Диплом. Реферат работа состоит из 3 разделов и включает в себя 53 страниц текста 16 таблиц, 7 рисунков. В качестве литературных источников использовано 21 издание

• Название: Реферат работа состоит из 3 разделов и включает в себя 53 страниц текста 16 таблиц, 7 рисунков. В качестве литературных источников использовано 21 издание
• Анкор: Диплом
• Дата: 05.10.2021
• Размер: 262.53 Kb.
• Имя файла: 2020_TabalyukTYu.docx
• Тип: Реферат; #242061
• страница: 1 из 6

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования

«Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова»

Факультет специальных технологий

Кафедра современных специальных материалов

Направление 22.03.01 «Материаловедение и технологии материалов»



УТВЕРЖДАЮ
УДК 20.22: 62-597.3

Заведующий кафедрой

к. т. н., доцент




БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА

БР 22.03.01.12.000

РАЗРАБОТКА СОСТАВА ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ
ПОДШИПНИКОВ РОТОРНОЙ ЛИНИИ И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО
НАНЕСЕНИЯ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Студент группы МиТМ-61 77^ Табалюк Татьяна Юрьевна

Руководитель доцент, к.т.н. Бердыченко А. А.

Н. контроль доцент, к.т.н. Бердыченко А. А.

Барнаул 2020 г.

РЕФЕРАТ

Работа состоит из 3 разделов и включает в себя: 53 страниц текста; 16 таблиц, 7 рисунков. В качестве литературных источников использовано 21 из­дание.

Ключевые слова: гидродинамический подшипник; химико-термическая обработка; насыщение бором.

Объектами исследования в данной бакалаврской работе являются со­став и технология нанесения износостойкого покрытия.

Цель работы: разработка состава износостойкого покрытия и техноло­гического процесса для диффузионного насыщения поверхности подшипника роторной линии.

В качестве метода исследования использован: метод оптической микро­скопии. Испытания производились с помощью аналитического комплекса Thixomet Pro.

СОДЕРЖАНИЕ

1. 
   РАЗРАБОТКА СОСТАВА И ТЕХНОЛОГИИ БОРИРОВАНИЯ.. 35
   

ВВЕДЕНИЕ

Большинство деталей машин работают в условиях изнашивания, кави­тации, циклических нагрузок, коррозии при криогенных или высоких темпе­ратурах, при которых максимальные напряжения возникают в поверхностных слоях металла, где сосредоточены основные концентраторы напряжения. Га­зотермическое напыление, наплавка, химико-термическая обработка повыша­ют твёрдость, кавитационную и коррозионную стойкость и, создавая на по­верхности благоприятные остаточные напряжения сжатия, увеличивают надёжность и долговечность деталей машин. Кроме того увеличить проч­ность и сопротивление усталости можно созданием соответствующих компо­зиций сплавов и технологии обработки. При сохранении достаточно высокой пластичности, вязкости и трещиностойкости данные методы повышают надёжность и долговечность машин и понижают расход металла на их изго­товление вследствие уменьшения сечения деталей.

В связи с ускоренным развитием техники крайне актуальными стали вопросы повышения надежности и долговечности деталей машин, приборов, установок, повышение их качества и эффективности работы, а, следователь­но, вопросы экономии металлов, борьбы с коррозией и износом деталей ма­шин. Решение этих проблем в первую очередь связано с упрочнением поверх­ностных слоев изделий. Роль их в долговечности машин и механизмов, при­боров особенно возросла в настоящее время, так как развитие большинства отраслей промышленности (авиационная, ракетная, теплоэнергетика, атомная энергетика и др.) связано с повышением нагрузок, температур, агрессивности сред, в которых работает деталь.

Изменить свойства поверхности в необходимом направлении можно различными способами. Их можно условно разделить на два вида:

1. 
   нанесение на поверхность нового материала с необходимыми свой­ствами;
   
2. 
   изменение состава поверхностного слоя металла, обеспечивающего желаемое изменение свойств.
   

