Повышение износостойкости деталей гидроагрегатов трактора

Следует отметить, что практическое применение могут иметь только оксиды, покрывающие поверхность сплошным слоем. Оксидная пленка, получаемая при температуре оксидирования 550°С более плотная, с малым количеством дефектов и обладает лучшей адгезионной прочностью, что позволяет считать температуру 550°С предпочтительной для парооксидирования.

Рис. 2.11. Дифрактограмма поверхности азотированного (580°С; 3 ч.) с последующим оксидированного (550°С; I ч.) образца из стали 45. Излучение FeK.

Рис. 2.12. Дифрактограмма поверхности азотированного ( 580°с_; Зч.) с последующим оксидированного ( 580°С; I ч.) образца из стали 45. Излучение FeK

Pиc. 2.13. Дифрактограмма поверхности азотированного (580°С; 3 ч.) с последующим оксидированного (620°С; 0,5ч.) образца из стали 45. Излучение FeК.



Рис. 2.14. Изменение интенсивности линий Ге₃0₄(ЗП); Ге₂0₃(II2); FeO(200) по толщине оксидного слоя. Азотирование - 580°С; 3 ч,, оксидирование - 580°С; 0,5 ч. Излучение СоК.

Рис. 2.15. Изменение интенсивности линий Fе₃0₄ (3II) и Fе₂0₃(II2) характеризующее изменение содержания л о соответствующей фазы в поверхностном слое в зависимости от времени оксидирования при температуре оксидирования 580°С (---) и 550°С (---) после предварительного азотирования при температуре 580°С в течение 3 часа. Излучение СоК

Процессы, протекающие в азотированном слое при деазотировании

После проведения процесса парооксидирования азотированного слоя диффузионный слой состоит из оксидной и нитридной зон. Особенности формирования оксидной зоны были рассмотрены в предыдущем разделе.

В настоящем разделе исследуются изменения фазового состава (соотношение и г'- фаз, изменение параметра решетки Ј - фазы) в нитридной зоне нитрид-оксидного покрытия, т.е. в зоне расположенной под оксидной пленкой.

Чтобы выделить из суммарной картины изменения фазового состава при парокосидировании эффекты, связанные непосредственно с процессом оксидирования (воздействием кислорода),

часть азотированных образцов выдерживалась при температурно-временных режимах, соответствующих процессу парооксидирования в инертной атмосфере (диссоциированного аммиака), что позволило исследовать процессы, протекающие при дезотировании. При изотермической выдержке азотированного слоя имеет место диссоциация нитридов (деазотирование). Выделяющийся азот диффундирует в двух направлениях от концентрационного максимума в слое, при этом изменение концентрации азота в слое приводит к изменению соотношения е и г^Ч -фаз. Результаты деазотирования определяются температурой, временем выдержки и составом атмосферы.

Микроструктурные исследования показали (рис.3.16), что при температуре до 550°С процессы деазотирования отличаются большой инерционностью, заметных изменений в структуре нитридной зоны не наблюдается.

При температуре деазотирования 580°С интенсифицируются процессы диссоциации нитридов, поверхностная пористая часть нитридного слоя - фазы чернеет, что свидетельствует об образовании деазотированного слоя.

При увеличении температуры до 620°С диссоцирует не только - нитрид, но и г^Ч -Фаза что приводит к образованию деазотированного слоя на большую толщину нитридной зоны и к уменьшению обшей толщины деазотированного нитридного слоя.

С увеличением времени выдержки при деазотировании процесс диссоциации нитридных фаз происходит более полно, вплоть до образования на поверхности Fе. Результаты рентгеновского исследования поверхности деазотированных при различных выдержках образцов стали 45 представлены на рис.3.17. Показано, что уже при 15 мин. выдержки при температуре деаэотирования 580°С полностью диссоцирует - фаза, а при выдержке более 30 мин. начинается диссоциация нитрида Fe₄N. Образование на поверхности при диссоциации нитридов Fe подтверждается результатами послойного рентгеновского анализа (рис.2.18)» где отмечается существенное увеличение интенсивности дифракционного максимума Fe в поверхностной зоне при увеличении времени деазотирования до I часа. При послойном анализе также выявлено существенное увеличение интенсивности рефлекса г^Ч -фазы в нитридной зоне при выдержке 30 минут и увеличение толщины зоны нитридов.

После азотирования при температуре 580°С в нитридной зоне образуются два изоморфных гексагональных нитрида, обозначаемые как и ^Ч- фазы. При этом на дифраитограммах наблюдается расслоение рефлексов

- фазы. Фаза рефлекса которой соответствует большим углам отражения В, обозначается как - фаза (рис.2.19). Согласно литературным данным [69] - фаза Fe_xN отличается широкой областью гомогенности и в зависимости от концентрации азота X изменяется от 2 до 3,5 на границе с г^Ч - фазой (около 6% по массе). Фаза ' является вероятно карбонитридной фазой, т.к. фаза с такими же параметрами решетки образуется при нитроцементации Fе-.



Рис. 2.16. Микроструктуры азотированного (а) и деазотированных (б, в, г) слоев в атмосфере диссоцированного аммиака продолжительностью 0,5 часа при температурах: б - 550°С, в - 580°С, г - 620°С.

На рис.2.20 представлены дифрактограммы образцов Fe (а) и стали 45 (б) после азотирования при 570°С продолжительностью I час в атмосфере чистого аммиака и после нитроцементации в атмосфере с добавками пропана (C₃H₄) (рис.2.21) по данным Е.Я.Тимошенко. Показано, что фаза аналогичная на Ге появляется при насыщении в атмосфере (40NH₃ + 60% C₃H₈) (рис. 2.21, а), а на стали 45 частично выявляется при насыщении в атмосфере чистого аммиака (рис.2.20, б) и отчетливо проявляется при насыщении в атмосфере аммиака с добавкой 10% (об.) пропана. Это позволяет сделать заключение о карбонитридном характере '- фазы, полученной при насыщении стали 45 в аммиаке при температуре 580°С.



Рис. 2.17. Изменение интенсивности линий г^Ч (200); е^Ч (101) и Fe(110) при изменении продолжительности выдержки при деазотировании в атмосфере диссоцириванного аммиака при 580°С. Предварительное азотирование при 580°С, 3 ч. Излучение СоК.

При послойном анализе азотированных образцов стали 45 наблюдается увеличение интенсивности рефлексов - фазы в конце нитридного слоя, где отмечается повышение концентрации углерода в результате оттеснения его при диффузии азота от поверхности в глубь образца (рис.2.22).



Рис.2.18. Изменение интенсивности линяй: Fe(110); г¹ г¹ (200); е (101) по толщине нитридного слоя, характеризуещее изменение соотношения фаз в нитридном слое при времени деазотирования - 15 мин,(1 ), 30 мин.(2 ) и 60 мин..(3 ). Азотирование - 580°С; Зч. Излучение СоК.

