Диссертация (1137132), страница 11
Текст из файла (страница 11)
При сохранении этой скорости изнашивания88прогнозируемое число циклов свинчивания-развинчивания превысит 100циклов [61].Резьбовая часть труб с минеральным покрытием демонстрируетотсутствие этапа приработки. На протяжении 24 циклов испытаний скоростьизнашивания составляет 4-5 мкм/цикл, что соответствует аналогичномупоказателю стабильной работы муфт с таким же покрытием.Замер крутящих моментов свинчивания и развинчиванияКритериемкрутящемуоценкимоментуприявляетсясоответствииограничениетрубпопомаксимальномувеличинемоментаразвинчивания, который не должен превышать момент свинчивания болеечем на 30%.Результаты замера крутящего момента на трубах в состоянии поставкии с упрочняющим покрытием представлены на рисунке 27.А)89Б)Рисунок 27. Графики значений отношения максимальных крутящихмоментов развинчивания к свинчиванию по циклам испытаний: А) трубы всостоянии поставки, Б) трубы с упрочняющим покрытием.На трубах в состоянии поставки после 12-го цикла испытанийнаблюдается превышение момента развинчивания над свинчиванием,которое на 15-м цикле испытаний достигает 16%.
Затем крутящие моментыстабилизируются и имеют примерно одинаковую величину.Максимальноезначениеотношениямоментовразвинчиванияксвинчиванию на резьбовых соединениях труб с минеральным покрытием навсех циклах испытаний не превысило 108%, что говорит о стабильной работерезьбового соединения [61].90Выводы1. В настоящей главе были использованы возможности новойтехнологииминеральныхпокрытийобразовыватьлокальныемодифицированные слои на металлических деталях сложной формы иконфигурации, не меняя геометрических размеров деталей. В частности, ктаким объектам относятся резьбовые соединения труб, применяемых внефтегазовой отрасли и других отраслях промышленности.
В работевыполнены сравнительные исследования и определен ресурс работырезьбового соединения стальных насосно-компрессорных труб в исходномсостоянии и после нанесения минерального слоя.2. По результатам испытаний у муфт с упрочняющим минеральнымпокрытием максимальная скорость изнашивания наблюдается на первых 12циклах и более чем на порядок меньше, чем у муфт без покрытия.3. Резьбовая часть труб с минеральным покрытием демонстрируетотсутствие этапа приработки.4. Результаты исследования отношения моментов развинчивания ксвинчиванию на резьбовых соединениях труб с минеральным покрытием навсех циклах испытаний демонстрируют стабильную работу резьбовогосоединения.5. Упрочняющее минеральное покрытие увеличивает износостойкостьрезьбового соединения к изнашивающим нагрузкам в 2,5-3,0 раза и можетобеспечить прогнозируемое число циклов свинчивания-развинчивания до100 циклов при соблюдении требований по эксплуатации насоснокомпрессорных труб.91ЗАКЛЮЧЕНИЕЗащита материалов от износа и коррозии, снижение трения парматериалов путем нанесения защитных покрытий или же модификацииповерхностиявляетсяматериаловедения,однимуспешноеизважныхпродвижениенаправленийпокоторомуразвитияпозволяетзначительно уменьшить расход металлов, повысить качество и долговечностьработы оборудования, существенно увеличить производительность труда,сэкономить материальные, трудовые и энергетические ресурсы.Разработаны,распространениехорошотакиеисследованыметодыиповышенияполучилитвердостиширокоедеталейкаказотирование, цементация, другие методы модифицирования поверхности, атакжеметодысозданиягальваническими методами,покрытий,защитныхпленокислоевметодами термической обработки, ионно-плазменной обработки, микродугового оксидирования, газоплазменногонапыления и другими.
Каждый из методов защиты материалов от износа поразным причинам имеет свою нишу во многих технологических процессах.Разработанная в НПО «Геоэнергетика» оригинальная технологиясоздания модифицированных минеральных слоев представляет собойкомплекснуютехнологиюформированияповерхностейпармеханическихсистем, основанную на использовании новоготренияклассаконструкционных материалов - минералов природного происхождения. Сутьтехнологии заключается в создании модифицированного поверхностногослоя, обычно толщиной5 – 30 мкм путем его пластическогодеформирования с помощью ультразвукового и механического воздействий,активирующих вхождение ультрадисперсных частиц минералов в объемметалла, а также процессов, пока охраняемых в режиме ноу-хау.Несмотря на большой объем выполненных научных работ поисследованию свойств деталей с минеральными покрытиями, оказалось, что92микроструктура модифицированного минералами слоя так и не былаисследована. До недавнего времени было неизвестно, что же все-такипредставляет металлическая поверхность после применения процедуртехнологии минеральных покрытий: это покрытие или модифицированныйслой.Такженужноотметить,чтокэкспериментальнымданным,опубликованных во многих статьях, имеется много вопросов из-за отсутствияважных деталей, что приводит к тому, что часть из них невозможноповторить и корректно интерпретировать, а также использовать прирасчетах.
Ситуация усложняется тем, что существует проблема корректностиизмерения физико-механических свойств тонких покрытий и тонкихмодифицированныхслоев,возникающаяиз-заналичияфакторов,приводящих к методическим ошибкам для некоторых методов измеренияизносостойкости, твердости, модуля упругости пленок и слоев микро- инано- размеров.
Корректно измеренные параметры могут способствоватьпостроениютеоретическихмоделейирасчетовпроцессовизносаповерхностей обогащенных минеральными частицами.По мере совершенствования технологии минеральных покрытий,неизвестными оказались свойства еще одного объекта для применениятехнологии – резьбы и резьбовых соединений муфта-ниппель из различныхвидовсталей,используемыхвсудостроении,нефтегазодобыче,машиностроении. Очевидна необходимость исследования износостойкостирезьбовых соединений с минеральными покрытиями для увеличения ресурсадеталей из стали.Целью работы является получение новых данных об измененияхструктуры поверхности и приповерхностных слоев, а также механическихсвойств ряда конструкционных материалов (низкоуглеродистых сталей,сплавов титана и алюминия), модифицированных ультрадисперснымичастицами минералов, для разработки эффективных способов улучшения93трибологическиххарактеристикматериаловиизделийизнихвэксплуатационных условиях.В настоящей работе были решены несколько актуальных практическихзадач:- получение новых данных об изменениях структурыметаллическойповерхности и приповерхностных слоев образцов из ферритно-мартенситнойхромистой стали и титанового сплава ВТ6 (Тi-Аl-V) при созданииминеральных покрытий;- получение новых данных о механических свойствах титанового сплава ВТ6(Тi-Аl-V) с минеральным покрытием, используя метод склерометрии дляминимизации влияния подложки;- получение новых данных о температурных зависимостях коэффициентатрения образцов из стали, модифицированных минералами, с различнойшероховатостью поверхности;- улучшение триботехнических параметров образцов из низкоуглеродистойстали с минеральным покрытием для определения возможности ихиспользования при изготовлении запорной арматуры;-улучшениетрибологическиххарактеристикрезьбовыхсоединенийнескольких видов стальных труб с нанесенным на их поверхность послесоздания на их поверхности минерального покрытия для определениявозможности их использования на предприятиях нефтегазового сектора.Объектом диссертационного исследования являются конструкционныеметаллические материалы (низкоуглеродистые стали, сплавы титана иалюминия), модифицированные ультрадисперсными частицами минералов.Предметом исследования являются механические свойства и структураметаллических сплавов (низкоуглеродистых сталей, сплавов титана иалюминия), модифицированных частицами минералов.94В результате выполнения работы:- впервые установлено, что технология минеральных покрытий не создаетпокрытия как такового, а создает однородный модифицированный слой, приотсутствии резкой границы покрытия с металлом-основой;- впервые получены экспериментальные данные о ряде механических свойств(износостойкость, модуль упругости, шероховатость) титанового сплава ВТ6(Тi-Аl-V), модифицированного ультрадисперсными частицами минералов,при помощи метода склерометрии.
Износостойкость модифицированномминералами поверхности титанового сплава ВТ6 (Тi-Аl-V) увеличилась болеечем в 4 раза по сравнению с износостойкостью поверхности безмодификации;- впервые выполнено исследование температурной зависимости в диапазоне30-140 0С коэффициентов трения образцов из низкоуглеродистых сталей12Х13 и 18Х2Н2М с модифицированными минералами слоями.
Установлено,что в условиях эксперимента (контактное давление 550-600 МПа, скоростьперемещения 4-74 мм/с, масло Mobil SHC 639) коэффициент трения остаетсяпрактически постоянным для образцов с минеральными покрытиями(возрастает не более чем на 10% от величины коэффициента трения прикомнатнойтемпературе),вотличиеоткоэффициентатрениянемодифицированных образцов, в том числе закаленных, для которых егозначение возрастает более чем на 50% при тех же испытаниях.-установлено, чтостепень износа тороида из оксида алюминия,сопряженного дискам из стали 12Х13 с минеральным покрытием привращении в воде ниже уровня регистрации степени износа и не поддаетсяколичественной оценке в проведенном эксперименте (температура водыТ=230С; линейная скорость перемещения v=0,1 м/с; общая длинаперемещения s=2 км).
Значение коэффициента объемного износа тороида изоксида алюминия, сопряженного с дисками с минеральным покрытием при95вращении в воде, как минимум на два порядка меньше, чем значениякоэффициента объемного износа при вращении с дисками без покрытия.-предложенфизическийизносостойкостимеханизмэффектаметаллическихрезкогосплавов,повышениямодифицированныхультрадисперсными частицами минералов, заключающийся в том, чтозаполнениевпроцессемодификацииультрадисперснымичастицамимикротрещин и поверхностных дефектов блокирует их развитие приизнашивании и деформации.Результаты, полученные при исследовании износостойкости резьбовыхсоединений, дают возможность использовать технологию минеральныхпокрытий для повышения ресурса деталей на предприятиях газодобычи инефтедобычи. Результаты комплексных исследований износостойкости,коррозионной стойкости и пластичности образцов имитаторов арматуры иполученныерекомендациипозволяютиспользоватьтехнологиюминеральных покрытий на предприятиях, выпускающих запорную арматурудля повышения ресурса деталей (акты испытаний с рекомендациями – вприложении к диссертации).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