Во втором случае поверхностные слои металла подвергают диффузион­ной химико-термической обработке, в результате которой на поверхности из­делия образуется новый, отличающийся от сердцевины сплав. Именно мето­ды химико-термической обработки были рассмотрены в данной работе.

1. 
   ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ПОДШИПНИК И МЕТОДЫ УПРОЧ-
   НЕНИЯ
   
   1. 
      Гидродинамический подшипник скольжения
      

В данной работе необходимо подобрать метод для упрочнения поверх­ности плоского подшипника скольжения. Такие подшипники работают на ро­торных линиях для производства патронов на Барнаульском Патронном Заво­де. Для данных подшипников необходимо обеспечить максимально высокую поверхностную твердость, так как при вращении со скоростью в несколько тысяч оборотов в минуту любая пылинка, попавшая между поверхностями подшипника, сильно их царапает. В результате масляная пленка на поверхно - стях не удерживается, возрастает трение. Кроме того, возрастают потери мас­ла за счет его «прокачивания» через царапины.

Гидродинамический подшипник - это совершенствованный подшипник скольжения, вращение вала происходит в слое жидкости, которая постоянно удерживается внутри втулки за счёт создающейся при работе разницы давле­ний [1].

Гидродинамический подшипник - практически герметичная конструк­ция, которая используется для длительного использования.

Принцип работы заключается в том, что между двумя передвигающи­мися поверхностямисвязывающим звеном выступает жидкость или же масло, которые раскручиваются внутри подшипника создается эффект подъемной, центробежной силы. Устройство гидродинамического подшипника показано на рисунке 1.







...— вал

подшпнк

мккро насечка

масло

статор

Как устроен плдродинамический гпдшигв+к

магнат ротора






Рисунок 1 - Устройство гидродинамического подшипника [1]

Благодаря этому, поверхности практически не соприкасаются друг с другом и соответственно не изнашиваются посредством трения.

Недостатком этих подшипниковсчитается отсутствие возможности ра­боты на низких оборотахпо причине невозможности создания необходимого значения подъёмной силы. В случае, если запустить эту деталь на невысоких оборотах, она может вскором выйти из строя или быстроснизится его срок службы.

Гидродинамические подшипники применяются при больших нагрузках и больших скоростях, а также при необходимости, для обеспечения точной посадки вала, в то время как обычные шарикоподшипники создают оченьвы- сокие вибрации ивысокий уровень шума, или же не соответствуют условиям долговечности. Они всё чаще применяютсяиз-за снижения затрат [2].

Когда вал вращается в подшипнике с большой скоростью, жидкость или масло передаются валом в пространство между поверхностями трения, так что происходит самосмазывание. В этом случае скорость вращения и подача смазки приводят к тому, что слой жидкости становится достаточно толстым, что устраняет контактное трение. Однако, если скорость вращения вала (включая время запуска и остановки) недостаточно велика и жидкостный слой обладает недостаточной толщиной, это приводит к контакту изделий. Когда эти режимы бывают часто, это ведет к уменьшению срока службы де­тали, а также к потере энергии. Для решения данной проблемы иногда ис­пользуется внешний насос, который запускается во время запуска и торможе­ния. Другим способом решения этой проблемы является нанесение износо­стойкого и антифрикционного покрытия, что значительно снижает износ при запуске и остановке. Зачастую оговаривается количество запусков и остано­вок машины, после которых необходимо провести ремонт с заменой подшип­ника [3].

1. 
   Применение гидродинамических подшипников
   

Несмотря на то, что в периоды запуска и остановки гидродинамические подшипники работают в условиях граничного смазывания, они имеют широ­кое применение.

• 
  Одним из основных применений в повседневной жизни являются под­шипники коленчатого и распределительного вала двигателя внутреннего сго­рания. Во время работы этих подшипников масляный клин поддерживается благодаря вязкости масла и повышенному давлению смазочной системы. Основной износ детали происходит во время запуска двигателя, когда мощ­ность насоса недостаточна для поддержания масляного клина и происходит граничное трение
  
• 
  Подшипники могут применяться в современных станках, которые ра­ботают при низких нагрузках, особенно при шлифовании.
  