При деазотировании наблюдается диссоциация поверхностного высокоазотистого - нитрида (Fe_2-3N) однако рефлексы ' - фазы стабилизированной углеродом отмечаются по всей толщине нитридной зоны вместе с - фазой (рис.2.18).

Рис. 2.19. Дифрактограмма поверхности азотированных образцов при 580°С в течение 3 часов. Сталь 45. Излучение СоК

Процессы протекающие в нитридной зоне при парооксидировании

Отметив изменения, происходящие в азотированном слое при деазотировании, т.е. при изотермической выдержке в инертной атмосфере при температуре соответствующей парооксидированию, можно выявить те изменения которые обуславливаются диффузией кислорода при парооксидировании.

Следует отметить, что при микроструктурном исследовании азотированных, деаэотированных и парооксидированных слоев каких-либо существенных изменений в нитридной зоне, кроме некоторого увеличения ее протяженности при деазотировании и парооксидировании (причем практически одинакового для этих видов обработки) не наблюдается.

Рис. 2.20. Дифрактограмма поверхности азотированных образцов в атмосфере аммиака при 570С в течение I часа: а - техническое железо, б - сталь 45. Излучение СоК.

Рис. 2.21. Дифрактограммы поверхности азотированных при 570 С в течение I часа: а - в атмосфере (40%NН₃ + 60% C₃H₈) на техническом железе; б - в атмосфере (90% NН₃+ 10% C₃H₈) на стали 45. Излучение СоК.



Рис. 2.22. Изменение интенсивности линий фаз: Fe (110); г^Ч - FеN(200); е, е^Ч (101), отражающее изменение содержания фаз по толщине нитридного слоя. Азотирование - 580°С; Зч, Излучение СоК.

При рентгеновском исследовании фазового состава парооксидированных нитридных слоев обнаружены некоторые особенности.

Во-первых при послойном рентгеновском анализе выявлено, что увеличение обшей толщины нитридной зоны и количества г'-фазы при деазотировании и парооксидировании при температуре 580°С в течение 30 минут приблизительно одинаково (рис.2.18 и 2.23). Это свидетельствует о том, что увеличение толщины зоны соединений после парооксидирования является следствием протекающего при изотермической выдержке процесса деаэотирования.

На рис. 2.24 показаны изменения соотношения ' -и г"-фаз в зоне соединения при температурах 550 и 580°С при различных продолжительности процесса парооксидирования. Показано, что содержание в нитридной зоне ' - фазы больше, чем г' - фазы при температуре парооксидирования 550°С и наоборот при температуре 580°С при интенсивной диссоциации - фазы растет содержание гЧ- фазы.

Рис. 2.23. Изменение интенсивности линий Fe (110), г (200)1 е, е^Ч, е^ЧЧ,(101) отражающее изменение содержания фаз по толщине нитридного слоя. Азотирование: 580°С; 3 ч. + оксидирование: 580°С; 0,5 ч. Излучение СоК.

В настоящее время имеется мало данных о влиянии количественного соотношения долей - и г' - нитридов в зоне соединения на его износостойкость и коррозионную стойкость.



Рис. 2.24. Изменение интенсивности линий г'(200) е¹(101) характеризующее изменение содержания соответствующей фазы в поверхностном слое в зависимости от времени оксидирования при температуре оксидирования 550°С (---) и 580°С (---). Предварительное азотирование при 580°С в течение 3 ч. Излучение СоК.

Рис. 2.25. Дифрактограмма поверхности азотированных яря 580°С в течение 3 ч. и оксидированных при 580°С в течение 0,5 часа образца из стали 45. Излучение СоК.

Однако, согласно [70] для слоев соединений, с большей долей - нитридов можно ожидать более высокой износостойкости и коррозионной стойкости, чем для слоев с большей долей г^Ч - нитридов.

При парооксидировании азотированных слоев наблюдается дальнейшее уменьшение параметров решетки - нитридов. Так, если при азотировании значения параметров решетки высокоазотистого - нитрида а = 0,274 нм, С = 0,439 нм, при два-зотировании для ' - фазы а = 0,269 нм, С = 0,436 нм, то после парооксидирования а = 0,267 нм, С = 0,436 нм. При парооксидировании в зависимости от температуры и времени выдержки наблюдается смешение линий - фазы в сторону больших углов дифракции вплоть до положения указанного на рис. 3.25." Это положение рефлексов не меняется при увеличении времени парооксидирования. Полученные значения соответствуют наименьшим вычисленным значениям параметров решетки - фазы и эта фаза обозначается как ^{н ЧЧ} ".

Фаза «^ЧЧ» имеет гексэгональную решетку и изоморфную и ^Ч - фазы, вероятно, эта фаза имеет оксикарбонитриный характер и ее следует обозначать как Fe_x (N, С, 0).

Присутствие кислорода в атмосфере при изотермической выдержке приводит к его внедрению в слой соединений. В работе [55] насыщение кислородом слоя соединений рассматривается как причина повышения коррозионной стойкости.

На основании проведенных исследований можно заключить, что при оксидировании нитридного слоя в атмосфере водяного пара имеет место сложный процесс одновременного деазотирования поверхностного слоя с образованием Fе и оксилении его до оксидов железа и процесс диффузии кислорода в решетки гексогонального - нитрида, а также процесс перераспределения азота от концентрационного максимума с образованием низкоазостисых нитридных фаз. При этом надо отметить, что оптимальные свойства получаемого нитрид-оксидного покрытия могут достигаться тогда, когда диффузионный слой состоит из зоны соединений с определенным соотношением фаз ( - и г'- фаз) и на поверхности которого создается оксидный слой, состоящий из Fe₃O₄.

2.4 Исследование режима охлаждения

При технологическом процессе нитрооксидирования конечным этапом процесса является охлаждение. При охлаждении образцов в масле или в воде с температуры насыщения фактически фиксируется структура, полученная при температуре нитро-оксидирования (рис. 2.11 - 2.13).

Оксидный слой, полученный при температуре оксидирования 580°С состоит из оксидов FеО, Fe₃O₄, Fe₂O₃. При резком охлаждении такая оксидная пленка растрескивается и отслаивается. На рис. 2.26 видно, что хотя после нитрооксидирования поверхность более гладкая, чем поверхность азотированного образца, однако видны следы местного отслаивания оксидной пленки. Отслаивание оксидной пленки по границе раздела с нитридной зоной, по-видимому, происходит из-за образования фазы FеО на границе оксидной и нитридной зон.

