CC BY
72
лено химическое взаимодействие исследуемого покрытия с железом.
Микротвердость поверхностных слоев образцов измеряли на твердомере ПМТ-3М путем вдавливания алмазной пирамиды с углом при вершине 130° при нагрузке 1,962 Н (200 г). Из-за малой толщины сульфидный слой не удобен для определения микротвердости, поэтому ее замеряли непосредственно на поверхности образца при нагрузке
0,4905 Н (50 г). Величину микротвердости определяли из таблицы «диагональ отпечатка — микротвердость», составленной после тарировки прибора.
По результатам исследований было установлено, что покрытие состоит из двух наиболее четко выраженных слоев:
• поверхностный слой, включающий в себя лег-кодеформируемые сульфиды железа и меди;
• более глубокие слои, содержащие соединения, имеют в своем составе интерметаллиды типа FeTi.
Твердость слоя с интерметаллическими соединениями на 30...50 % превышала твердости основного металла.
Таким образом, можно заключить, что противозадирные свойства обработанных трущихся поверхностей повышаются за счет наличия в поверхностных слоях сульфидов железа, а также меди. Отсюда комплексное титаномедьсульфидирован-ное покрытие позволяет улучшить условия трения в начальный период работы сопряжения. Повышение износостойкости в условиях дальнейшей эксплуатации происходит за счет наличия соединений высокой твердости — интерметаллидов, находящихся в более глубоких слоях трущихся деталей.
Список литература
1. Горелик, С.С. Рентгенографический и электроннооптический анализ / С.С. Горелик, Л.Н. Расторгуев, Ю.А. Скаков. — М.: Металлургия, 1970. — 366 с.
2. Зевин, Л.С. Рентгеновские методы исследования строительных материалов / Л.С. Зевин, Д.М. Хейкер. — М.: Стройиздат, 1965. — 248 с.
3. Никандрова, Л.Н. Химические способы получения металлических покрытий / Л.Н. Никандрова. — Л.: Машиностроение, 1971. — 218 с.
4. Major Correction Powder Deffraction File, Inorganic, CPDS. — Swartwore, Pensylvania, USA, 1987.
УДК 621.891
В.А. Погонышев, доктор техн. наук М.В. Панов
Брянская государственная сельскохозяйственная академия
ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ШЕЕК КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
Цель данной работы — исследование влияния толщин пленки и смазочного слоя на демпфирующие свойства узла трения.
В процессе работы двигателя масло изменяет свои свойства в зависимости от условий и состояния двигателя. По состоянию масла можно судить
о ее ресурсе и износе двигателя. Цвет пятна масла на пористой бумаге свидетельствует о его остаточном ресурсе. Чем темнее и больше центральная часть масляного круга на бумаге, тем он меньше.
Об износе двигателя судят по примесям в масле как следствие изнашивания материалов движущихся частей (масло темнее), так и по температуре вспышки масла. Сравнивали масло до и после эксплуатации (отработку масла). Подвергали образцы масла нагреванию до его воспламенения. При этом фиксировалась температура во время возгорания масла термометрами с рабочей шкалой до 350 °С. Было замечено, что температура воспламенения отработанного масла всегда ниже температуры исходного. Это объясняется тем, что в отработанные масла проникают пары бензина, в ко-
личестве в зависимости от износа двигателя. Так, например, температура возгорания исходного масла Shell (SAE 10W-40) равна 250 °C, а отработанного — 220 °C, Shell (SAE 20W-50) исходного — 270 °C, отработанного — 230 °C. Надо отметить, что импортные масла, по данным экспериментов авторов, имеют температуру возгорания больше 250...270 °C, чем отечественные (М8ГЬ М8В, М63/12Г!) — 220.260 °C [1].
Наиболее интенсивному изнашиванию подвержены шатунные шейки коленчатого вала, так как они работают в наиболее тяжелых условиях.
В ходе эксперимента были исследованы образцы (сталь 45) с медной пленкой и без пленки. Особая роль отводилась усталостному износу, который обусловлен дискретным характером фрикционного контакта. Это означает, что в процессе внешнего трения происходит многократное деформирование поверхностей шеек коленчатого вала в отдельных пятнах фактического контакта, которое приводит к разрушению и последующему отделению материала. Степень и частота деформирова-
Рис. 1. Общий вид блока управления
ния зависят как от температуры, скорости скольжения и давления, так и от геометрии и состояния поверхностного слоя.
Как известно, в целях повышения износостойкости шин коленчатых валов применяется термообработка с помощью нагревательного устройства, для управления которым авторами был изготовлен блок управления (рис. 1), включающий панель управления и встроенное оборудование.
Панель управления представляет собой щит, на котором размещены пакетный выключатель, реле времени с логической памятью, измеритель-регулятор температуры и сигнальные лампы.
Внутри блока управления расположены электропроводка, соединяющая комплектующие российского и японского производства, электрореле, реле времени, измеритель-регулятор температуры, контактные группы, электрозвонок и др. Реле времени работает в определенных режимах (см. таблицу).
Режимы работы устанавливаются после включения блока управления или могут сохраняться в соответствии с предыдущей программой, если не были внесены изменения после включения. Но после того как программа запущена нажатием на кнопку «Пуск», ее остановить или изменить нельзя до полного выполнения программы.
В результате предварительной термообработки поверхности и последующего процесса нанесе-
ния пленок пластичных материалов, получена следующая зависимость (рис. 2).
Интенсивность изнашивания рассчитывается по формуле
I = ^.г/ Е)^-^1-^2, (1)
где C — коэффициент приработки поверхности, мм/с; ра — номинальное давление, Ра; / — коэффициент трения скольжения; Е — модуль Юнга, ГПа; у — коэффициент биений, с; L = H/h — отношение толщины медной пленки, мкм, к толщине слоя масла, мкм; А -максимальное отклонение формы, мм;
у = 1 / (2м + 1), (2)
где м — частота вращения детали, с-1.
Алгоритм работы реле времени
Режим работы (на передней панели прибора) Описание работы контактной группы реле времени
ON При подключении питающего напряжения U = 220 В на контакты № 2 и № 7 происходит начало отсчета времени. По истечении времени — срабатывание внутреннего реле (замыкаются контакты № 8 и № 6). Реле остается во включенном состоянии до отключения питания = 220 В
ОС По истечении заданного времени происходит кратковременное (около 1 с) включение внутреннего реле; (контакты № 8 и № 6 замыкаются, а затем переходят в исходное состояние)
08 При подключении питающего напряжения U = 220 В на происходит срабатывание внутреннего реле (контакты № 8 и № 6 замыкаются), по истечении заданного времени происходит отключение внутреннего реле
F0 При подключении питающего напряжения U = 220 В на контакты № 2 и № 7 происходит срабатывание внутреннего реле (замыкаются), по истечении заданного времени происходит отключение внутреннего реле; через тот же промежуток времени происходит вновь срабатывание реле и т. д. (циклическое отключение и включение через заданный промежуток времени)
FL То же, что и F0, только все наоборот: реле сначала в отключенном состоянии, а через заданный промежуток времени включается
Примечание. При кратковременных сбоях питающего напряжения U = 220 В происходит новый отсчет времени, т. е. реле времени отсчитывает время заново. В реле времени имеется вторая контактная группа (контакты № 1, 3, 4), которая срабатывает сразу же при подключении питающего U = 220 В на контакты № 2 и 7. Эта группа не изменяет своего положения при любом режиме работы реле времени. При отключении питающего напряжения U = 220 В контакты № 1, 3, 4 переходят в первоначальное положение.
Из экспериментальной формулы (1) видно, что если отношение Ь < 1, то износ стремится к минимальному значению. Предельное значение Ь = 1.
Данная формула позволяет прогнозировать значение износа и ведет к выбору оптимальной толщины медной пленки, но эта формула справедлива не только для медной пленки, но и для пленок других материалов.
Как известно, медная пленка, полученная методом финишной антифрикционной безабразив-ной обработки (ФАБО), и смазка способствуют улучшению условий приработки и снижению коэффициента трения и износа поверхностей скольжения деталей машин.
Предварительные натурные испытания многослойных пленок пластичных металлов, полученных методом ФАБО, восстановленных поверхностей трения производились в лаборатории трения Брянской сельскохозяйственной академии. На поверхность шеек коленчатого вала была нанесена методом фрикционного натирания двухслойная медно-оловянная пленка.
Для восстановления размеров указанных деталей целесообразно использовать наиболее перспективные технологические методы нанесения покрытий, которые позволяют снизить до минимума последующую механическую обработку и допускают автоматизацию процессов. К ним относятся, прежде всего, электролитическое и плазменное нанесение покрытий. По ряду технико-экономических показателей наиболее целесообразным способом является электролитический, но экологический фактор часто оказывается решающим. Даже гальванический процесс, активированный трением, — процесс электролитического натирания — сохраняет низкую адгезию покрытия к стальной основе. Поэтому для получения пленок толщиной менее 1 мкм было отдано предпочтение фрикционному нанесению их методом ФАБО. Этот метод лишен указанных недостатков и имеет экономические и экологические преимущества при мелкосерийном производстве.
Покрытия наносились методами электроду-говой металлизации распылением сжатым воздухом, азотом, аргоном, а также электролитическим и фрикционным; наплавкой и плазменным напылением.
Важна оценка контактных деформаций при повторном нагружении контактирующих шероховатых поверхностей в связи с задачей оптимального режима нанесения пленки. В случае контактирования при первом нагружении осуществлялось пластическое смятие вершин микровыступов.
При внедрении сферического индентора в упругопластический материал в нем образуется пла-
Рис. 2. Износ шатунных шеек коленчатого вала:
1 — с медно-оловянной пленкой; 2 — без пленки; 3 — с медной пленкой
стический отпечаток. Аналогично подбору физико-механических характеристик контактирующих пар, микрогеометрии их поверхностей по методу, использованному в работе [2], контакт при повторном нагружении рассматривается как упругий контакт сферы радиусом кривизны Ях. То, что радиус кривизны восстановленного отпечатка существенно больше радиуса кривизны индентора, отмечалось в ряде работ, в частности [2, 3]. При этом упругое восстановление радиуса проекции отпечатка гп незначительно.
Для оценки упругого сближения при повторном нагружении использовались формулы Герца для сближения а и радиуса г площадки контакта сферы со сферической впадиной [4].
Выводы
1. Формула (1) позволяет прогнозировать износ и ведет к выбору оптимальной толщины медной пленки. Эта формула справедлива не только для медной пленки, но и для пленок других материалов.
2. Упругая и пластическая деформации существуют совместно, возрастая с ростом нагрузки, которая приводит к изменению относительного вклада упругих и пластических деформаций, что выражается в упрочнении материала среды.
Список литературы
1. Александров, В.М. Контактные задачи для тел с тонкими покрытиями и прослойками / В.М. Александров, С.М. Мхитарян. — М.: Наука, 1983. — 488 с.
2. Алексеев, Н.М. Металлические покрытия опор скольжения / Н.М. Алексеев. — М.: Наука, 1973. — 76 с.
3. Алябьев, А.Я. Влияние лазерной обработки сталей с различным содержанием углерода на износостойкость в условиях фреттинга / А.Я. Алябьев, В.В. Ковалевский, В.В. Мельников // Трение и износ. — 1984. — № 3. — Т. 4. — С. 508-513.
4. Арамович, И.Г. Уравнения математической физики / И.Г. Арамович, В.И. Левин. — М.: Наука, 1969. — 288 с.
