СЦБИСТ - железнодорожный форум, блоги, фотогалерея, социальная сеть
Вернуться   СЦБИСТ - железнодорожный форум, блоги, фотогалерея, социальная сеть > Уголок СЦБИСТа > Книги и журналы > Wiki > xx2

Ответ   m.scbist.com - мобильная версия сайта  
 
В мои закладки Подписка на тему по электронной почте Отправить другу по электронной почте Опции темы Поиск в этой теме
Старый 28.07.2019, 07:36   #1 (ссылка)
Crow indian
 
Аватар для Admin


Регистрация: 21.02.2009
Возраст: 40
Сообщений: 26,701
Поблагодарил: 393 раз(а)
Поблагодарили 5682 раз(а)
Фотоальбомы: 2569
Записей в дневнике: 425
Репутация: 126067
По умолчанию

[07-2018] Нанотехнологии для ремонта деталей и узлов оборудования


Нанотехнологии для ремонта деталей и узлов оборудования


Д-р техн, наук В.А. КОРОТКОВ, Нижнетагильский филиал Уральского федерального университета
Э.Ж. АГАФОНОВ, ООО «Композит», г. Нижний Тагил


В статье изложены результаты лабораторных исследований и производственных испытаний по применению нанотехнологии карбонитрации, определению износостойкости карбонитрированных деталей в различных условиях ремонтного производства.
Сначала XX века известно упрочнение поверхностей деталей азотированием в расплаве цианида калия, которое из-за высокой ядовитости применялось ограниченно. На Западе практиковалось разбавление цианида безвредным цианатом, но эта мера токсичность процесса существенно не уменьшала. Радикальное решение проблемы в начале 1970-х годов разработано проф. Д.А. Прокошкиным (а.с. 576350, СССР). Чтобы полностью заменить токсичный цианид безвредным цианатом, была применена активация расплава воздухом, что дало увеличение его реакционной способности. Новый способ назван «карбонитрацией».

Она, как и азотирование, является финишной обработкой, т.е. её проводят готовым деталям, что избавляет от трудоемкой окончательной шлифовки. Продолжительность карбонитрации (1 — 4 ч)

существенно меньше газового азотирования (50 ч). Другим ее преимуществом является то, что не требуется предварительной столь тщательной очистки деталей, как перед газовым азотированием. Это делает карбонитрацию привлекательной для применения в мелкосерийном производстве запасных частей, ремонте.

Одними из первых опробование карбонитрации провели на Волжском автомобильном заводе. Замена цементации на карбонитрацию в 10 раз увеличила износостойкость пары трения «распределительный вал (закаленный чугун) — рычаг клапана (цементированная сталь 18ХН2М)» [1 ]. Однако в настоящее время карбонитрация остается малоизвестным процессом упрочнения среди широкого круга железнодорожников, каким она была сразу после ее разработки в 1970-е годы.

Судя по имеющейся у нас информации, участки карбонитрации сейчас создаются, в том числе в рамках нанотехнологической части программ технического перевооружения производств, им-портозамещения, но конструкторы и технологи от внесения ее в требования чертежей и техпроцессов все еще нередко воздерживаются. Причина видится не только в недостаточной осведомленности конструкторов или технологов, но и в отсутствии признанных требований:

- к толщине и твердости карбонитрированного слоя;

- к предварительной термической обработке перед карбонитрацией;

- к механической обработке карбонитрированных деталей.

Поэтому необходимо обсуждение широким кругом специалистов рациональных требований к слою карбонитрации, назначение рекомендаций к предварительной термической обработке и финишной механообработке карбонитрированных деталей.

Твердость, износо- и коррозионная стойкость карбонитрированных деталей

На поверхности деталей при азотировании и карбонитрации образуется слой нитридных соединений (карбонитрида, рис. 1), твердость которого (Н V 800 —1100) существенно превосходит твердость находящегося под ним диффузионного слоя, насыщенного азотом (HV 300 — 600). Твердость и толщина азотированного слоя зависят от марки стали и длительности процесса.

В источниках [2, 3] показано, что карбонитрация обычно проводится при температуре около 570 °C, при этом изменение времени карбонитрации в пределах 1... 12 ч не оказывает существенного влияния на толщину упрочнения [4]. Толщина слоя карбонитрида (2 — 10 мкм) существенно меньше толщины (0,2 — 0,4 мм) диффузионного слоя.

Измерение твердости на приборах Роквелла и Бринелля, применяемых в производственных условиях, сопровождается продавливанием поверхности примерно на 150 и 250 мкм соответственно, что существенно превышает толщину поверхностного карбонитрида и искажает результат. Поэтому измерять твердость азотированной поверхности принято по шкале Виккерса на исследовательских микротвердомерах, например, ПМТ-3. Это делают в лабораторных условиях на полированных поперечных шлифах, которые приготавливают на образцах-свидетелях, азотируемых вместе с партией деталей.

В 90-х годах XX века появились переносные ультразвуковые измерители твердости типа УЗИТ-З. Их принцип действия основан на зависимости резонансной частоты магнитострикционного стержня с алмазной пирамидкой, внедряемой в поверхность изделия, от площади контакта пирамидки с изделием. Глубина проникновения алмазной пирамидки в изделие (10 мкм) сопоставима с толщиной слоя карбонитрида, что позволяет применить его для измерения твердости карбонитрированных поверхностей, в том числе прямо на карбонитрированных деталях не в лабораторных, а в производственных условиях [4]. Значения твердости карбонитрированных поверхностей для различных материалов приведены в табл. 1.

Применение переносных ультразвуковых приборов типа УЗИТ-З позволяет без существенного удорожания осуществлять в производстве 100%-ный контроль карбонитрированных деталей.

Испытания (машина трения МИ-1М) проводились при сухом трении по схеме «диск — колодка», с частотой вращения диска 425 об/мин, этапами по 5 мин: первые четыре —с нагрузкой 20 кгс, пятый — 30 кгс. После каждого этапа выполнялось взвешивание и определялся износ образцов. Колодки изготавливались из нормализованной стали 45, диски — из той же стали 45 в различном состоянии. В каждом сочетании испытывалось по три пары образцов; анализ проводился по средним значениям. Закалка с отпуском (улучшение) и нормализация выполнены по типовым режимам, карбонитрация — при температуре 570 °C в течение двух часов.

Результаты испытаний приведены на рис. 2, по которому можно отметить следующее. Диски из стали 45 в нормализованном состоянии на каждом этапе изнашивались примерно одинаково, т.е. приработки дисков в начале испытаний не произошло. Улучшение (закалка с высоким отпуском) по сравнению с нормализацией увеличило износостойкость: на первом этапе приработки — в 1,3 раза (1,692/1,273 г), а по результатам пяти этапов испытаний в течение 25 мин — в 1,7 раза (6,35/3,768 г).

Кривая износа после второго этапа несколько уменьшила наклон, что указывает на некоторую приработку дисков в начале испытаний. Карбонитрация в 20,1 раза (1,692/0,084 г) увеличила износостойкость дисков на первом этапе приработки и в 48,1 раза (6,35/0,132 г) — по результатам 25 мин испытаний. Во всех парах трения увеличение нагрузки в последние 5 мин испытаний существенного влияния на износ не оказало.


Износ колодок в паре с карбонитрированными дисками в результате 25 мин испытаний снизился в 23,7 раза (0,829/0,035 г) по отношению к износу в паре без карбонитрации. Таким образом, карбонитрация существенно (в десятки раз) снижает износ не только карбонитрированных, но и сопрягаемых неупрочненных поверхностей.

Значительное замедление износа в результате карбонитрации объясняется изменением механизма изнашивания. Поверхности в парах трения без карбонитрации имели возможность «схватываться», т.е. образовывать выступами микронеровностей точечные сварные соединения, которые после разрушения создавали абразивный фактор, ускоряющий износ. Исключение явлений схватывания за счет упрочнения карбонитрацией привело к более медленному изнашиванию по механизму усталостного диспергирования [5].

Карбонитация в условиях солевого воздействия увеличивает коррозионную стойкость до уровня гальванического хрома. При сухом трении и в присутствии смазки она снижает коэффициент трения до полутора раз. Вероятным объяснением этому названо уменьшение пластического течения в зоне контакта с карбонитридом высокой твердости [6,7].

