Диссертация (1137132)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Общество с ограниченной ответственностью«Научно-производственное объединение «Геоэнергетика»На правах рукописиСказочкин Александр ВикторовичИсследование механических свойств и структурыконструкционных материалов, модифицированныхультрадисперсными частицами минераловДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степени кандидата наук НИУ ВШЭИнженерные науки и прикладная математикаНаучный руководитель:доктор физико-математических наук,профессорБондаренко Геннадий ГермановичМосква – 20181ОглавлениеВведение…………………………………………………………………………..4Глава 1 Исследование изменений структуры поверхности иприповерхностных слоев низкоуглеродистой стали и титанового сплаваТi-6Аl-4V (ВТ6) при создании минеральных покрытий…………………..301.1 Материалы и методика эксперимента………………………………….…..321.2 Результаты исследований, их обсуждение и выводы………………….….34Глава 2 Исследование трибологических свойств титанового сплаваTi-Al-V (ВТ6), упрочненного минералами………….……………………….462.1 Материалы и методики………………………………………………….…..482.2 Результаты исследований, их обсуждение и выводы………………….….51Глава 3 Исследование температурного влияния на трибологическиехарактеристики низкоуглеродистых сталей и пар трения«сталь-диоксид алюминия"…………………………………………………...603.1 Детали экспериментов……………………………………………………....623.2 Результаты экспериментов и выводы……………………………………....63Глава 4 Комплексное исследование износостойкости, коррозионнойстойкости, пластичности деталей и образцов имитаторов изнизкоуглеродистых сталей с минеральным покрытием………………….724.1 Определение износостойкости деталей из сталей с минеральнымпокрытием…………………………………………………………………….724.2 Эксперименты на истирание сталей при скольжении-качении…………...744.3 Комплексное исследование пластичности, трибологических свойств икоррозионной стойкости образцов-имитаторов запорной арматуры изсталей с нанесенным на их поверхность минеральным покрытием…..772Глава 5 Исследование износостойкости резьбовых соединенийнескольких видов стальных труб после создания минеральногопокрытия………………………………………………………………………...805.1 Испытание комплекта ниппель-муфта из низкоуглеродистой сталиMAGNADUR-501 с минеральным покрытием………………………….805.2 Исследование износостойкости резьбового соединения стальныхнасосно-компрессорных труб при нанесении минеральногопокрытия…………………………………………………………………...86ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………...……………………………………………92ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………………….97ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………….104Приложение 1.

Акт по результатам работ и испытаний стойкости резьбыЗ-133 комплекта резьбового соединения труб из стали Magnadur сминеральным покрытием и без покрытия от 07.06.2016 г…………………..104Приложение 2. Технический отчет «О результатах испытаний минеральныхпокрытий на образцах имитаторах» от 05.01.2016 г…………………………105Приложение 3. Акт опытно-промышленных испытаний гильзы в составенасоса с антифрикционным покрытием от 07.06.2017 г……………………..1083ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследованияЛюбаясовременнаятехникаобладаеттакимсвойством,какизносостойкость узлов трения деталей механизмов и машин. Низкий ресурсузлов трения механизмов приводит к необходимости значительных затрат наремонт и производство запчастей.

Примерами могут служить детали узловподшипников скольжения, шейки валов, втулки, колёсные пары подвижногосостава железнодорожноготранспорта, подшипникиипарытренияавтомобилей, детали зубчатых зацеплений в редукторах, ролики прокатногооборудования и многие другие. Затраты на ремонт и техническоеобслуживание узлов, деталей и механизмов могут в несколько раз превышатьих стоимость. Потери от трения в целом и затраты, связанные с ними,составляют от 1% до 5% национального продукта развитых стран, что неможет не оказывать существенного влияния на развитие экономики любойстраны и ее конкурентоспособность [1-2].Как следствие, для России в целом, затраты на преодоление износатехники составляют сотни миллиардов рублей, включая преодолениепоследствий аварий и техногенных катастроф. Эта проблема присуща всемстранам мира, в частности, только в США экономические потери из-заповышенного износа узлов механизмов и коррозии оцениваются в суммуоколо $300 млрд.

в год [1, 3-4]. Сравнимые потери характерны и для странЕвропейского Союза.Ситуация усугубляется, когда детали, даже обладающие достаточнымифизико-механическими свойствами, работают в агрессивных средах (морскаявода, соляной туман, сероводород, абразивные смеси и т.д.), что являетсятипичным случаем для многих отраслей промышленности и различных видовтранспорта.4Причина низкого ресурса деталей и других элементов конструкцийзачастуюсвязанаповерхностныхсслоевизносом[5].икоррозионнымОбычныеповреждениемконструкционныеихматериалы,обеспечивающие общую прочность конструкции, зачастую не удовлетворяюттребованиям высокой износостойкости и коррозионной стойкости.