• 
  Используется в качестве замены подшипникам качения в жестких дис­
  

ках компьютеров. Благодаря их применению снижаются шумовые и вибраци­онные воздействия на работу устройства, что приводит к увеличению скоро­сти передачи данных. Однако, несмотря на преимущества такой замены, су­ществуют недостатки - высокие потери на трение и низкий коэффициент по­лезного действия (0,94-0,97); необходимость постоянной смазки; неравно­мерный износ детали.

• 
  Гидродинамический подшипник также используется в насосах, напри­мер, в циркулярном насосе реактора РБМК-1000.
  
• 
  Используется в вентиляторах для охлаждения персонального компью­тера. Благодаря этому понижается шум и увеличивается эффективность си­стемы охлаждения. Это связано с тем, что гидродинамический подшипник создает меньше шума, чем подшипники скольжения на начальном этапе рабо­ты. Гидродинамический подшипник не теряет акустических свойств впослед­ствии завершения определенного периода использования, в отличие от дру - гих подшипников.
  

2. 
   Химико-термическая обработка металлов
   

Химико-термическая обработка металлов - нагрев и выдержка метал­лических (а в некоторых случаях неметаллических) материалов при больших температурах в химически активных средах (твердых, жидких, газообразных) [4].

В принципе, химико-термическая обработка проводится для обогаще­ния поверхностного слоя детали определенными веществами. Они называют­ся элементами насыщения или компонентами насыщения.

Итогом химико-термической обработки служит формирование диффу­зионного слоя. Это означает, что происходит изменение химического и фазо­вого состава, а также структуры и свойств поверхностного слоя.

Различные вещества могут выступать в качестве насыщающего элемен­та. В зависимости от используемого вещества различают следующие виды:

• 
  однокомпонентный:
  

1. 
   цементация стали - насыщенный компонент - углерод;
   
2. 
   азотирование - насыщенный компонент - азот;
   
3. 
   алитирование - насыщенный компонент - алюминий;
   
4. 
   хромирование - насыщенный компонент - хром;
   
5. 
   борирование - насыщенный компонент - бор;
   
6. 
   силицирование - насыщающий компонент - кремний;
   

• 
  многокомпонентный:
  

1. 
   карбонизация - насыщающие компоненты - азот и углерод;
   
2. 
   боро- и хромоалитирование - насыщающие компоненты - бор или хром и алюминий соответственно;
   
3. 
   хромосилицирование - насыщающие компоненты - хром и крем­ний.
   

Такие виды обработки используются для того, чтобы:

• 
  упрочнить поверхность металлов и сплавов (повышение твердо­сти, износоустойчивости, усталостной и коррозионно-усталостной прочно­сти, а также кавитационной стойкости);
  
• 
  придать устойчивость к химической и электрохимической корро­зии во многих агрессивных средах при комнатной температуре и при повы - шенных температурах;
  
• 
  придать деталям определенные физические свойства (электриче­ские, магнитные, термические и другие свойства);
  
• 
  придать деталям соответствующий декоративный вид (это делает­ся главным образом для дальнейшей окраски деталей во все возможные цве­та);
  
• 
  облегчить технологические операции обработки металла (давле­ние, резание и другие операции).
  

Определенные свойства и качества поверхностных слоев, требующиеся от обрабатываемых изделий, приобретаются как в процессе химико-термиче­ской обработки (азотирование, хромирование, борирование и т. д.), так и при применении последующей термической обработки (цементация, карбониза­ция).

1. 
   Цементация
   

Цементация - поверхностное диффузионное насыщение стали углеро­дом с целью увеличения твердости и износостойкости.

Низкоуглеродистые (как правило, до 0,25 % углерода) и легированные стали подвергаются этому виду насыщения. Если для насыщения использует­ся твердый карбюризатор, процесс ведется при температурах 850-950 °С, а когда используется газовый карбюризатор - при 800-900 °С.

Для придания деталям требуемых свойств, впоследствии цементации необходимо провести термическую обработку. В частности, применяется за­калка, которая приводит к образованию мартенситной фазы в поверхностном слое (закалка на мартенсит) с последующим отпуском для снятия внутренних напряжений.