Экономические мотивы к применению карбонитрации

Экономический эффект от применения карбонитрации возникает как у производителя, так и у потребителя запасных частей, ремонтников. У производителя запчастей карбонитрация дает снижение трудоемкости, а, следовательно, и себестоимости их производства. Снижение трудоемкости происходит от сокращения технологических и транспортных операций: вместо девяти наименований остаются только пять (табл. 2). Так, применение карбонитрации вместо закалки токами высокой частоты (ТВЧ) валиков (сталь 45) рессорного подвешивания тележки экипажной части тепловозов ТЭМ2 и ТГМ, обеспечило требуемую твердость HRC 48. Одновременно внедрение технологии карбонитрации снизило стоимость упрочнения в 3 раза (за счет исключения финишной механообработки после закалки ТВЧ) и увеличило наработку валиков в 1,6 раза.

Иногда сложная конструкция деталей или штампов делает их склонными к образованию трещин и деформаций при объемной закалке или ТВЧ, что заставляет применять их без упрочнения. Это имело место со штампом (сталь 40Х) для формирования угла каната грузовых и стреловых барабанов кранов. Применение карбонитрации увеличило наработку штампов от 1,5 до 8 мес.

Одна из особенностей карбонитрации заключается в увеличении твердости даже нелегированных (недорогостоящих) сталей, (см. табл. 1). Это дает возможность одновременно с включением карбонитрации в технологический процесс заменить дорогостоящие улучшаемые конструкционные стали (типа 40Х) экономичными углеродистыми (типа 30), так как значения их твердости после карбонитрации соответствуют твердости улучшенных конструкционных сталей (HRC 35).

У потребителя запасных частей экономия от карбонитрации возникает в результате сокращения их расхода вследствие увеличения сроков службы. Например, расход валов-шестерней редуктора перемещения станков на Качканарском горно-обогатительном комбинате СБШ-250 в результате замены закалки ТВЧ карбонитрацией сократился в 6 раз. Одновременно произошло сопутствующее сокращение времени ремонтных простоев станков. Это увеличило их рабочий фонд времени, что позволило при возросшем на 16 % объеме работы (для выполнения плана по увеличению производительности оборудования) обходиться меньшим на 17 % числом станков (рис. 3).

Шлицевые барабаны (сталь 45ФЛ) и шестерни (сталь 38ХС, 40Х, 38ХМ) к бортовым редукторам Т-25 и Т-35 при закалке ТВЧ получали коробление, которое устранялось трудоемкой механообработкой завышенных припусков. Карбонитрация, не вызывающая деформаций, сделала ненужными доводочные операции и одновременно позволила увеличить гарантию по наработке редукторов не менее чем в 1,7 раза.

Сателлиты и солнечные шестерни планетарного редуктора поворота платформ спецоборудования предусматривают дорогостоящие операции цементации и финишной шлифовки зубьев. Кроме того, перед протяжкой шлицев на внутренней поверхности необходимо удаление цементированного слоя проточкой, после чего шлицы остаются в неупрочненном состоянии. Карбонитрация как финишная операция устранила трудоемкую механообработку закаленных и цементированных поверхностей, что на 30 — 40 % снизило себестоимость изготовления.

Планетарные редукторы МР 2-315 применяются на шаржирмашинах, обслуживающих прессы. Редукторы, собранные из улучшенных деталей (гибкие венцы, сателлиты, валы-шестерни, входные валы), отправлялись в ремонт каждый квартал, но после применения карбонитрации наработка увеличилась до 4 — 5 лет.

Карбонитрация способна увеличить прочность и сопротивление вытяжке резьбовых соединений. Так, половины корпусов конусной дробящей машины Н6500 скрепляются в целое комплектом (40 шт.) болтовых соединений М42. Износ сопрягаемых поверхностей корпусов увеличил нагрузку на болты, которые начали разрушаться через 7 суток. Разрушению предшествовало пластическое удлинение болтов, что предопределило ежесменный контроль их затяжки. Карбонитрация болтов повысила поверхностную твердость от НВ 160 до НВ 430, что устранило их вытяжку и вдвое (до 14 суток) увеличило срок службы.

Заключение

Карбонитрация имеет важные преимущества перед другими видами поверхностного упрочнения. Она, как азотирование, не дает деформаций, но менее трудоемкая — 2 ч вместо 50 ч. Карбонитрация увеличивает износостойкость стали 45 по сравнению с нормализованным и улучшенным состоянием, соответственно, в 48,1 и 20,1 раза. Одновременно до уровня гальванического хрома возрастает коррозионная стойкость и до полутора раз уменьшаются потери на трение. С применением переносных ультразвуковых твердомеров типа УЗИТ-З контролю качества без существенных затрат могут подвергаться 100 % карбонитрированных деталей.

