Підвищення зносостійкості деталей модифікуванням нано- та дисперсними домішками : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук : 05.02.01 - Матеріалознавство

Abstract

Дисертація присвячена підвищенню експлуатаційної стійкості деталей при їх відновленні та експлуатації з використанням модифікуючих домішок, в тому числі і з вторинної сировини, отриманої від утилізації спеціального складу боєприпасів. Відомо, що графіт та наноалмази використовують в якості домішки до підвищення експлуатаційної стійкості спряжень, працюючих в умовах тертя та зношування, тому може бути ефективним і нанесення покриття з таким модифікуванням при відновленні та зміцненні робочих поверхонь. Важливим було встановити вплив не тільки нанодомішок, а і мікровключень, природних вуглецевмісних складових, наприклад, таких як шунгіт. Дисертант є фахівцем з утилізації боєприпасів, то ж одним з основних напрямів роботи є: проведення аналізу номенклатури боєприпасів для визначення можливості використання детонаційної шихти, яка включає нано- та мікровуглецевовмісні домішки з розробкою методу і розділення для подальшого використання при модифікуванні. Тому важливим було провести аналіз впливу природніх та традиційних вуглецевмісних компонентів в порівнянні з введенням домішки детонаційної шихти на якість та властивості відновленого шару деталей з розробкою способу використання при введенні її у рідкий розчин або мастило з випробуванням у експлуатації. Метою дослідження є підвищення експлуатаційної стійкості деталей при їх відновленні та експлуатації з використанням модифікуючих домішок, в тому числі і з вторинної сировини, отриманої від утилізації боєприпасів. Виконано порівняльний аналіз використання різних вуглецьвмісних домішок для модифікування металу при відновленні виробів наплавленням та введенням у спряження. З огляду на той факт, що одним з модифікуючих компонентів використовуваної детонаційної шихти є наноалмазна складова, на першому етапі провели порівняльні дослідження по встановленню впливу вуглецевмісних домішок різного розміру та походження: наноалмазів (спеціального детонаційного виробництва фірми «Сінта») і природнього - шунгіту. Модифікування дисперсними алмазами також впливає на зменшення розміру зерен, твердість, як і наноалмази, але їх вплив незначно зменшується. Дослідженнями показані оптимальні параметри введення такої вторинної сировини. Особливу увагу приділяли способу дозованого введення модифікуючи домішок при відновлюванні наплавленням виробів для забезпечення рівномірного її розподілу та компонентів. Показано, що це може бути досягнуто одночасно дозованим введенням домішок при формуванні покриття і коригуванням температурних параметрів процесу. Досліджували вплив такого модифікування з використанням і легованого дроту. Методом мікрорентгеноспектрального аналізу відновленого шару дротом ER321 (легований Cr і Ni) показано, що ці компоненти розподіляються досить рівномірно (16,33-16,92% Cr і 3,97-5,99% Ni), а в перехідному шарі їх концентрація істотно знижується до 3,97-5,0% Cr і 5,82-5,99% Ni відповідно. Розроблено обладнання, технологія і параметри зміцнення відновного шару наплавленням з використанням детонаційної шихти, яка складається з вуглецьвмісних домішок. Оптимальними параметрами наплавлення є: сила струму 160 А; напруга 20 В; зміщення дроту з зеніту - 2 мм; швидкість подачі дроту - 0,04 м/с; частота обертання деталі 35мм - 2 об/хв. Використання такої технології при виконанні стендових випробувань на зношування модифікованих покриттів детонаційною шихтою, а також деталей в сполученні в умовах ДП «Завод імені В.О. Малишева» також з її домішкою у мастильні матеріали спряжень показали підвищення стійкості в 1,54 рази і на 15% відповідно. Економічний ефект тільки від використання 10 кг деталей склав 366,21 грн.

Диссертация посвящена повышению эксплуатационной стойкости деталей при их восстановлении и эксплуатации с использованием модифицирующих добавок, в том числе и из вторичного сырья, полученного от утилизации специального состава боеприпасов. Известно, что графит и наноалмазы используют в качестве добавки для повышения эксплуатационной стойкости сопряжений, работающих в условиях трения и изнашивания, поэтому может быть эффективным и нанесения покрытия с таким модифицированием при восстановлении и упрочнении рабочих поверхностей. Важным было установить влияние не только нанодобавок, а и микровключений, природных углеродсодержащих составляющих, например, таких как шунгит. Диссертант является специалистом по утилизации боеприпасов, поэтому одним из основных направлений работы являются: проведение анализа номенклатуры боеприпасов для определения возможности использования детонационной шихты, которая включает нано- и микро- углеродсодержащие добавки с разработкой метода их разделения для дальнейшего использования при модифицировании. Поэтому важным было провести анализ влияния природных и традиционных углеродсодержащих компонентов по сравнению с введением добавки детонационной шихты на качество и свойства восстановленного слоя деталей с разработкой способа использования при введении ее в жидкий раствор или масло с испытанием в эксплуатации. Целью исследования является повышение эксплуатационной стойкости деталей при их восстановлении и эксплуатации с использованием модифицирующих добавок, в том числе и из вторичного сырья, полученного от утилизации боеприпасов. Выполнен сравнительный анализ использования различных углеродсодержащих добавок для модификация металла при восстановлении изделий наплавкой и введением в сопряжения. Учитывая тот факт, что одним из модифицирующих компонентов используемой детонационной шихты является наноалмазная составляющая, на первом этапе провели сравнительные исследования по установлению влияния углеродсодержащих примесей разного размера и происхождения: наноалмазов (специального детонационного производства фирмы «Синта») и природного - шунгита. Модифицирование дисперсными алмазами также влияет на уменьшение размера зерен, твердость, как и наноалмазы, но их влияние незначительно уменьшается. Исследованиями показаны оптимальные параметры введения такого вторичного сырья. Особое внимание уделяли способу дозированного введения модифицирующих добавок при восстановительной наплавке изделий для обеспечения равномерного их распределения компонентов. