В.И. Седых
 

Восстановление и упрочнение деталей

судовых технических средств

(параметры материала поверхностного слоя восстанавливаемых деталей)

Рецензенты:
Доктор транспорта, проф. О.К. Балякин
К.т.н., доцент Л.Б. Леонтьев

Учебное пособие. Владивосток: ДВГМА, 1996 г.
 

В учебном пособии рассматриваются основные положения и определения состояния поверхностного слоя материала деталей, изменения его параметров и влияния их на показатели надежности судовых технических средств. Приведены примеры типовых закономерностей формирования параметров, показателей надежности основных деталей цилиндро-поршневой группы ДВС.
Пособие предназначается для курсантов судомеханического факультета по специальностям "Судовое энергетическое оборудование" и "Техническая эксплуатация судов и судового оборудования".

с  Дальневосточная государственная морская
академия им. адм. Г.И. Невельского
 

С О Д Е Р Ж А Н И Е

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ МАТЕРИАЛА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ

1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
1.2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ  МАТЕРИАЛА
В СИСТЕМЕ Т-М-Эpdf*
1.3. ПОВЕРХНОСТНЫЙ СЛОЙ МАТЕРИАЛА ДЕТАЛЕЙpdf*
1.4. ВОЛНИСТОСТЬ И ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТЕЙpdf*
1.5. РЕЛЬЕФ ТРУЩИХСЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПОДШИПНИКОВ   СКОЛЬЖЕНИЯ
1.6. СТРОЕНИЕ МАТЕРИАЛА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ
1.7.  ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ СКОЛЬЖЕНИЕМ
1.8.  ДЕФЕКТЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ
1.9. МЕХАНИЗМ УПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛОВ
1.10. НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МАТЕРИАЛА  ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ
1.11. СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ОБРАЗОВАНИЯ В  ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯХ
ЧУГУННЫХ И СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ

2. ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ МАТЕРИАЛА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ

2.1. ПРИРОДА ПРОЦЕССОВ ИЗНАШИВАНИЯ МАТЕРИАЛА  ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ
2.2. ЗАКОНЫ ИЗМЕНЕНИЯ СВОЙСТВ И СОСТОЯНИЯ  МАТЕРИАЛА
2.3. ИЗНОС МАТЕРИАЛА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ
2.4. КЛАССИФИКАЦИЯ СОПРЯЖЕНИЙ ПО УСЛОВИЯМ  ИЗНАШИВАНИЯ
2.5. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИДОВ РАЗРУШЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ СУДОВЫХ  ЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
2.6. ДЕФОРМАЦИИ, ТРЕЩИНЫ И ИЗЛОМЫ
2.7. МЕХАНИЧЕСКИЙ ИЗНОС
2.8. КОРРОЗИОННОЕ ПОВРЕЖДЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ
2.9. КОРРОЗИОННО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ
2.10. ЭРОЗИОННО-КАВИТАЦИОННОЕ РАЗРУШЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ СТС

3. ПАРАМЕТРЫ НАДЕЖНОСТИ МАТЕРИАЛА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ

3.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
3.2. ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ДЕТАЛЕЙ СУДОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
 


Введение

Восстановление свойств поверхностного слоя материала деталей является одной из важнейших задач ремонта судовых технических средств. Эффективное решение этой задачи состоит во внедрении современных технологических методов, позволяющих повысить точность изготовления и сборки узлов судовых технических средств, обеспечить, в зависимости от условий эксплуатации, оптимальное состояние поверхностного слоя материала восстанавливаемых деталей.

Методы восстановления деталей по технологическим признакам можно подразделить на группы: сварка и наплавка ( напыление), гальванопокрытие (осталивание, хромирование, лужение и пр.), металлизация и электроимпульсное наращивание, химическое осаждение металлопокрытий (химическое никелирование, никель- и кобальт-фосфорное покрытие и др.), нанесение пластмасс, электромеханическое восстановление.

Особое значение имеют технологические методы восстановления с эффектом упрочнения поверхностного слоя, применение которых обусловлено необходимостью повышения износостойкости, статической и контактно-усталостной прочности, жаростойкости, коррозионной стойкости, усталостной прочности и общего упрочняющего эффекта.

