Диссертация (1095152), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Схожий характеризнашивания рассмотрен в работах, посвящённых трению абразивных частиц в скоростном потоке жидкости и газа [13; 139].аIбвРисунок 3.11 – Расположение характерных участков износа на лопастях и увеличение дефектовСущественное различие характера изношенной поверхности лобовой и затылочной частейлопасти может объясняться изнашиванием первой за счёт воздействия твёрдых частиц, а второйобразованием, так называемого турбулентного кормового следа, где интенсивность воздействияабразива меньше, но больше воздействие от турбулентного потока жидкости.
Гидродинамикойжидкости в аппарате объясняется и повышенный износ центральной части лопастей в верхней и104нижней части, т.к. при ударе потока жидкости о материал лопасти в этой зоне за счёт вторичного потока циркуляции, угол контакта твёрдых частиц значительно больше чем во время первичной циркуляции. При радиальном перемещении угол контакта близок к нулю, т.е. происходит скольжение абразива по поверхности, в то время как при меридиональном контакте уголатаки составляет критические значения для гидроабразивного изнашивания (45-90).К наиболее важным результатам данного этапа испытаний относится выявление нестойких или технологически не отработанных способов защиты. Наиболее характерные примерыпоказаны на рисунке 3.12.Рисунок 3.12 – Примеры нестойких или технологически не отработанных способов защитыГуммирование и вулканизация ступицы выполнены в цехе ремонта арматуры и защитныхпокрытий предприятия.
Использовался полуэбонит ГХ-1627 по ТУ 38105 1559-87, толщиной s =1,5 мм. Клей 2572 по ТУ 38-105-758-79. А также резина каландрованная ГХ-1625 по ТУ 38 1051559-87 и клей по ТУ 38-105-480-90. Пресс-форма обрабатывалась силиконом. Вулканизациявыполнялась острым паром Р = 2 кгс/см2 при температуре 150С в течение 1,5 часов.Уже на стадии испытаний большинство недостатков гуммирования, изложенные в литературе стали очевидными в условиях производства.
Низкая технологичность метода для сложныхпрофилей (при обкладке) и больших габаритах (при прессовании), неремонтопригодность,набухание, отслоение и пр. Всё это сделало в практике эксплуатации этот метод невостребованным. Дальнейшие испытания подобных образцов не производились.В качестве защитных покрытий (поверхностных способов упрочнения) испытывались:1. Детонационная металлизация (материалы для напыления: Höganäs 1260, ПГН-ДСК-60);2. Титанирование (титановое покрытие из среды легкоплавких жидкометаллических растворов) с предварительной и без предварительной цементации;3.
Финишное плазменное упрочнение оксикарбидом кремния;4. Диффузионное хромирование;5. Карбонитрация;1056. Диффузионное хромирование с последующей карбонитрацией;7. Цементация;8. Азотирование;9. Термообработка (нормализация).На рисунке 3.13,а показан образец с равномерной коррозией на поверхности из Ст3 черездва часа испытаний на верхней ступице при =45. На рисунке 3.13 б показан образец с язвенной коррозией титанированного поверхностного слоя с предварительной цементацией через двачаса испытаний на средней ступице при =90.абРисунок 3.13 – Образец с равномерной коррозией на поверхности (Ст3)На рисунке 3.14,а показан образец с язвенной коррозией (преимущественно на торцевыхповерхностях) на образце из Ст3 с диффузионным хромированием через три часа испытаний насредней ступице при =90.
На рисунке 3.14, б показан образец из ЭИ-943 с разрушением хромонитридизированного поверхностного слоя через 480 часов испытаний на нижней ступице при=45.абРисунок 3.14 – Образец с язвенной коррозией (Ст3)На рисунке 3.15, а показана подвеска с образцами из Ст3 (с карбонитрацией, с диффузионным хромированием и карбонитрацией и без защиты) через два с половиной часа испытанийна подвеске. На рисунке 3.15, б показан общий вид трёх испытанных материалов на подвеске(без защиты). Испытания на подвеске не представляли практической значимости для проведения промышленных испытаний, т.к. не были подвержены гидроабразивному изнашиванию. Од106нако в ходе испытания позволяли (при сравнении поверхностей с образцами на ступицах) определить преобладающий характер изнашивания.абРисунок 3.15 – Подвеска с образцами (Ст3)На рисунке 3.16 показан образец из 06ХН28МДТ с детонационной металлизацией материалом ПГН-ДСК-60 до начала испытаний (а) и после 480 часов работы на средней ступице =90(б).абРисунок 3.16 – Образец из 06ХН28МДТ с детонационной металлизациейНа рисунке 3.17 показаны образцы из 04Х18Н10 (а) и 06ХН28МДТ (б) через 560 часов испытаний на одной (средней) ступице при =45.