Методы проведения насыщения:

• 
  в твердом карбюризаторе;
  
• 
  в газовом карбюризаторе;
  
• 
  в кипящем слое;
  
• 
  в растворах электролитов;
  
• 
  в пасте.
  

2. 
   Азотирование
   

Азотирование является одним из видов химико-термической обработки, при которой азот действует как насыщенный компонент. Поверхностный слой азотонасыщенной части, в итоге, содержит в составе растворенные нитриды и приобретает высокую коррозионную стойкость, а также высокую микро­твердость. По микротвердости процесс азотирования находится на втором месте после борировании и в то же время немного превосходит цементацию и карбонизацию.

Металлы и сплавы, которые можно подвергнуть насыщению азотом.

1. 
   Углеродистые и легированные стали, а также конструкционные и инструментальные.
   
2. 
   Чугуны и сплавы с высоким содержанием хрома, хром.
   
3. 
   Титан и титановые сплавы.
   
4. 
   Бериллий.
   
5. 
   Вольфрам.
   
6. 
   Ниобиевые сплавы.
   
7. 
   Порошковые материалы.
   

Азотирование используется для того, чтобы:

1. 
   повысить поверхностную прочность;
   
2. 
   создать защиту от коррозии;
   
3. 
   повысить усталостною прочность;
   

4) уменьшить трение;

5) повысить износоустойчивость.

Технологические процессы при насыщении азотом могут значительно различаться и зависят от назначения детали.

3. 
   Алитирование
   

Алитирование представляет собой процесс диффузионного насыщения стальных деталей с компонентом насыщения - алюминием. Этот процесс ис­пользуется для защиты от окисления при больших температурах (800­900 °C), а также устойчивости к атмосферной коррозии.

В большинстве случаев изделия из низкоуглеродистых аустенитных сталей, а также из жаропрочных сплавов используются при насыщении алю­минием.

Насыщение алюминием применяется для создания клапанов для авто­мобильных двигателей, лопаток и сопел газотурбинных установок, изделий аппаратуры для крекинга нефти и газа, печной арматуры, защиты металличе­ских конструкций от коррозии и так далее. Вместо горячего цинкования (ли­сты, провода, трубы и т.д.) часто применяется насыщение расплавленным алюминием.

4. 
   Хромирование
   

Хромирование представляет собой химико-термическую обработку, ко­торая заключается в диффузионном насыщении поверхностных слоев сталь­ных деталей насыщающим компонентом - хромом, или процесс осаждения слоя хрома из электролита на поверхность изделий под воздействием элек­трического тока. Насыщение хромом применяется для улучшения защиты от коррозии и твердости поверхности, а также для декоративных целей.

Этот процесс используется в индустрии с целью понижения трения, увеличения износоустойчивости, а также коррозионной стойкости. Данный способ обработки формирует высокую устойчивость стали к коррозии газов при температурах до 850 °С, способствует повышению устойчивости к корро­зии в следующих средах: вода, морская вода, а также азотная кислота. Насы­щение стальных деталей хромом, в которых содержание углерода выше 0,3­0,4 %, повышает твердость изделия и износоустойчивость. Толщина насы­щенного слоя, как правило, составляет от 0,074 до 0,24 мм, но можно встре­тить как более толстые, так и более тонкие слои. Поскольку насыщение хро­мом усиливает поверхностные дефекты изделий, требуется последующая об­работка поверхности.

5. 
   Борирование
   

Борирование - это процесс химико-термической обработки, который за­ключается в диффузионном насыщении поверхности деталей бором при на­гревании, а также выдержке в химически активной среде.

Данный вид насыщения в основном применяется для повышения изно­соустойчивости (в условиях сухого трения, скольжения со смазкой и без смаз­ки, абразивного износа). Этот процесс увеличивает коррозионную стойкость железных и углеродных сплавов в различных агрессивных средах, а также жаростойкость при температурах ниже 900 °С.

Известно много способов и методов борирования. Следующие получи­ли промышленное применение: борирование в порошковых смесях, электро­литическое борирование, жидкое безэлектролизное борирование, а также га­зовое борирование.

Насыщение бором часто проводится при электролизе расплавленной буры (Na2B4O7). Деталь в данном случае является катод. Температура процес­са составляет 920-950 °С, а время выдержки - 2-5 часов.

Борирование применяется для увеличения износоустойчивости втулок подшипников, вытяжных, гибочных и формовочных штампов, деталей пресс- форм для литья под давлением, а также изделий из углеродистых и легиро­ванных сталей с различным содержанием углерода (20, 18ХГТ, 15Х11МФ, Х23Н18, 45, 40Х, Х12, У10 и другие марки). Стойкость изделий после про- цоооа насыщения возрастает в 3 10 раз.

Детали, которые подвергаются данному насыщению, в результате обла­дают высокой до 850 °C окалиностойкостью, а также теплостойкостью до 850-950 °C.

6. 
   Силицирование
   

Силицирование - это процесс, состоящий из насыщения поверхности изделий кремнием при высокой температуре (1000-1150 °С). Этот процесс придает металлам повышенную устойчивость к коррозии в следующих сре­дах: морская вода, азотная кислота, серная кислота и соляная кислота, а так­же повышает устойчивость к износу. Упрочнение кремнием можно проводить в газообразных и жидких средах путем электролиза, а также неэлектро­лизным методом. В результате силицирования поверхностный слой детали характеризуется высокой пористостью. Толщина такого слоя составляет 250­950 мкм. Для того чтобы изделие обладало повышенной износоустойчиво­стью, силицированный слой можно пропитать маслом при температуре 190 °С.

Насыщенные кремнием детали используются для оборудования в раз­личных отраслях промышленности (цилиндры, трубы, арматура, гайки, бол­ты). Процесс силицирования зачастую применяется с целью увеличения стой­кости к окислению молибденовых сплавов при больших температурах. Такой обработке подвергаются также изделия из карбида кремния (SiC). Примерами являются электронагреватели из карбида кремния, подшипники скольжения для нефтяной и химической промышленности, конструкционные изделия и другие детали.

7. 
   Карбонизация
   

Карбонизацией сталей называется процесс, заключающийся в поверх­ностном насыщенииизделия углеродом и азотом одновременно при темпера­турах 750-950 °C в газовых средах, которые состоят из науглероживающего газа, а также аммиака. В основномтакой процооопроизводитоя при томпорату рах 840-880 °С. Для уменьшения деформации, после карбонизации необходи­мо деталь подвергнуть ступенчатой закалке с последующей выдержкой в го­рячем масле 170-190 °С.

Данный метод получил широкое распространение в машиностроении для изделий, по условиям, для работы которых удовлетворительной толщи­ной упрочненного слоя считается 0,3-1,0 мм. На ВАЗе около 90 % изделий, которые упрочняются химико-термической обработкой, подвергаются од­новременному насыщению азотом и углеродом. К примеру, данный вид насы­щения часто используется для увеличения прочности зубчатых колёс [5].

3. 
   Вывод
   

1. 
   Гидродинамический подшипник подвергается следующим воз­действиям: жидкостное трение; абразивный и адгезионный износ. Основная проблема при эксплуатации подшипника - низкая износоустойчивость. В свя­зи с этим, применяются химико-термическая и термическая обработки.
   
2. 
   Из вышеперечисленных методов химико-термической обработки для упрочнения гидродинамического подшипника было выбрано борирова­ние. Под действием малых нормальных напряжений при сухом трении износ борированных деталей значительно меньше в сравнении с цементированны­ми или азотированными деталями. Преимущество борированных слоев - это отсутствие склонности к холодной сварке при контакте трущихся поверхно­стей деталей. Это определяет повышенную износоустойчивость борирован­ного слоя в сравнении с цементованным, а также слоем, полученным метода­ми цианирования или карбонизации. Борирование даже на малую глубину (около 7 мкм) является достаточным для обеспечения повышенной износо­устойчивости по сравнению с достигаемой при указанных видах обработки. Именно поэтому было принято решение использовать метод борирования для упрочнения гидродинамического подшипника.
   

2.