КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ, ВОССТАНАВЛИВАЕМЫХ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИМ ХРОМИРОВАНИЕМ ПРИ РЕМОНТЕ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.35

КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ, ВОССТАНАВЛИВАЕМЫХ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИМ ХРОМИРОВАНИЕМ ПРИ РЕМОНТЕ

CONTROL OF THE SURFACE CONDITION OF STEEL PARTS RESTORED BY ELECTROLYTIC CHROMIUM-PLATING IN THE PROCESS OF REPAIR

И. М. Ковенский, С. В. Малыш, В. В. Поветкин

I. M. Kovenskiy, S. V. Malysh, V. V. Povetkin

Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень

Ключевые слова: восстановление деталей; качество поверхности; термо-эдс; остаточные напряжения; электролитическое хромирование Key words: restoration parts; surface quality; thermal EMF; internal stresses; electrolytic chrome plating

Восстановление размеров изношенных поверхностей тяжело нагруженных деталей газотурбинных двигателей, эксплуатирующихся на перекачивающих станциях, осуществляется электролитическим хромированием. Процесс хромирования очень чувствителен как к параметрам электроосаждения (температуре, плотности тока, состоянию ванн), так и к качеству подготовки поверхности, поскольку неравномерный износ деталей при эксплуатации приводит к различной степени упрочнения поверхности, и, как следствие, большому разбросу значений остаточных напряжений по глубине распространения и по поверхности детали.

Ранее авторами показана возможность контроля качества подготовки поверхности методом измерения термо-эдс перед восстановлением деталей хромированием [1, 2]. В настоящей работе изучена зависимость величины термо-эдс от степени упрочнения детали.

Для решения поставленной задачи из стали 11Х11Н2В2МФ были изготовлены образцы размером 10 х 20 х 100 мм, которые проходили термообработку (закалку с 1010 0С в масло с последующим отпуском при 650 0С и охлаждением на воздухе) и затем шлифовались. Состояние поверхности шлифованных образцов контролировалось путем измерения термо-эдс прибором ПМ-642. После чего образцы в течение различного времени подвергали обработке микрошариками, полировали для удаления дефектного слоя, вызванными механическими повреждениями, и проводили замеры термо-эдс. Результаты замеров термо-эдс на различных этапах обработки образцов приведены в таблице.

Результаты измерения термо-эдс

№ образца Термо-эдс после шлифования (мВ) Время обработки микрошариками (мин) Термо-эдс после обработки микрошариками и полировки (мВ)

1 93 1 75

2 98 3 69

3 96 5 62

4 94 10 46

5 96 15 29

6 96 20 21

7 95 25 16

8 92 30 10

20 100 35 6

№ 1, 2017

Нефть и газ

99

В образцах № 3-6, используя послойное электролитическое травление, по методике Я. Г. Мирева были определены остаточные напряжения и построены эпюры распределения напряжений в поверхностном слое (рисунок).

а)

О_90

-2 О -25 -ЗО -35 -4 О -45 -50 -55 60

Толщина стравленного слоя, мкм

б)

-40

-45

О_30_4

7*

л/

У"

О_1Г50_1

О_НЮ 1ЁIО_1

О_1гю_190 200

Толщина стравленного слоя, мкм

в)

-35 -4 О -45 -50 -55

-во

_ /

) 1 Э 2 0 3 0 4 О 5 О 6 О 7 Э 8 0 9 0 11 )СГ 1 (° о 1; ?о 1: Ю 1' О 1! ю м ¡о 1 о 1г Ю 15 Ю 2(

£

I-

Толщина стравленного слоя, мкм

г)

О 1 О 2 Э 3 Э А О 5 О 6 Э 7 О 8 О 9 О 1 ( }0 24 Ю 2 о 2;

—

Толщина стравленного слоя, мкм

Рисунок. Эпюры распределения остаточных напряжений в образцах 3(а), 4(б), 5(в) и 6(г) после обработки микрошариками в течение 5,10,15 и 20 минут соответственно

100

Нефть и газ

№ 1, 2017

Анализ эпюр остаточных напряжений показывает, что существует зависимость между временем обработки образцов микрошариками и параметрами упрочненного слоя (глубиной распространения и величиной сжимающих напряжений). Так, в образце 3 (см. рисунок) после обработки микрошариками в течение 5 минут глу-бииа распространения сжимающих напряжений составляет 70 мкм, а максималь-

,, кгс

ная величина остаточных напряжении — 3 5 ^т . По мере увеличения времени

обработки наблюдается рост параметров упрочненного слоя и на образце 6 после обработки микрошариками в течение 20 минут глубина распространения сжимающих напряжений составляет 120 мкм, а их максимальная величина достигает

Установлено также, что в исследуемом диапазоне остаточных напряжений величина термо-эдс уменьшается в зависимости от времени обработки микрошариками (см. табл.).