Наглядно показан разный характер изношенной поверхности. В первом случае преобладает равномерная коррозия на поверхности лопасти,в то время как образец из 06ХН28МДТ покрыт поперечными царапинами от воздействия твёрдой фазы суспензии.абРисунок 3.17 – Образцы из 04Х18Н10 (а) и 06ХН28МДТ (б)107Состояние образцов по результатам испытаний оценивалось по результатам визуальногоосмотра и взвешивания на указанных в п. 2.3. весах и соответствующей точностью. При необходимости (выборочно) проводились замеры линейных размеров, твердости, анализ микроструктуры и цветная дефектоскопия образцов.Результаты следующего этапа испытаний получены не по всем вариантам упрочнения испытанных образцов, т.к. учитывались не только полученные результаты по износостойкости, нои технологические ограничения каждого метода, доступность и обработанность в заводскихусловиях, а также риск преждевременного выхода из строя и/или снижения эксплуатационныххарактеристик штатного оборудования действующего производства.Кроме того, на данном этапе испытано несколько видов наплавок, выполненных электродуговой сваркой.
Ремонт с применением сварки и наплавки изношенных поверхностей является основным в отрасли при коррозионно-механическом изнашивании рабочих поверхностейузлов и деталей, однако испытание его на образцах крайне затруднительно из-за перегрева икоробления последних ввиду их малой толщины и габаритов.Результаты производственных испытаний рабочих колёс при подконтрольной эксплуатации центробежных насосов АХ-100-65-400, эксплуатируемых в цехе производства сложныхминеральных удобрений в условиях, описанных в п. 2.3, приведены в Приложении В.14.В результате промышленных испытаний испытано девять рабочих колёс, общей продолжительностью более 17000 часов, т.е. более двух лет.
Испытания проведены на одинаковыхнасосах, работающих на двух параллельных технологических нитках, каждый из которых имеетрезервный. На указанном графике не использованы экстраполяции, а при испытаниях не применялось форсирование. В качестве контролируемого параметра был выбран основной эксплуатационный показатель – производительность, остановка в ремонт по достижению которого была выполнена только один раз (для 06ХН28МДТ после ТО), когда износ составил более 700г. Востальных случаях вибрация и/или шум насоса появлялись раньше, чем недопустимо снижаласьпроизводительность.Фотографии колеса без покрытия до его эксплуатации и после (с предельным износом рабочих поверхностей) показаны на рисунке 3.18. Здесь же показана фотография изношенногокорпуса насоса.108абвРисунок 3.18 – Колесо без покрытия до его эксплуатации(а) и после (б);изношенный корпус насоса (в)Повышение износостойкости рабочего колеса не является ни целью, ни задачей настоящей работы, поэтому в подробном описании результатов здесь нет необходимости.
Однако некоторые полученные данные имеют значительную практическую значимость для оборудованиярассматриваемого цеха и некоторых близких по условиям эксплуатации производств.Установлено, что износостойкость колеса в состоянии поставки (без покрытия) из07ХН25МДТЛ в данных условиях эксплуатации оказалась ниже, чем у аналогичного колеса из12Х18Н12М3ТЛ. Установить скорость этих материалов коррозии даже в чистой фосфорнойкислоте не простая задача, т.к. разброс справочных данных и результатов стандартных лабораторных испытаний (при одинаковых параметрах) для разных источников составляет до 20 раз[17; 135; 137 и др.].
Такое отличие при одинаковых условиях может быть следствием различнойкоррозионной активности кислоты, полученной различными способами (например, термической и экстракционной) и из различного сырья и реагентов. Разумеется, что отличия могут бытьи в методике проведения испытаний. Поэтому использование этих данных в практических целях ограничено очень узким кругом задач.
И практике эксплуатации оборудования эта информация малополезна.Здесь важно отметить, что в подавляющем большинстве справочной информации нет данных о марках сталей для оборудования производства комплексных минеральных удобрений. Попонятным причинам (вследствие вариативности состава рабочих сред). Но там, где такие рекомендации есть, считается что целесообразно применять 06ХН28МДТ, а не 12Х18Н12М3ТЛ[60]. При этом скорость коррозии последней в среде фосфорной кислоты, как правило, выше,чем 06ХН28МДТ [17; 135; 137 и др.].
