Материал: Инновационные технологии и оборудование. Межвузовский сборник научных трудов. Пачевский В.М

Возрастая с ростом его толщины, остаточные напряжения могут приводить к отслоению покрытия, его растрескиванию или существенному снижению работоспособности. Опыт нанесения и эксплуатации газотермических покрытий показывает на многочисленные примеры отрицательного проявления остаточных растягивающих напряжений /12/.

Все основные факторы процесса ПНПМ можно представить в виде следующих основных групп /3, 10, 11/:

1)конструктивные и энергетические факторы, определяющие условия образования плазменной струи: конструкция плазмотрона; длина и диаметр канала сопла плазмотрона; сила тока и напряжение питания плазмотрона; вид плазмообразующего газа и его расход;

2)факторы, определяющие условия подачи порошка в плазменную струю: расход наплавляемого порошка; расход транспортирующего газа; угол подачи порошка и расстояние от места его ввода в плазменную струю до среза сопла плазмотрона;

3)факторы, определяющие условия наплавки: дистанция наплавки; угол наклона плазмотрона по отношению к наплавляемой поверхности; скорость относительного перемещения плазмотрона относительно детали; вид защитного газа и его расход;

4)факторы, определяющие свойства наплавляемого порошка: химический состав порошка; форма частиц порошка и их размеры; сыпучесть, влажность, теплопроводность, температура плавления порошка; температура предварительного подогрева порошка;

5)толщина покрытия.

Основными характеристиками восстановленных поверхностей деталей КТО, определяющими их работоспособность, являются адгезионная прочность, твердость и износостойкость нанесенного слоя материала /13/. По данным работ /1, 2, 4/ из всего многообразия факторов, определяющих свойства плазменных покрытий, на адгезионную прочность, твердость и износостойкость материала, нанесенного методом ПНПМ, наиболее значимое влияние оказывают мощность плазмотрона, расход наплавляемого порошка, дистанция наплавки и толщина покрытия.

Литература:

1. Кудинов В.В. Плазменные покрытия. М.: Наука, 1977.

184 с.

103

2. Нанесение покрытий плазмой / В.В. Кудинов, П.Ю. Пекшев, В.Е. Белащенко и др. М.: Наука, 1990. 408 с.

3.Барвинок В.А. Управление напряженным состоянием и свойства плазменных покрытий. М.: Машиностроение, 1990. 384 с.

4.Никитин М.Д., Кулик А.Я., Захаров Н.И. Теплозащитные и износостойкие покрытия деталей дизеля. Л.: Машиностроение, 1977. 168 с.

5.Хасуй А. Техника напыления. Пер. с японского. М.: Машиностроение, 1975. 288 с.

6.Кудинов В.В., Иванов В.М. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. М.: Машиностроение, 1981. 192 с.

7.Журавлев Г.И., Кирш М. К методике определения термоупругих напряжений в покрытиях. / Кн. Защитные высокотемпературные покрытия. Л., 48. Костиков В.И., Шестерин Ю.А. Плазменные покрытия. М.: Металлургия, 1978. 160 с.

8.Костиков В.И., Шестерин Ю.А. Плазменные покрытия. М.: Металлургия, 1978. 160 с.

9.Никитин М.Д., Кулик А.Я., Захаров И.И. Напряженное состояние плазменных покрытий // Физика и химия обработки материалов. 1978. № 2. С. 131 - 136.

10.Ворошилов Г.А. Исследование и оптимизация процесса плазменной металлизации внутренних цилиндрических поверхностей автомобильных корпусных деталей: Автореф. дис. канд. техн. наук. МАДИ, 1973. 22 с.

11.Дубасов Л.М., Кудинов В.В., Шоршоров Н.Х. Термическое взаимодействие частиц с подложкой при нанесении покрытий напылением // Физика и химия обработки материалов. 1971. № 6. С. 29 - 34.

12.Антошин Е.В. Газотермическое напыление покрытий. М.: Машиностроение, 1974. 96 с.

13.Анисимов В.И., Кудинов О.В., Украинцев Б.П. Ремонт и монтаж кузнечно-прессового оборудования: Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1973. 624 с.

104

УДК 621.8.004.6

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ ВЕЛИЧИНЫ ИЗНОСА ДЕТАЛИ, ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НАПЛАВЛЯЕМОГО ПОРОШКА, ПРИМЕНЯЕМОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКИ

К.т.н. Шевцов А.В.

При расчете предельных износов деталей крупногабаритного технологического оборудования (КТО), с учетом взаимосвязи степени их изношенности и технико-экономических параметров процесса плазменной наплавки порошковыми материалами (ПНПМ), возникает необходимость определения оптимальных значений технологических параметров данного процесса в зависимости от толщины покрытия. Данная задача может быть решена экспериментальным методом, а также методом математического моделирования.

Эмпирическая модель такого сложного процесса, как ПНПМ, будет наиболее точно отражать взаимосвязь его выбранных независимых факторов и целевых функций /1/. С другой стороны, такая модель применима лишь для тех диапазонов и условий осуществления процесса ПНПМ, для которых она была построена. В свою очередь, теоретическая модель рассматриваемого процесса обладает значительной универсальностью, позволяет определять оптимальные значения технологических параметров ПНПМ вне зависимости от конструктивных особенностей используемого оборудования и характеристик наплавляемого порошка. Основным недостатком теоретической модели сложного многофакторного процесса является ее невысокая точность /1/. Несмотря на это, теоретическая модель оптимальных значений технологических параметров процесса ПНПМ дополняет аналогичную эмпирическую модель, а также позволяет оценивать рациональные условия проведения соответствующего эксперимента.

Адгезионная прочность и износостойкость слоя материала, полученного методом ПНПМ, в значительной степени зависят от величины остаточных растягивающих напряжений, возникающих в

105

наплавленном слое /2, 3/. Величина таких напряжений определяется толщиной нанесенного слоя материала, интервалом температур охлаждения покрытия и механическими характеристиками материалов наплавленного слоя и детали /4, 5/:

термического расширения материалов покрытия и детали

упругости первого рода материалов покрытия и детали, МПа; TП ,ТМ - температуры наплавляемого покрытия и детали с покрытием после

наплавленного порошкового покрытия в значительной степени зависят от степени оплавления частиц порошка и повышаются с ее ростом /6, 7/. С другой стороны, при увеличении степени оплавления частиц порошка возрастают растягивающие остаточные напряжения в наплавленном слое /8, 9/, что отрицательно сказывается на его прочностных и эксплуатационных характеристиках. Остаточные растягивающие напряжения также повышаются при увеличении толщины покрытия и в пределе приближаются к величине (см. формулу (1)

Таким образом, остаточные растягивающие напряжения целесообразно выбрать в качестве комплексного параметра, характеризующего механические и триботехнические свойства плазменного покрытия.

Известно, что наплавленное порошковое покрытие минимально возможной толщины (0,2 мм) имеет наилучшие прочностные и эксплуатационные характеристики в том случае, если оно было сформировано из полностью проплавленных частиц

106

порошка ( TП ТПЛ ) /6, 10/. При этом величина ОСТ имеет

оптимальное значение относительно прочностных и эксплуатационных характеристик наплавленного слоя для данных условий осуществления процесса ПНПМ. Вышесказанное выступает в качестве граничных условий расчета величины остаточных

где TПЛ - температура плавления материала покрытия, град С. Приравнивая выражения (1) и (3), получаем уравнение для

107