При медленном охлаждении на воздухе с температуры оксидирования 580 С оксидная пленка также растрескивается» но заметного отслаивания не происходит (рис.2.27, а). При этом обнаруживается повышение пористости увеличение шероховатости поверхности. Отчетливо видны многочисленные мелкие отростки характеризующие аназотропный рост кристаллов (рис. 2.27, б) и увеличение количества оксида Fe₂O₃ на поверхности (рис.2. 28). Вероятно это связано с тем, что при охлаждении на воздухе по поверхности происходит доокисление Fe₃O₄ до высшего оксида Fe₂O₃ на поверхности, что связано с перестройкой решетки и объемными изменениями на поверхности оксидного слоя, FeOмедленном охлаждении на воздухе не был обнаружен оксид FeO, вероятно, при охлаждении FeO подвергается эвтектоидному превращению.

Рис. 2.26. Морфология поверхности азотированного (а)- Т_аз = 580°С, ф_аэ =3часа и нитрооксидированного (б) - Т_аз = 580°С, ф_аз - 3 часа; T_ок = 580°С, ф_ок = 0,5 часа образцов после охлаждения в масле.(РЭМ).

Оксидная пленка, полученная при температуре вксидирования 550 С более плотная и при любом виде охлаждения не растрескивается (рис. 2.29).



Рис. 2.27. Морфология поверхности нитрооксидированных образцов (T_аз = 580°С, ф_а3= - 3 часа, Т_ок = 58OC, ф_ок = 0,5 часа) а - охлаждение до 450°С на воздухе; затем в масле; б - охлаждение на воздухе.

В целом можно сделать вывод, что оксидная пленка, полученная при оксидировании нитридного слоя ниже эвтектоидной температуры практически состоит из гомогенного оксида Fe₃O₄ и при любом режиме охлаждения не подвергается структурным и фазовым изменениям.



Рис. 2.29. Микроструктура (х500) и дифрактограша поверхности диффузионного нитрид-оксидного покрытия, полученное при азотирования 580°С ; 3 ч. с последующим оксидированием при 580°С; 0,25 ч. Охлаждение на воздухе.

Рис, 2.29. Морфология поверхности нитрооксидированных образцов: Т_аз = 580°С, ф_аз = 3 ч., Т_ок.550°С, ф_ок = 1ч.: а - охлаждение в масле; б - охлаждение на воздухе.

2.5 Исследование процессов формирования диффузионных нитрид-оксидных покрытий

Для анализа выявленных закономерностей по перераспределению азота при получении нитрид-оксидных покрытий рассматривали математическую модель диффузии азота и кислорода в процессе оксидирования азотированного слоя.

При оксидировании - фазы нитридного слоя на поверхности возникает слой - фазы» за ним следует слой гЧ -фазы, за ним слой - фазы и одновременно происходит рост нитридного слоя с образованием низкоазотистых нитридных фаз» источником азота при этом служит высокоазотистая - фаза (рис. 3.1).

Уравнения, описывающие диффузию азота при наличии фазовых переходов, выглядят следующим образом:

(I)

(2)

(3)

где: С, С_гЧ , С - концентрация азота в -, гЧ-, - фазах; D ,D_гЧ ,D - коэффициенты диффузии азота в -, гЧ-, - фазах; t- время; x- расстояние от поверхности. Концентрация азота на границах раздела фаз:

(4)

Рис. 3.1. Модель перераспределения азота по глубине азотированного слоя при оксидировании

С_гЧ = С^к_гЧ = …= Сⁱ_гЧ = C_гЧ ;

Сⁱ ? C^к_гЧ =…= Сⁱ_гЧ = C_г ;

Поскольку при оксидировании кислород вытесняет азот с поверхности образца, поэтому концентрация азота на поверхности:

С (X = 0) = 0 (7)

Концентрация азота в глубине образца на границе Т*- и 6 - фазы

С (X = ) C_о (8)

Учитывая равенства (4-6) напишем условия на границах раздела фаз:

C(x=о_гЧ) = C_гЧ= C(x=о_гЧ); (9)

C_гЧ(x=о_гЧ) = C_гЧ= C_гЧ(x=о_гЧ); (10)

C_гЧ(x=о_гЧ) = C_гЧ= C_гЧ(x=о_гЧ); (11)

C(x=о_гЧ) = C _гЧ; (12)

где: о - координаты границ соответствующих индексам раздела между фазами;

С - концентрация азота в соответствующих индексам фазах на границе раздела.

Концентрации можно найти по диаграмме "железо-азот" Условия равенства диффузионных потоков на границах раздела фаз:

(13)

(14)

где: v_гЧ - скорость движения границы, раздела - фаз;

v_гЧ - скорость движения границы раздела г' и - фаз.

Решение системы уравнений (1-3) можно представить в следующем виде:

где: еrf - стандартная функция ошибок;

А, В, А_г', В_г', А, В - коэффициенты, определяются после подстановки решений (12-14) в граничные условия (7-12).

Для определения зависимости перемещения границ раздела фаз от времени подставим решения (15-17) в условия на фронтах фазовых переходов (13-14).

Система уравнений (13-17) при различных значениях коэффициента диффузии и концентраций решалась на ЭВМ с помощью стандартной программы 005 NBF из библиотеки NAG FORTRAN Р050.

В результате были получены зависимости изменения концентрации азота по глубине слоя для различных температур и времени оксидирования нитридного слоя.

На рисунке 3.2 приведено перераспределение концентрации азота после азотирования при 580°С продолжительностью 3 часа. Изменение содержания азота в нитридных следе полученных при различных продолжительностях оксидирования при 580°С (рис. 3.3) и при 550°С (рис. 3.4) показывает, что процесс деазотирования происходит наиболее интенсивно при температуре оксидирования 580°С.

На рис. 3.5 приведены зависимости времени исчезновения Ј - фазы при оксидировании азотированных образцов при 580°С, рассчитанных по принятой модели (I) и определенные по результатам рентгеноструктурного анализа (2).

Сопоставляя результаты, полученные в главе Ш и зависимости, представленные на рис. 3.3, б и 3.5, можно прийти к выводу, что при оксидировании 580°С нитридного слоя ко времени исчезновения - фазы на поверхности, формируется оксидная пленка толщиной 6 мкм в течение 0,5 часа. При этом надо учесть, что оксидная пленка, полученная при этой температуре состоит из смеси оксидов FeO, Fe₃O₄ Fe₂O₃.

При оксидировании образца, прошедшего предварительное азотирование, фронт оксидного слоя движется по - фазе. Расстояние между фронтами фазовых переходов - г' и г'- все время возрастает. Толщина г'- фазы постоянно растет и через некоторое время, исчезает высокоазотистая - фаза нитридного слоя.

Рис. 3.2. Перераспределение концентрации азота по глубине азотированного слоя при темпера-, туре 580°С в течение 3 часа.

Для получения нитрид-оксидных покрытий с оптимальными свойствами необходимо обеспечить наличие низкоазотистого нитридного слоя значительной толщины под оксидной пленкой. При этом особенно важно установление времени исчезновения высокоазотистой - фазы при оксидировании нитридного слоя. Кроме того, устойчивая к окислению - фаза не должна быть разрушена полностью. На основании этих соображений, данных по кинетике и фазовому составу нитрид-оксидных покрытий, полученных в главе Ш, и анализа математической, модели формирования слоя были построены диаграммы преимущественных режимов оксидирования азотированных образцов. Пример такой диаграммы представлен на рис. 3.6 для образца, прошедшего предварительное азотирование в течение 3-х часов при температуре 580°С.



Рис. 3.3. Перераспределение азота по глубине азотированного слоя (580°С, 3 ч.) при оксидировании 580°С: а - ф_ок=15 мин.; б - ф_ок=27мин.



Рис. 3.4. Перераспределение азота по глубине азотированного слоя (580°С, 3 ч.) при оксидировании 550°С: а - ф_ок 27 мин.; б - ф_ок=44 мин.

Рис. 3.5. Зависимость времени исчезновения высокоазотистой - фазы от продолжительности азотирования (Т_аз-580°С) при оксидировании 580°С: 1 - расчетные; 2- экспериментальные

Верхаяя граница области на рис.3.6 соответствует полному исчезновению - фазы нитридного слоя. Нижняя граница области соответствует области неравномерного оксидного слоя и существования высокоазотистой - фазы. Температуру и время оксидирования следует выбирать таким образом, чтобы соответствующая им точка на рис. 3.5 была расположена ближе к нижней границе области, поскольку при удалении от этой границы возрастает толщина г'- фазы, неустойчивой к окислению, между тем происходит разрыхление нитридного подслоя.

На основе разработанной модели рассичтаны оптимальные режимы нитрооксидирования при выполнении по двухступенчатому режиму, т.е. азотирование на первой стадии при 580°С при различных продолжительности с последующим оксидированием на второй стадии при 550°С (рис. 3.7).

Рис. 3.6. Диаграмма преимущественных режимов нитро-оксидирования: I - область существования высокоазотистой - фазы и неравномерного оксидного слоя; II - область преимущественных режимов; III - область разрыхления нитридного подслоя.

Верхняя область на рис. 3.7 соответствует полному исчезновению е - фазы (область Ш) и разрыхлению нитридного слоя, а нижняя область соответствует области существования высокоаэотистой е - фазы и неравномерного оксидного слоя (область I).

С точки зрения структурного критерия эксплуатационных свойств нитрид-оксидного покрытия необходимо проведение оксидирования нитридного слоя при продолжительностях, соответствующих области П. При этом после нитрооксидирования формируются нитрид-оксидные покрытия, состоящие из сплошного поверхностного оксидного слоя и низкоазотистого нитридного подслоя е^II + г^I - фаз.

Рис. 3.7. Диаграмма преимущественных режимов двухступенчатого процесса нитрооксидирования: I - область существования высокоазотистой - фазы и неравномерного оксидного слоя; II - область преимущественных режимов нитрооксидирования; III - область разрыхления нитридного подслоя.

износостойкость коррозионный насос

Глава 3. Испытание насосной установки на базе мотоблока МТЗ-05

3.1 Условия испытаний и применяемые средства измерений

Основными задачами, которые решались в процессе испытаний, были :

-определение гидравлических и технико-экономических показателей экспериментального насосного агрегата , созданного на базе мотоблока МТЗ-05;

- определение долговечности опытных образцов насосов;

- определение корррозионной стойкости опытных образцов насосов;

-анализ результатов испытаний и их оценка;

-выбор конструкции шестеренного насоса для комплектования насосного агрегата.

Испытания опытных образцов насосов проводились в три этапа:

-лабораторно-полевые испытания эксприментальной насосной установки, которая поочередно комплектовалась опытными образцами насосов;

-лабораторные ресурсные испытания опытных образцов насосов;

-эксплуатационные коррозионные испытания опышных образцов насосов.

На первом этапе испытывались:

а)шестеренный насоса НШ 32У-З-Л, прошедший коррозионные испытания в 1989 году и законсервированный после их проведения;

б) шестеренный насоса НШ-32Ш, шестерни которого изготовлены из бронзы и напрессованы на стальные валы, а в алюминиевые опоры установлены вкладыши, изготовленные из бронзового порошка ПРБр 05С5Ц5ТУ 23.4.159-88;



Рис.1. Изменение характеристики насоса в зависимости от давлении нагнетания: 1-серийный насос; 2-насосы с азотированными шестернями; 3-насос с оксикарбонитридными



Рис 1. Насос НШ 32У-3-Л

Рис 2. Насос НШ 32 Ш с бронзовыми шестернями и вставками в опарах.



Рис 3. Насос НШ 32 Ш со стальными шестернями с покрытием и вставками в опарах.

Рис 4. Насос НШ 32У-З-Л со вставками в опарах.

в) шестеренный насоса НШ-32Ш, шестерни-валы которого изготовлены из стали и на них нанесено антикоррозионное покрытие, а в алюминиевые опоры установлены вкладыши, изготовленные из бронзового порошка ПРБр 05С5Ц5ТУ 23.4.159-88.

На втором этапе испытывались:

а) шестеренный насоса НШ-32Ш, шестерни которого изготовлены из бронзы и напрессованы на стальные валы, а в алюминиевые опоры установлены вкладыши, изготовленные из бронзового порошка ПРБр 05С5Ц5ТУ 23.4.159-88;

б) шестеренный насоса НШ-32Ш, шестерни-валы которого изготовлены из стали и на них нанесено антикоррозионное покрытие, а в алюминиевые опоры установлены вкладыши, изготовленные из бронзового порошка ПРБр 05С5Ц5ТУ 23.4.159-88.

в) шестеренный насоса НШ 32У-З-Л серийного исполнения;

г) шестеренный насоса НШ 32У-З-Л, шестерни-валы которого изготовлены из стали, а в алюминиевые опоры установлены вкладыши, изготовленные из бронзового порошка ПРБр 05С5Ц5ТУ 23.4.159-88.

На третьем этапе испытывались:

а) серийный шестеренный насос НШ 32У-З-Л;

б) шестеренный насоса НШ-32Ш, шестерни-валы которого изготовлены из стали и на них нанесено антикоррозионное покрытие, а в алюминиевые опоры установлены вкладыши, изготовленные из бронзового порошка ПРБр 05С5Ц5ТУ 23.4.159-88.

в) шестеренный насоса НШ-32Ш, шестерни которого изготовлены из бронзы и напрессованы на стальные валы, а в алюминиевые опоры установлены вкладыши, изготовленные из бронзового порошка ПРБр 05С5Ц5ТУ 23.4.159-88.

На рис. 1,2,3 и 4 представлены общие виды испытанных насосов , а на рис. 5 и 6 чертежи правой и левой втулок с вкладышами.

Шестерни гидранасосов

Испытания опытных и серийных насосов проводили на стенде ресурсных испытаний по методике описанной в ТУ 23.1 «Насос водяной шестеренный НШ-32Ш », в следующих режимах:

-рабочая среда - вода и 15% -ный раствор хлорофоса в воде;

-подача жидкость - 1,8 м³/час;

-давление на выходе - 0,4 МПа;

-частота вращения ведущего вала насоса - 16 с^-1;

-потребляемая мощность - 1,0 кВт;

-температура - 20-25 ^оС;

-длительность испытаний - 100 часов.

Также были изучены изменения технико-экономических характеристик опытных и серийных насосов при изменении давлении нагнетания от 0,05 МПа до 0,5 МПа.

Лабораторно-полевые испытания проводились на установке, общий вид которой представлен на рис.7. В качестве рабочей жидкости использовалась вода из открытого водоема. Температура воды во время испытаний находилась в пределах от 16 С до 19 ⁰С, а атмосферное давление - от 735 мм.рт.ст. до 747 мм.рт.ст. Высота всасывания, т.е. расстояние от оси всасывающего отверстия насоса до объема водоема, составляла 0,42м и не изменялась при проведении испытаний. Объёмная подача испытываемого насоса в процессе испытаний изменялась регулировочным вентилем, установленным на конце нагнетатального рукава, таким образом, чтобы давление нагнетания не превыало 0,5МПа. Величина объемной подачи испытуемого насоса измерялась счетчиком жидкости 2СВШ-25. Цена деления шкалы счетчика 0,1л, класс точности - 0,5.

Слив воды из нагнетательного рукава производился в водоем на расстояние 4м от приямка, в котором находился всасывающий рукав с фильтром и обратным клапаном.

Давление в нагнетательном рукаве измерялось образцовым манометром типа МО. Пределы измерений 0…10кгс/см², цена давления шкалы 0,10кгс/см².

Разряжение во всасывающем рукаве измерялось образцовым вакуумметром. Цена деления шкалы 0,01 кгс/см². Частота вращения вала насоса определялась по специальному устройству, регистрирующему частату процесса замыкания контактов прерывателя магнето двигателя мотоблока.

Лабораторные ресурсные испытания насосов проводились в ЕИБ гидравлики ГСКБ МТЗ на специальном стенде. Гидравлическая схема стенда и его общий вид показаны на рис.8 и 9. В качестве рабочей жидкости использовалась вода.

Испытания насосов проводились при постоянном давлении на выходе из насоса. Величина давления устанавливалась дросселем. Частота вращения ведущей шестерни насоса составляла 20 1/с.

Перед началом испытаний и через каждые 5 часов работы проводился замер объемной подачи насоса. Объемная подача насоса замерялась счетчиком жидкостей типа 2СВШС-25 при температуре воды 20…24^оС. Цена деления шкалы счетчика - 0,1л. класс точности - 0,5. Температура воды замерялись спиртовым термометром с ценой деления 2 ^оС.

Емкость гидробака составляла 30л.

Замер давления производился манометром класса 2,5 со шкалой 0…10 кгс/см², и ценой деления 0,2 кгс/см².

Уровень воды в гидробаке относительно всасывающего отверстия в корпусе насоса устанавливался путем перемещения гидробака.

Эксплуатационные коррозионные испытания насосов проводились на стационарной установке, работающей по замкнутому контуру.

Установка состаяла из насосного агрегата (мотоблок МТЗ-05, насос НШ 32) и дополнительной емкости, в которую были опущены всасывающий и напорный рукава.

В качестве рабочей жидкости использовался 10…15% раствор хлорофоса, который наиболее широко применяется при химической защите картофельных посадок.

В процессе испытаний опытные насосы эксплуатировались по два часа в течение 3 суток и после этого хранились в течение одного месяца. Далее насосы подвергались разборке и дефектовке.

а) Экспериментальный насосно-транспортный агрегат.

б)Экспериментальный насоный агрегат.

Рис.7. Экспериментальный насоный агрегат на базе мотоблока МТЗ-05 и шестеренного насоса НШ 32Ш.



Рис.8. Принципиальная гидравлическая схема испытаний насосов. 1.Гидробак; 2.Испытываемый насос; 3.Электродвигатель; 4.Манометр; 5.Гидродроссель; 6.Счетчик жидкостей; 7.Термометр; 8.Всасывающий рукав; 9.Сливной рукав.

Рис.9. общий вид стенда для испытаний насосов.

3.2 Результаты испытаний и их анализ

3.2.1 Критерии оценки параметрических, ресурсных и коррозионных показателей опытных насосов.

Для объективной комплексной оценки результатов испытаний необходимо было выработать перечень критеров и их величины.

При оценки результатов лабораторно-полевых испытаний эксприментальной насосной установки, созданной на базе мотоблока и шестеренных насосов типа НШ 32, нами были приняты показатели технической характерестики насосов, указанные в Паспорте НШ 32.00.000 ПС «Насос водяной шестеренный НШ 32Ш», утвержденном Главным инженером завода «Мосгидропривод» 4 мая 1990г. и проекте ТУ 23.1 «Насос водяной шестеренный НШ 32Ш». Они приведены в таблице I.

Таблица I.

№	Наименование показателя	Единица измерения показателя	Величина показателя
1	Подача	м3/ч	1,8
2	Напор	МПа	0,4
3	Частота вращения вала насоса	с-1	16
4	КПД		0,25
5	Потребляемая мощность	кВт	1,0

Кроме указанные в таблице для оценки результатов испытаний использовались также величины коэффициента подачи и его стабильности.

Оценка результатов русурсных испытаний опытных и серийных насосов производились по величине набора часов работы под нагрузкой, сохранение величин объемной подачи и коэффициента подачи в процессе возрастания наработки, величинам износа пар трения «зубъев шестерен,опор и т.д.», определяемых микрометражом деталей. Программой испытаний предусматривалось, что объем наработки опытных насосов не должен быть менее 100м. часов работы под нагрузкой.

Объем наработки насоса в 100 моточасов выбран исходя из того, что насосный агрегат эксплуатируется в течение 5% времени работы мотоблока до капитального ремонта, которые составляет 2000мч.

Считаем, что при указанном объме наработки, сохранении величин объемной подачи и коэффициента подачи на первоначальном уровне, износа пар трения в технически допустимых пределах насос обладает необходимой долговечностью и пригоден для комплектования насосного агрегата .