Это ещё раз подтверждает, что при выборе материалов(способах изготовления деталей и защиты поверхностей) для работы в подобных условиях,необходимо учитывать не только химический (коррозионный) фактор разрушения, но и физикомеханический аспект изнашивания (абразив, кавитация).Износостойкость цементированного колеса из 12Х18Н12М3ТЛ оказалась существенновыше чем аналогичное колесо в состоянии поставки. Также положительные результаты показа109ло рабочее колесо, рабочие поверхности которого восстановлены наплавкой электродуговойсваркой.Цементация литого рабочего колеса из 12Х18Н12МЗТЛ выполнена в условиях специализированного участка ремонтного предприятия (ООО “НевинномысскРемСтройСервис”). Технология цементации прилагается (Приложение В.15).
Результаты анализа колеса неразрушающими методами контроля до цементации и после, а также металлографическое исследованиешлифов цементированного образца-свидетеля из рядовой стали прилагаются (ПриложениеВ.16, Приложение В.17). Цементация колеса и образца-свидетеля выполнялась в электропечизакалочной ПШЗ 10.10/12И1, в ящике с твёрдым карбюризатором. Закалка цементированногослоя проводилась в газовой печи. Далее фотографии оборудования, шлифы поверхностей, протоколы, акты и прочие документы, подтверждающие выполненные технологические операции иметоды контроля не приводятся.
Их приложение и описание увеличит количество страниц работы в несколько раз, не меняя её сути.Для исследования изменения свойств основного металла и цементированного слоя подлите лопасти, одна из лопастей рабочего колеса (с характерными следами износа) после эксплуатации отрезана (показано на рисунке 3.19, а) от колеса и порезана на семь частей для металлографического исследования поперечных срезов и замера твёрдости по их высоте (глубине).По результатам визуального осмотра при совместном действии коррозии и гидроабразивного изнашивания в некоторых случаях трудно различить преобладание механического или химического факторов.
Тем не менее, поверхности разрушения имеют несколько различающийсявид: в первом случае раковины различной формы и глубины распределены по поверхности неравномерно, во втором – равномерно. При сильном действии кавитации раковины имеют болеелокализованный характер и развиваются в основном в глубину. При гидроабразивном изнашивании, обусловленном жидкостью с высокой концентрацией абразива, имеет чешуйчатый вид, ас малой – близкий к кавитационному [53].Осмотр рабочих поверхностей лопастей при периодических взвешиваниях (рисунок 3.19,б) и сравнение с их первоначальными размерами, геометрией и состоянием поверхностей показывает очевидный абразивный характер изнашивания. Следы коррозии распределены равномерно по всей поверхности колеса (только для цементированных колёс), следы кавитации –только на лобовых поверхностях лопастей (только в некоторых случаях). Одной из сопутствующих причин кавитации может являться нарушения эксплуатации, при которых регулированиипроизводительности насоса осуществляется не байпасной линией, а уменьшением сечения всасывающего трубопровода, а также “проскоком” водяного пара на всас насоса из линии пропарки, используемой при выводе насосного агрегата в ремонт.110абРисунок 3.19 – Лопасть колеса для металлографии (а); 100, слой цементации 0,33 мм (б)Результаты металлографического исследования и анализа показывают, что на поверхностиобразован сплошной карбидный слой, величина которого после испытаний колеблется от нуля(полностью отсутствует на рабочих поверхностях лопастей) до 0,7 мм., на участках не подверженных интенсивному гидроабразивному изнашиванию (фотографии шлифов при стократномувеличении показаны на рисунке 3.20).бавРисунок 3.20 – Фотографии шлифов при стократном увеличенииа - 100, слой цементации 0,74 мм; б - 100, слой цементации 0,33 мм; в - 100, без цементацииУсреднённые результаты замеров микротвёрдости по толщине на поперечных срезах колеса (в местах, где слой сохранился) представлены в таблице 3.19.Таблица 3.19 – Усреднённые результаты замеров микротвёрдости по толщинеГлубина от поверхностиСредние значения измереннойтвёрдостиГлубина от поверхностиСредние значения измереннойтвёрдости0,03мм398НV0,35мм371НV0,05мм430НV0,4мм362НV0,07мм424НV0, 45мм357НV0,1мм396НV0,5мм321НV0,15мм391НV0,55мм283НV0,2мм387НV0,6мм252НV0,25мм387НV0,65мм220НV0,3мм378НV0,7мм190НV111Мелкие повреждения поверхности сосредоточены по дефектам литья.Налёт ржавчинысвязан с пониженной коррозионной стойкостью слоя, тем не менее явные коррозионные поражения поверхности отсутствуют.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