Анализ состояния современной технологии восстановления деталей судовых технических средств показывает, что для достижения высокой износостойкости, динамической и циклической прочности восстанавливаемых поверхностей целесообразно применять легированные (износостойкие, жаропрочные и др.) наплавочные ( напыляемые) материалы либо использовать после наплавки (напыления) различные методы упрочнения.

Упрочнение наплавленного металла, имеющего среднюю твердость НRС 25-35, обеспечивает высокие эксплуатационные свойства восстанавливаемой детали при сравнительно небольших дополнительных затратах. К методам, значительно улучшающим физико-механические свойства наплавленного (напыленного) металла, относятся:
 термическое и химико-термическое упрочнение, упрочнение пластическим деформированием, электроискровым и ферромагнитным легированием, электромеханической обработкой.

Технологические процессы восстановления и упрочнения деталей судовых технических средств (СТС) обеспечивают с наименьшими затратами времени и средств необходимый уровень качества восстановления.

Комплексным показателем качества является надежность, свойство изделия сохранять во времени работоспособность; основными показателями надежности восстановленных деталей приняты безотказность и долговечность.

Нeобходимым условием повышения эксплуатационной надежности трущихся поверхностей является наличие положительного градиента механических свойств между контактирующими поверхностями (d*/dZ > 0, где dt - разрушаемые cвязи напряжения в направлении плоскости касания, z - координата, перпендикулярная плоскости касания). Положительный градиент механических свойств по глубине показывает, что разрушающее напряжение локализуется в зоне тонкого поверхностного слоя за счет образования пленок из смазки (адсорбционных или химических), пленок, появляющихся в результате разрыхления поверхностей (эффект Ребиндера, деструкция полимеров, избирательный перенос), или нанесения антифрикционных покрытий.

Образование смазывающих пленок (особенно при граничном трении) можно стабилизировать путем применения пористых материалов или конструктивного формирования микро- и макрогеометрии трущихся поверхностей (нанесение канавок, карманов, проточек и т.д.).

Знание особенностей методов конструктивно-технологического формирования рабочих поверхностей деталей и умение выбирать эти методы в соответствии с уровнем эксплуатационной надежности (долговечности, безотказности) СТС являются важными составляющими подготовки специалистов по изготовлению и ремонту судовых технических средств.

Усвоение курсантами теоретических основ и практических навыков данного курса позволит им:

- разбираться в структуре и взаимодействии основных свойств материала (параметров) поверхностного слоя деталей, обеспечивающих заданный ресурс восстанавливаемых деталей;
- оценивать устойчивость параметров поверхностного слоя деталей в рассматриваемой системе;
- применять основные принципы системного подхода выбора технологических методов восстановления и упрочнения деталей для формирования заданных параметров материала поверхностного слоя восстанавливаемых деталей;
- разрабатывать и оптимизировать технологические процессы восстановления и упрочнения деталей СТС.
 

1. Состояние материала поверхностного слоя деталей

1.1. Основные понятия и определения

Формирование параметров материала представляет собой совокупность последовательных, случайно распределенных воздействий, обеспечивающих получение заданных физико-механических, структурных, геометрических и т.п. свойств материала поверхностного слоя деталей СТС. Формирование параметров материала включает два процесса: конструктивно-технологическое формирование параметров (КТФП) и эксплуатационное формирование параметров (ЭФП).

Под процессом КТФП понимается совокупность воздействий, обеспечивающих формирование параметров материала поверхностного слоя деталей в соответствии с требованиями нормативно-технической документации.

Под процессом ЭФП понимается совокупность  воздействий, приводящая к ухудшению параметров материала поверхностного слоя и потери работоспособности деталей сопряжения, узла машины.

Процесс формирования параметров материала характеризуется определенными результирующими показателями (показатели точности, функционирования, механические и прочностные, кинематические и динамические характеристики, экономические показатели) и последовательно реализуется операциями (рис. 1):

- распознавание технического состояния деталей;
- формирование параметров материала с учетом взаимосвязи факторов, определяющих физико-механические и геометрические параметры материала поверхностного слоя, технико-экономические показатели процесса формирования и условия работы деталей;
  - оценка показателей безотказности и долговечности деталей.

