий расход Q, соотношение рабочих газов (3 и рабочее расстояние L) и критерии качества газопорошковых струй (длина факела пламени 1, температура пламени Т, плотность газопорошкового потока р), в наибольшей

степени влияющие на структурные характеристики и износостойкость наплавляемых покрытий.

2. Определены закономерности распределения интенсивности излучения
молекул Сг (полос Свана) и атомов углерода С в зависимости от режимов
сверхзвукового горения газовой смеси и газопорошковой наплавки по длине
пламени. Установлена зависимость интенсивности излучения от расхода Q и
соотношения (З рабочих газов (кислород/пропан) и рабочего расстояния от среза
сопла до наплавляемого изделия. На основании этого определен рациональный
диапазон значений рабочих расстояний L=20...30 мм от среза сопла и соотношений
рабочих газов (3=1,1... 1,3 для формирования качественных защитных покрытий.

3. Установлено, что покрытия, наплавленные порошковыми сплавами системы
Ni-Cr-B-Si на рекомендованных диагностированных технологических режимах
характеризуются мелкой карбидонасыщенной структурой на основе у-фазы,
отвечающей требованиям износостойкости, в отличие от дендритной структуры
покрытий, наплавленных на нерациональных режимах.

Практическая значимость работы.

1. Разработан комплексный алгоритм диагностики сверхзвуковых
газопорошковых струй, позволяющий выявить рациональные технологические
режимы процесса износостойкой наплавки.

2. Выявлены рациональные технологические режимы СГП-наплавки,
позволяющие наносить защитные покрытия на основе порошковых сплавов
системы Ni-Cr-B-Si фракцией 40...100 мкм на быстроизнашиваемых деталях
кавитационного оборудования.

3. Полученные результаты работы апробированы в процессе газопорошковой
наплавки износостойких покрытий на изнашиваемые поверхности лопастей
крыльчатки кавитационного насоса-измельчителя и переданы для внедрения в ООО
«Энерготех» (г. Барнаул). Расчетный экономический эффект от внедрения
разработанной технологии на одной крыльчатке составляет 16 тыс. рублей на один
насос в год.

Вклад автора состоит в анализе научной и технической литературы по исследуемой теме, постановке задачи исследования, выборе и разработке методик исследования, обработке полученных экспериментальных данных, формулировании основных выводов по работе.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на региональных, всероссийских и международных конференциях:

3-й Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь». - г. Барнаул, 2006, 2009 г.; Всероссийской конференции по приоритетному направлению программы «Энергетика и энегосбережение». - г. Томск, 2006 г.; The Thirteenth International Scientific and Practical Conference of Students, Postgraduetes and Young Scientists «Modern Techniques and Technologies». - Tomsk, 2007; IX Городской научно-практической конференции молодых ученых «Молодежь-Барнаулу». - г. Барнаул, 2008 г.; The Third International Forum on Strategic Technologies (IFOST-2008). - г. Новосибирск,

2008. Результаты диссертационного исследования выносились на обсуждение на объединённых научно-технических семинарах кафедр «Малый бизнес и сварочное производство» и «Автоматизированный электропривод и электротехнологии» АлтГТУ им. И.И.Ползунова.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 1 публикация в журнале из списка, рекомендованного ВАК, публикации в сборниках докладов на международных и региональных конференциях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов по работе, списка использованной литературы и приложений. Диссертация изложена на 129 страницах, в том числе содержит 74 рисунка, 30 таблиц, список литературы из 75 наименований.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net