В целом, очевидно, что рост остаточных напряжений на поверхности образцов сопровождается уменьшением величины термо-эдс, то есть, значение термо-эдс напрямую зависит от уровня остаточных напряжений на поверхности.

С учетом полученных данных представляется возможным использовать метод термо-эдс для контроля поверхности при восстановлении деталей хромированием в процессе ремонта. Для этого необходимо реализовать следующий технологический маршрут:

• детали после дефектации шлифуются для удаления образовавшегося в процессе эксплуатации дефектного слоя;

• восстанавливаемая поверхность детали обезжиривается спиртом;

• маркером по металлу делается разметка восстанавливаемых поверхностей на секторы прямоугольной формы приблизительно 20 х 20 мм;

• прибором ПМ-642 производится замер термо-эдс в каждом секторе и заносится в таблицу;

• на компьютере в приложении Microsoft Exel создается файл, соответствующий данной детали, результаты замеров заносятся в таблицу, и строится трехмерная диаграмма распределения термо-эдс по поверхности детали;

• принимается решение о качестве подготовки поверхности, руководствуясь статистическими данными о критической величине разброса термо-эдс по поверхности образца, которая для данной марки стали составляет 90 мВ: при разбросе термо-эдс по поверхности детали, превышающем 90 мВ, хром не осаждается и деталь отправляется на повторную шлифовку; при разбросе термо-эдс меньше 90 мВ производится электролитическое хромирование детали;

• после операции хромирования определяется толщина нанесенного слоя и оценивается внешний вид покрытия (на предмет отсутствия или отслоения хрома); результаты контроля заносятся в файл, соответствующий данной детали;

• при удовлетворительном состоянии покрытия деталь шлифуется в необходимый размер;

• после шлифования деталь подвергается контролю размеров и визуальному контролю (наличию сколов, трещин в покрытии или его отслоение);

• при удовлетворительных результатах контроля деталь отправляется на сборку узла.

При обнаружении дефектов хромового покрытия после операций хромирования или шлифования в размер производится анализ соответствия участков с дефектами слоя хрома и трехмерной диаграммы распределения термо-эдс. Определяется значения термо-эдс на дефектных участках. Результаты анализа заносятся в файл, созданный для данной детали. Деталь шлифуется для удаления забракованного слоя хрома. После шлифования вновь проводится контроль термо-эдс по вышеописанной методике, результаты заносятся в тот же файл в виде отдельной таб-

№ 1, 2017

Нефть и газ

101

лицы, строится трехмерная диаграмма и деталь отправляется на повторное хромирование

Такая методика контроля качества подготовки поверхности детали к электролитическому хромированию прошла апробацию в производственном цикле капитального ремонта газотурбинных двигателей и зарекомендовала себя положительно.

Список литературы

1. Ковенский И. М., Малыш С. В. Восстановление изношенных поверхностей с неоднородной структурой электрохимическим хромированием // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2016. - № 12. - С. 40-43.

2. Ковенский И. М., Малыш С. В. Восстановление деталей из стали ЭИ961-Ш электролитическим хромированием // Известия вузов. Нефть и газ. - 2015. - N° 4. - С. 112-116.

Сведения об авторах

Ковенский Илья Моисеевич, д. т. н., профессор, заведующий кафедрой «Материаловедение и технология конструкционных материалов», Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, тел. 8(3452)283610, е- mail: [email protected]

Малыш Сергей Владимирович, аспирант кафедры «Материаловедение и технология конструкционных материалов», Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, тел. 8(3452)691310, е- mail: [email protected]

Поветкин Виктор Владимирович, д. х. н., профессор кафедры «Материаловедение и технология конструкционных материалов», Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, тел. 8(3452)283611, е- mail: [email protected]

Information about the authors

Kovenskiy I. M., Doctor of Engineering Science, professor, Head of department of «Material Science and Structural Materials Technology», Industrial University of Tyumen, Tyumen, phone: 8(3452)283610, e-mail: [email protected]

Malysh S. V., Graduate student, Department of «Material Science and Structural Materials Technology», Industrial University of Tyumen, Tyumen, phone: 8(3452)691310, e-mail: ser_malych @yandex. ru

Povetkin V. V., Doctor of Chemical Science, professor of Department of «Material Science and Structural Materials Technology», Industrial University of Tyumen, Tyumen, phone: 8(3452)283611, e-mail: mtkm5@tsogu. ru