 Процесс формирования характеризуются своими факторами, параметрами свойств материала восстанавливаемых деталей, ограничениями с набором компонентов по каждому фактору и параметру.

Рис. 1.  Схема формирования параметров материала восстанавливаемых деталей

Система формирования параметров материала восстанавливаемых деталей является большой (по количеству учитываемых связей между ее элементами) системой со сложной взаимозависимостью и взаимообусловленностью составляющих ее подсистем, внутри и между которыми существует множество материально-вещественных связей.

Системе формирования параметров свойственна неопределенность, проявляющаяся в стохастичности поведения во времени и пространстве.

Целевая направленность формирования параметров сводится к получению комплекса физико-механических, структурных, геометрических, триботехнических и др. свойств путем стабилизации процессов КТФП и ЭФП.

Под параметрами системы формирования U понимаются конкретные значения физико-механических характеристик материала, его структуры, геометрии поверхности деталей, показателей работоспособности деталей и т.п.

Номинальное значение параметра - величина, определяющая положение кривой плотности распределения вероятностей параметра (математическое ожидание, мода, медиана и т.д.); вариации значений параметров - любые отклонения от номинальных значений.
Класс точности параметра - характеристика рассеяния его значений (дисперсия и др.).
Оптимальные номиналы и классы точности соответствуют экстремальным значениям обобщенных показателей свойств материала и работоспособности узла.

Допуск параметра - определенный исследователем интервал изменения параметров, в котором деталь функционирует в соответствии с установленными требованиями.
Отказ деталей- событие, заключающееся в том, что значение параметра вышло за допуск, характеризующий целесообразности применении процесса формирования.

Под факторами системы формирования параметров материала понимаются величины, изменяющие воздействие на поверхностный слой материала. Они являются переменными при коэффициентах математической модели формирования параметров. Факторы возмущения - контролируемые, но неуправляемые величины, характеризующие входное возмущение. В математической модели формирования параметров они являются переменными при коэффициентах. Например, факторы, характеризующие неоднородность химического состава материала.

Рис. 2.

Важным условием правильного выбора метода формирования является знание факторов, влияющих на износостойкость поверхностного слоя материала деталей. При этом интенсивность износа деталей определяется не только технологией восстановления свойств поверхностного слоя материала, формирующей качество поверхностных слоев, но и условием работы деталей и внутренними изменениями качества поверхностного слоя металла при трении. На рис. 2 представлена схема влияния параметров материала поверхностного слоя и факторов технологических процессов на безотказность и долговечность деталей.



 

 

Список использованной литературы

1. Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. М.: Машиностроение, 1973. - 270 с.

2. Косточкин В.В. Надежность авиационных двигателей и силовых установок. М.: Машиностроение, 1976. - 180 с.

3. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение. М.: Машиностроение, 1977. - 398 с.

4. Проников А.С. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978. - 575 с.

5. Семенов В.С., Трофимов П.С. Долговечность цилиндро-поршневой группы судовых дизелей. М.: Транспорт, 1969. - 216 с.

6. Старосельский А.А., Гаркунов Д.Н. Долговечность трущихся деталей машин. М.: Машиностроение, 1967. - 384 с.

7. Седых В.И. Методы повышения долговечности деталей судовых технических средств. М.: ЦРИА, Морфлот, ч.11, 1981. - 34 с.

8. Седых В.И. Методы повышения долговечности деталей судовых технических средств. Владивосток: ДВВИМУ, ч. 1, 1980. - 52 с.

9. Седых В.И., Арон А.В., Патенкова Е.П. Формирование структурно-механических свойств материала при восстановлении чугунных деталей судовых ДВС. М.: В/О "Мортехинформ-реклама" ММФ, сер. Судоремонт, 1986. - Вып. 2(551). - С. 15-18.

10. Седых В.И., Леонтьев Л.Б., Арон А.В. Надежность втулок цилиндров малооборотных дизелей. М.: В/О "Мортехинформреклама" ММФ, сер. Техническая эксплуатация флота, 1990. - Вып. 4(720). - С. 13-18.