Коррозионную стойкость насосов оценивались по величине очагов коррозии деталей насосов и пригодности насосов к дальнейшей эксплуатации, т.е. сохранении насосами работоспособности.

3.2.2 Гидравлические и технико-экономические показатели насосов при работе в агрегате с мотоблоком МТЗ-05

Гидравлические и технико-экономические показатели серийного насоса НШ 32У-З-Л, прошедшего коррозионные испытания в 1989 году и законсервированного на год.

Было установлено, что при изменении давления нагнетания с 0,04МПа до 0,5МПа объемная подача насоса уменьшается с 1,84м³/ч до 1,5м³/ч. Уменьшение объемной подачи насоса объясняется несколькими причинами - ухудшением гермитичности рабочей полости вследствие коррозионных резрушений деталей, уменьшением частоты вращения коленчатого вала двигателя, работающего на регляторной ветви характирестики, вследствие возросшей мощности на привод насоса. Величина коэффициента подачи уменьшается с 0,92 до 0,75 , а величина общего КПД постепенно возрастает и достигает своей максимальной величины 0,12. Мощность необходимая на привод насоса, резко увеличивается, достигая 1,2кВт при объемной подаче 1,58м³/ч и давлении 0,4МПа. Протекание кривых показано на рис.10.

Таким образом, технические показатели насоса НШ32У-З-Л, прошедшего коррозионные испытания в 1989 году и находившегося в течение года на консервации, значительно ухудшились по сравнению с исходными. По состоянию на момент испытаний насос НШ 32У-З-Л не соответствовал паспортным показателям. Основной причиной ухудшения технической характеристики насоса НШ 32У-З-Л, по нашему мнению, явилось продолжающееся и в период консервации коррозионное разрушение деталей насоса. Техничекая экспертиза насоса, проведенная после испытаний, полностью подтвердила это предположение - интенсивному разрушению подвергались алюминиевыеопоры, посадочные места опор валов , валов и зубья шестерен.

Гидравлические и технико-экономические показатели шестеренного насоса НШ 32Ш, имеющего бронзовые шестерни и вставки в опорах.

Было установлено, что при изменении давления нагнетания с 0,04МПа до 0,5МПа величина объемной подача насоса уменьшается с 1,92м³/ч до 1,75м³/ч. При этом коэффициент подачи насоса падает с 0,96 до 0,88, а общий коэффициент эффиктивности возрастает с 0,04 до 0,22. мощность, затрачиваемая на привод насоса, возрастает с 0,83кВт до 0,92кВт. Протекание кривых характирестики насоса показано на рис. 11. Уменьшение объемнойподачи насоса на 9% не может быть объяснено только падением частоты вращения коленчатого вала двигателя мотоблока (2%). В процессе испытаний нами отбирались пробы воды из нагнетательного рукава насоса для выявления в ней продуктов износа его деталей (шестерен, всавок). Начиная со второго часа с начала испытаний насоса в пробах воды были обнаружены частички бронзы, что свидетельствовало об интенсивном износе шестерен. Позднее это было подтверждено и результатами ресурсных испытаний. Таким образом, уменьшение величины коэффициента подачи объясняется интенсивным износом рабочих поверхностей шестерен. Максимальная величина общего КПД 0,22 также ниже, чем можно было ожидать. Это можно объяснить только тем, что уменьшается коэффициента подачи в связи с интенсивным износом рабочих поверхностей шестерен насоса.

По своим техническим показателям новый насос НШ 32Ш с бронзовыми шестернями и бронзовыми вставками не соответствует нормативам приведенным в паспорте, и проекту ТУ 23.1 по величине объемной подачи и общего КПД.



Рис.10. Характеристика насоса НШ 32У-З-Л после годичной консервации.

Гидравлические и технико-экономические показатели насоса НШ 32Ш, имеющего стальные шестерни с антикоррозионным покрытием и бронзовые вставки в опорах.

Было установлено, что при изменении давления нагнетания с 0,12МПа до 0,5МПа объемной подача насоса НШ 32Ш, оснащенного стальными валами - шестернями с антикоррозионным покрытием и бронзовыми вставками в алюминиевых опорах, находилась в пределах от 1,92м³/ч до 1,9м³/ч. При этом коэффициент подачи насоса во всем диапазоне давлений составлял 0,95 и оставался постоянным. Общий коэффициент полезного действия насоса возрастает от 0,2 до 0,43. Это свидетельствует о высоком механическом коэффициенте полезного действия насоса - он находится в пределах 0,21…0,45. высокое значение Ю_о и Ю обусловило (по сравнению с другими образцами насосов НШ32У-З-Л и НШ 32Ш с бронзовыми шестернями) минимальные затраты мощности на привод и самую высокую частату вращения коленчатого вала двигателя мотоблока. Протекание характеристик насоса показано на рис.12. По всем показательям данный насос полностью соответствует или же превышает нормативные показатели, преведенные в техническом паспорте насоса и проекте ТУ 23.1. Из всех испытанных образцов насосов данный является оптимальным для комплектования насосного агрегата, созданного на базе мотоблока МТЗ - 05 и шестеренного насоса.

Рис.11. Характеристика насоса НШ 32Ш с брозовыми шестернями и втулками при работе на воде в агрегате с мотоблокам МТЗ-05.



Рис.12. Характеристика насоса НШ 32Ш со стальными с антикоррозионным покрытием и брозовыми втулками при работетна воде в агрегате с мотоблокам МТЗ-05.

3.2.3 Ресурс опытных и серийных насосов

Ресурс серийного насоса НШ 32У-З-Л.

Испытания насоса НШ 32У-З-Л серийного исполнения (шестерни насоса, выполненные заодно с валом - стальные, опоры - алюминиевые) проводились при давлении на выходе из насоса 5кгс/см² при уровне воды на 70мм выше оси всасывающего отверстия насоса.

При испытаниях отмечено, что вода в гидробаке становится темной с бронзовыми блестками за счет выноса продуктов износа.

Объемная подача насоса при давлении 5кгс/см² и температуре воды 20…24 ^оС при уровне воды на 70мм выше оси всасывающего отверстия насоса в процессе испытаний составляла:

Таблица 2.

№	Количество часов работы	Объемная подача насоса, л/мин	Ориентировочный коэффициент подачи насоса
1	0	39,1	1,0
2	5	38,6	1,0
3	10	37,8	0,98
4	15	29,3	0,76
5	20	19,4	0,51
	25	13,8	0,36

После 25 часов работы насоса испытания были прекращены из-за малой объемной подачи насоса, а насос был разобран для техэкспертизы и микрометража деталей.

При разборке насоса выявлена односторонняя выработка со стороны ведомой шестерни насоса опор, компенсаторов и корпуса насоса (см.рис.13,14,15).