Дляустранения и/или торможения процессов, протекающих на границе металлсреда и негативно воздействующих на работоспособность материалов,применяют различные виды поверхностной обработки [4, 6].До последнего времени основными направлениями по борьбе сизнашиванием в машиностроении были повышение твердости поверхностейтрущихся деталей и снижение прочности адгезионной связи для снижениясхватывания поверхностей. Разработаны, хорошо исследованы и получилиширокое распространение такие методы повышения твердости деталей каказотирование [5], цементация [6], другие методы модифицированияповерхности, а также методы создания покрытий, защитных пленок и слоевгальваническими методами [7], методами термической обработки [8], ионноплазменной обработки, микродугового оксидирования, газоплазменногонапыления и другими [7].

Только методов модифицирования поверхности насегодняшний день известно несколько сотен. Существуют многочисленныеобзоры методов модификации и создания покрытий с изложениемфизическихоснов,возможностейирезультатоввоздействиянаметаллическую поверхность (см. например [5]). Технологические методыобработки поверхности классифицируются по разным группам и признакам например, по сущности процессов, по производительности, по видуприменяемого инструмента и оборудования, по затрачиваемой энергии и т.д.[6]. Каждый из методов обработки поверхности имеет свои достоинства инедостатки, а также ограничения по применению. К достоинству многих изэтих методов можно отнести относительно невысокую стоимость, высокуюскорость создания покрытий или защитных слоев, к недостаткам – проблемы5адгезии, появление дефектов, ограничения, накладываемые размером ванн,печей, вакуумируемого пространства, изменение геометрии детали послеобработки [4].

К недостаткам многих методов обработки поверхности можнотакже отнести невысокую экономическую эффективность, потому что частопроцессы создания слоев или покрытий сопровождаются длительнымвысокотемпературным нагревом, ограничением массогабаритных размеров,хрупкостью получаемых слоев. Высокие температуры могут приводить кизменению структуры металла, снижению прочностных свойств, поводкам инизкому выходу годного [9]. Поэтому актуальным является развитие другихметодов модификации металлической поверхности с минимальным илинизкимтермическимимплантации[7],воздействием,электроискровоговчастности,легированияметодов[5],ионноймикродуговогооксидирования [6], технологии минеральных покрытий [4].Защита материалов от износа и коррозии, снижение трения парматериалов путем нанесения защитных покрытий или же модификацииповерхностиявляетсяоднимизважныхнаправленийразвитияматериаловедения, успешное продвижение которого позволяет значительноуменьшить расход металлов, повысить качество и долговечность работыоборудования,существенноувеличитьпроизводительностьтруда,сэкономить материальные, трудовые и энергетические ресурсы.

Каждый изметодов защиты материалов от износа по разным причинам имеет свою нишус учетом условий работы, нагрузки, состояния окружающей среды,возможности замены и технического обслуживания [4].Разработанная в НПО «Геоэнергетика» оригинальная технологиясоздания модифицированных минеральных слоев представляет собойкомплекснуютехнологиюформированияповерхностейпартрениямеханических систем, основанную на использовании особого классаматериалов модификаторов - минералов природного происхождения [10].Использование минеральных слоев (минеральных покрытий) на различных6деталях - узлах подшипников скольжения, шейках валов, деталях зубчатыхзацеплений в редукторах, роликах прокатного оборудования - показалопрекрасные эксплуатационные характеристики [4, 11-12].

Практика показала,что применение минеральных покрытий на узлах, агрегатах, деталях,сокращаетэнергопотреблениеиповышаетэнергоэффективностьпроизводства за счет увеличения срока службы деталей и повышенияэффективности их работы [13]. Анализ опыта использования минеральныхпокрытийнанекоторыхпредприятияхРоссиипоказалнетолькозначительную экономию средств и ресурсов, но и возможность обретенияпредприятиями решающего конкурентного преимущества при работе деталейв условиях агрессивной среды [4].Многиеэксплуатационныеиспытанияпоказали,чтодеталисминеральными слоями хорошо работают, во многих случаях демонстрируяпреимущество над многими существующими в настоящее время защитнымипокрытиями [4]:- в морской воде, соляном тумане, сероводороде, абразивной пыли, приповышенной влажности, в присутствии различных кислот и другойагрессивной среде;- при высокой температуре (до 900 0С) и термоциклических нагрузках вшироком диапазоне температур.Учитывая достоинства технологии, минеральные покрытия былисозданы на металлических деталях, которые успешно функционируют всоставе [4]:- спецтехники морского флота;- плавучей атомной электростанции «Академик Ломоносов»;- Камчатской (Мутновской) геотермальной станции;- ТЭЦ ОАО «Мосэнерго»;- нескольких металлургических комбинатов.7Однако до настоящего времени варианты теоретического объясненияэффектов,возникающихпримодификацииповерхностиметалловультрадисперсными частицами минералов природного происхождения, поканосят характер предположений.

Зачастую также отсутствует достовернаяинформацияо свойствах модифицированныхслоев на поверхностиразличных металлов.Степень разработанности проблемыПрикладные исследования по развитию технологии минеральныхпокрытий и результатам ее применения в разное время проводились последующим направлениям [11]:- исследования свойств минеральных материалов;- исследование свойств покрытий из минеральных материалов итехнологии их формирования;- исследование параметров и характеристик деталей, узлов имеханизмов с минеральными покрытиями.Кратко охарактеризуем технологию и опишем ее основные процессныешаги.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации