Підвищення довговічності деталей нанесенням зносостійких покриттів плазмово-порошковим методом

При проведении исследований использованы методы определения механических свойств, структуры, микрораспределения компонентов покрытия и переходной зоны, а также методы математического моделирования температурных процессов обработки с разработкой специальных компьютерных программ. При разработке нового материала и оценки влияния параметров его обработки на свойства полученного покрытия использовали метод планирования эксперимента.

Оценено влияние параметров нанесения покрытий плазменно-порошковым способом. Получены уравнения регрессии, описывающие влияние скорости вращения детали, величины силы тока и проведения операции предварительной термообработки для снятия напряжений и стабилизации структуры на величину зоны термического влияния, уровень микротвердости и ее однородность по сечению покрытия, а также степень неоднородности структуры.

Показано, что наиболее высокая износостойкость деталей обеспечивается при формировании в структуре специальных карбидов Ме₂₃С₆, а также легированного цементита. Доля упрочняющей фазы составляет 6 - 8%. Методом микрорентгеноспектрального анализа установлено, что в предложенном материале карбид. Ме₂₃C₆ содержит до 43,9% Cr, Ме₃C - до 13% Cr.

Методом математического моделирования выполнена оценка температурного поля при нанесении покрытий плазменно-порошковым методом. Это позволяет получить картину влияния тепловложения в распределение температур, по сечению покрытия и переходной зоны. Оценено изменение структурных зон с учетом формируемого температурного поля.

Наибольшая эффективность применения плазменного метода достигается за счет использования плазменной дуги в качества источника тепла для предварительной обработки поверхности детали в сочетании с последующим нанесением покрытия.

Порошковая композиция на основе Fe легированная системой элементов Ni - Cr - Si - B - Mn - Mo - Cu, обеспечила повышение долговечности деталей в 1,5 раза по сравнению с деталями, изготовленными по существующей технологии (термообработка по режиму: нормализация с последующим поверхностным закаливанием и высоким отжигом). Параметры и технологические операции нанесения покрытий плазменно-порошковым методом обеспечивают оптимальные свойства и длину переходной и зоны термического влияния.

Экономический эффект от внедрение технологии восстановления коленчатых валов нанесением разработанного покрытия плазменно-порошковым методом при восстановлении 1000 шт составил 279093 грн.

Ключевые слова: долговечность, покрытие, материал, прочность сцепления, структура, фазовый состав, износостойкость, плазменно-порошковый метод.

Annotation

Kharyakov A. V. Increase of machine parts durability by coating wearproof coverages with the use of plasma-powder methods. - Manuscript.

Dissertation of a competitor for the academic degree of Candidate of Technical Sciences in speciality 05.02.01 “Science of Materials”. Kharkiv National Road Transport University. Kharkiv, 2007.

The dissertation is aimed at improving the performance attributes of machine components, i.e. crankshafts and universal joint crosses, by means of depositing coatings by the plasma-powder method.

It has been demonstrated that the highest wear resistance of components is secured upon formation of special carbides Me₂₃C₆, as well as of alloyed cementite, in the structure. The portion of the reinforcing phase constitutes 6 to 8 %. It has been determined using the method of X-ray microspectral analysis that Me₂₃C₆ contains 43,9 % of Cr, Me₃C - 13 % of Cr. Matrix of the coating represents a ferrite-pearlite structure.

Dependence of the influence of temperature treatment conditions on the alteration of the coating structure and the transitional area was established.

An assessment of the temperature field during the deposition of coatings by the plasma-powder method was carried out using the method of mathematical modeling. This enables to receive a picture of the influence of heat input into the distribution of temperatures, as per the section of coating and the transitional area. It provides a basis for recommending the parameters of treatment.

Using the method of experiment planning, the influence of the parameters of coatings deposited by the plasma-powder method was assessed. Regression equations have been obtained which describe the influence of the rotation speed of a component, the amperage value and conducting of the operation of preliminary thermal treatment for relieving the stress and stabilizing the structure on the size of the thermal influence area, its level of microhardness and uniformity along the section of coating.

The economic benefit resulting from the implementation of the technology of crankshaft reconstruction by means of depositing the developed coating by the plasma-powder method has amounted, upon the reconstruction of 1000 pcs., to 279093 UAH.

Keywords: service life, coverages, material, strength adhesion, structure, phase composition, wear resistance, plasma-powder method.