Ресурс насоса НШ 32Ш с бронзовыми шестернями и бронзовыми вставками в алюминиевых опорах.

Испытания насоса проводились при давлении на выходе из насоса 5кгс/см² при уровне воды на 400мм ниже оси всасывающего отверстия насоса.

Рис.13. Насос НШ 32У-З-Л после 25 часов работы с односторонней выработкой опоры шестерен.

После 2-х часов работы в воде появились бронзовые продукты износа.

После 17 часов работы насос перестал качать воду. Для дальнейших испытаний уровень воды был установлен по оси всасывающего отверстия насоса.

Рис.14.Односторонная выработка корпуса насоса, компенсатора и опоры шестерен насоса после 25 часов работы.

Рис.15.Односторонная выработка компенсатора после 25 часов работы насоса.

Микрометражом деталей насоса (карта обмера деталей) выявлено:

-односторонняя выработка обоих опор шестерен на ведомой шестерне, корпуса насоса по месту контакта с ведомой шестерней и компенсаторов составила 6,6…6,8мм;

-износ обоих опор ведущей шестерни по размеру 026^+0,013 составил 0,12…0,35мм;

Объемная подача насоса при давлении 5кгс/см² и температуре воды 20…24 ^оС в процессе испытаний составляла:

Таблица 3.

Количество часов работы	Объемная подача насоса, л/мин	Ориентировочный коэффициент подачи насоса	Уровень воды
0	37,0	0,96	На 400мм ниже оси всасывающего отверстия насоса. По оси всасывающего отверстия
5	33,6	0,88
10	31,4	0,82
15	28,7	0,75
17	0	0
17	27,9	0,73
20	23,8	0,62

После 20 часов работы насоса испытаний были прекращены из-за повы шенного шума при работе насоса и интенсивного выноса бронзовых продуктов износа, а насос был разобран для техэкспертизы и микрометража деталей.

Рис.16.Ведомый шестерня

При разборке насоса выявлен значительный износ зубьев обоих бронзовых шестерен (см. рис.16).

Микрометражом деталей насоса (карта обмера деталей) выявлено:

-износ зубьев шестерен составил 0,7…1,6мм у ведомой шестерни и 1,8…2,4мм у ведущей;

-износ корпуса насоса по размеру 055^+0,04_+0,01 состовил 0,03…0,06мм;

-износ втулок по размеру 026^+0,013 составил 0,03…0,08мм;

-износ компенсаторов по размеру 12_-0,08 составил 0,5…0,8мм;

-износ валов обоих шестерен (размер 026^-0,080_-0,95) практически отсутствует.

Таблица 4 Обмера деталей насосов НШ 32Ш и НШ 32У-З-Л

Наименование и № деталей	Размер по чертижу	Фактический размер
		Насос с бронзовыми шестернями	Насос серийного исполнения
Корпус насоса НШ32.03.00.022	055+0,04+0,01	55,07…55,7*	55,05…55,6*
	под ведущую шестерню	55,10…55,12	55,42…55,47
	под ведомую	55,12…55,13	61,65…61,72
	шестерню	100,10*	100,02*
	0100+0,04	100,22	100,24
Шестерня ведущая НШ32.03.00.023	026-0,080-0,95	25,90…25,92	25,90…25,92
	24,833-0,16	22,4…23,0	24,84…24,84
Шестерня ведомая НШ32.03.00.024	026-0,080-0,95	25,89…25,92	25,90…25,92
	24,833-0,16	23,2…24,1	24,84…24,84
Втулка НШ32.03.00.025	026+0,013	26,03…26,03	26,03…26,03
		26,07…26,08	26,07…26,08
		26,03…26,04	26,03…26,04
НШ32.03.00.026		26,03…26,04	26,03…26,04
Компенсатор НШ32.03.00.003	12-0,08	11,20…11,45	11,45…11,52
		11,42…11,46	11,62…11,77

^*Размер по месту установки втулок.

Ресурс насоса НШ 32Ш со стальными шестернями с антикоррозионным покрытием и бронзовые вставки в алюминиевых опорах.

Испытания насоса НШ 32Ш серийной конструкции, у каторого установлены бронзовые вставки в алюминиевые опоры валов - шестерен, и шестерни имеют антикоррозионное покрытие проводились при давлении на выходе из насоса 4кгс/см² при уровне воды на 70мм выше оси всасывающего отверстия насоса.

За время испытаний насоса в объема 100 часов отказов в работе насоса не наблюдалось.

Объемная подача насоса при давлении 4кгс/см² и температуре воды 22…26 ^оС при уровне воды на 70мм выше оси всасывающего отверстия насоса в процессе испытаний составляла:

После 100 часов работы насоса был разобран для техэкспертизы и микрометража деталей.

При внешнем осмотре отмечено, что антикоррозионное покрытие на цапфах шестерен сохранились, на зубьях шестерен имеются потертости, следы приработки, антикоррозионное покрытие сохранилось лишь частично. На других деталях видимых износов не обнаружено.

Таблица 5.

Кол-во часов работы	Объемная подача насоса, л/мин	Ориентировочный коэффициент подачи насоса	Кол-во часов работы	Объемная подача насоса, л/мин	Ориентировочный коэффициент подачи насоса	Кол-во часов работы	Объемная подача насоса, л/мин	Ориентировочный коэффициент подачи насоса
0	36,6	0,95	35	38,3	1,0	70	3,78	0,98
5	38,0	0,99	40	38,3	1,0	75	3,78	0,98
10	38,0	0,99	45	38,3	1,0	80	3,78	0,98
15	38,0	0,99	50	3,78	0,98	85	3,78	0,98
20	38,3	1,0	55	3,78	0,98	90	3,78	0,98
25	38,3	1,0	60	3,78	0,98	95	3,78	0,98
30	38,3	1,0	65	3,78	0,98	100	3,78	0,98

Микрометражом деталей насоса (карта обмера деталей насосов НШ 32Ш после 100 часов работы) выявлено:

-износ корпуса насоса по размеру 055^+0,04_+0,01 состовил 0,01…0,06мм;

-износ втулок по размеру 026^+0,013 составил 0,03…0,08мм;

-износ компенсаторов по размеру 12_-0,08 составил 0,16…0,29мм;

-износ шестерен по размеру 026^-0,080_-0,95) практически отсутствует.

Ресурс насоса НШ 32У-З-Л с бронзовыми вставками в алюминиевых опорах.

Испытания насоса НШ 32У-З-Л серийного исполнения, у которого алюминиевые опоры валов шестерен были заменены на алюминиевые опоры с бронзовыми от насоса, прошедшего испытания в объеме 20 часов, проводились придавлении на выходе из насоса 4кгс/см² при уровне воды на 70мм выше оси всасывающего отверстия насоса.

За время испытаний насоса в объеме 100 часов отказов в работе насоса не наблюдалось.

Объемная подача насоса при давлении 4кгс/см² и температуре воды 22…28 ^оС при уровне воды на 70мм выше оси всасывающего отверстия насоса в процессе испытаний составляла:

Таблица 6

Кол-во часов работы	Объемная подача насоса, л/мин	Ориентировочный коэффициент подачи насоса	Кол-во часов работы	Объемная подача насоса, л/мин	Ориентировочный коэффициент подачи насоса	Кол-во часов работы	Объемная подача насоса, л/мин	Ориентировочный коэффициент подачи насоса
0	36,9	0,96	35	34,9	0,91	70	33,5	0,87
5	38,6	1,0	40	34,8	0,91	75	32,6	0,85
10	38,3	1,0	45	34,6	0,90	80	32,0	0,83
15	38,0	0,99	50	33,0	0,86	85	33,7	0,88
20	36,0	0,94	55	33,2	0,86	90	33,7	0,88
25	35,1	0,91	60	32,9	0,86	95	32,4	0,84
30	36,0	0,94	65	32,6	0,85	100	32,3	0,84

После 100 часов работы насоса был разобран для техэкспертизы и микрометража деталей.

При внешнем осмотре на деталях насоса имеется коррозия, видимых износов не обнаружено.

Микрометражом деталей насоса (карта обмера деталей насосов НШ 32У-З-Л с бронзовыми вставками после 100 часов работы) выявлено:

-износ корпуса насоса по размеру 055^+0,04_+0,01 состовил 0,10…0,15мм;

-износ втулок по размеру 026^+0,013 составил 0,01…0,05мм;

-износ компенсаторов по размеру 12_-0,08 не превышает 0,29…0,33мм;

-износ шестерен по размеру 026^-0,080_-0,95) практически отсутствует.

Таблица 7

Наименование и № деталей	Размер по чертежу	Фактический размер
		С антикоррозионым покрытиям	Серийного исполнения
Корпус насоса Ш32.03.00.022	055+0,04+0,01 под ведущую	55,06…55,07*	55,00…55,01*
	шестерню	55,08…55,11	55,12…55,15
	под ведомую	55,09…55,12	55,11…55,14
	шестерню	100,05*	-
	0100+0,04	100,08	-
Шестерня ведущая НШ32.03.00.023	026-0,080-0,95	25,91…25,93	25,90…25,95
	24,833-0,16	24,72…24,80	24,74…24,76
Шестерня ведомая НШ32.03.00.024	026-0,080-0,95	25,93…25,96	25,89…25,97
	24,833-0,16	24,74…24,82	24,84…24,84
Втулка НШ32.03.00.025	026+0,013	26,05…26,06	26,04…26,07
		25,05…26,05	26,07…26,10
		26,03…26,08	26,04…26,08
НШ32.03.00.026		26,04…26,08	26,04…26,09
Компенсатор НШ32.03.00.003	12-0,08	11,71	11,71
		11,86	11,67

^*Размер по месту установки втулок.

Карта

Обмера деталей насосов НШ 32У-З-Л с бронзовыми вставками и НШ 32Ш с стальными шестернями с антикоррозионным покрытием и бронзовые вставками после 100 часов работы

3.2.4 Коррозионная стойкость опытных насосов

Результаты испытаний коррозионной стойкости серийных и опытных образцов насослв приведены в таблице 6. Там же указаны режимы испытание состояния насосов после испытаний. На рис.17,18, и 19 данны фотографии объектов испытаний в разобранном виде, которые характеризуют состояние деталей после завершения испытаний



Рис.17. Общий вид насоса НШ 32У-З-Л

Рис.18.Общий вид насоса НШ 32 с бронзовыми шестернями на стальных валах и бронзовыми втулками на опорах валов шестерен.



Рис.19. Насос НШ 32Ш с антикоррозионным покрытием.

Выводы

Разработана и исследована двухступенчатая технология нитрооксидирования конструкционных сталей, заключающаяся в азотировании при температуре 570ч590°С с последующим оксидированием в парах воды при температуре 540ч560°С. Разработанный комбинированный технологический процесс химико-термической обработки предназначен для поверхностного упрочнения деталей, работающих на износ при малых контактных нагрузках и одновременно подвергающихся атмосферной коррозии, и рекомендован для замены традиционных экологически вредных гальванических способов получения покрытий.

Исследована кинетика формирования диффузионных нитрид-оксидных покрытий. Показано, что при оксидировании нитридного слоя ниже эвтектоидной температуры для системы "Fe-0" (570°С) достигается стабильность процесса и лучшие свойства изделий при формировании на поверхности азотированного слоя сплошной оксидной пленки состоящий из Fe3О4, толщиной до 3мкм и низкоазотистого нитридного подслоя состоящей из еII и гI- фаз.

Исследована микроструктура, морфология и фазовый состав нитрид-оксидных покрытий, полученных при одно- и двухступенчатых режимах нитридоксидирования.

Установлено, что при оксидировании нитридного слоя происходит процесс диссоциации поверхностной высокоазотистой е- фазы с образованием на поверхности б-фазы, на которой образуются оксиды железа.

При оксидировании нитридных слоев в атмосфере водяного пара ниже эвтектоидной температуре 570°С на поверхности образуются оксидная пленка, состоящая из магнетита Fe3О4, выше 570°С в составе оксидной пленки появляются оксид FеО и Fe2O3.

Установлено, что наличие в составе оксидной пленки оксида FеО приводит к растрескиванию и отслаиванию оксидной пленки с поверхности нитрид-оксидного покрытия.

На основании данных рентгеноструктурного анализа получены сведения о новой низкоазотистой фазе, условно обозначенный е", образующихся при оксидировании'нитридного слоя. Показано, что е" - фаза имеет оксикарбонитридный характер и при одновременном диффузии кислорода из насыщающей атмосферы и углерода из матрицы.

Разработана математическая модель процесса диффузии азота при оксидировании нитридных слоев и получены аналитические зависимости перераспределения концентрации азота при нитрооксидировании, которые хорошо коррелируют с результатами эксперимента. На основании полученных данных по кинетике, фазовому составу нитрид-оксидных покрытий и анализа математической модели формирования слоя построены диаграммы преимущественных режимов нитрооксидирования

Исследованы физико-механические свойства диффузионных нитрид-оксидных покрытий:

Установлено, что оксидирование нитридного слоя приводит к повышению микротвердости, так как в результате диссоциации е - фазы в присутствии кислорода в зоне соединений образуется е" - фаза, имеющая оксикарбонитридный характер и значительно увеличивается содержание твердого гI- фазы.