Эффект от применения карбонитрированных запасных частей состоит не только в сокращении расходов на детали, но и в увеличении объемов наработки локомотивов, производственного оборудования благодаря удлинению межремонтных периодов за счет уменьшения простоев при проведении технического обслуживания и ремонтов.

Библиография

Тихонов А.К. Химико-термическая обработка в массовом производстве. //Металловедение и термическая обработка металлов, 1996. - №1. - С.15 —18.

Прокошкин Д.А. Химико-термическая обработка металлов — карбонитрация. М.: Машиностроение - Металлургия, 1984. - 240 с.

Азотирование карбонитрирование. / Р. Чаттержи-Фишер и др. Пер с нем. под ред. Супова А.В. // М.: Металлургия, 1990. - 280 с.

Коротков В.А. Исследование износостойкости карбонитрированныхдеталей. //Трение и износ, 2013. Том 34. №1. С. 37 —42.

Гаркунов Д.Н. Триботехника. - М.: Машиностроение, 1999. - 336 с.

Исследование влияния карбонитрирования на снижение коэффициента трения. / Юсупов Р.Р., Жиркин Ю.В., Мироненков Е.И., Губарев Е.В. //Актуальные проблемы современной науки,техники и образования. 2014. Т. 1. № 1. С. 214 — 216.

Исследование влияния карбонитрирования на коэффициент трения зубчатых передач на основе физического моделирования. / Жиркин Ю.В., Юсупов Р.Р., Султанов Н.Л., Мироненков Е.И. // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2013. № 11. С. 21 —25.
__________________
Если не можете скачать файл... / Наше приложение ВКонтакте / Какими программами открывать скачанное? | Распоряжения 1
Admin вне форума   Ответить с цитированием 12
Похожие темы
Тема Автор Раздел Ответов Последнее сообщение
[08-2018] Нанотехнологии плазменной закалки деталей железнодорожной техники Admin xx2 0 25.06.2019 22:06
=Инструкция= ПКБ ЦТ.06.0090 Разработка технологических процессов для технического обслуживания и текущего ремонта локомотивов, их агрегатов, узлов или деталей Admin Тяговый подвижной состав 0 29.11.2015 18:57
Виды документов по разработке технологического процесса ремонта узлов и деталей ЭПС Марина Кусковская Ремонт электровозов 1 16.04.2014 21:12
=Диплом= Разработка технологии и организация контроля качества ремонта деталей и узлов пассажирских вагонов на Новороссийском вагоноремонтном заводе Admin Студенту-вагоннику 0 07.09.2011 21:04
=Контрольная работа= Неразрушающий контроль и диагностирование узлов и деталей в вагонном хозяйстве Admin Студенту-вагоннику 0 01.04.2011 06:49

Ответ

Метки
локо0718


Здесь присутствуют: 1 (пользователей: 0 , гостей: 1)
 
Опции темы Поиск в этой теме
Поиск в этой теме:

Расширенный поиск

Ваши права в разделе
Вы не можете создавать новые темы
Вы не можете отвечать в темах
Вы не можете прикреплять вложения
Вы можете редактировать свои сообщения

BB коды Вкл.
Смайлы Вкл.
[IMG] код Вкл.
HTML код Выкл.
Trackbacks are Вкл.
Pingbacks are Вкл.
Refbacks are Выкл.



Часовой пояс GMT +3, время: 14:39.

СЦБ на железнодорожном транспорте Справочник  Сайт ПГУПС
сцбист.ру сцбист.рф

Лицензия зарегистрирована на scbist.com
СЦБИСТ (ранее назывался: Форум СЦБистов - Railway Automation Forum) - крупнейший сайт работников локомотивного хозяйства, движенцев, эсцебистов, путейцев, контактников, вагонников, связистов, проводников, работников ЦФТО, ИВЦ железных дорог, дистанций погрузочно-разгрузочных работ и других железнодорожников.
Связь с администрацией сайта: admin@scbist.com
Powered by vBulletin® Version 3.8.1
Copyright ©2000 - 2022, Jelsoft Enterprises Ltd.
Powered by NuWiki v1.3 RC1 Copyright ©2006-2007, NuHit, LLC Перевод: zCarot
Advertisement System V2.4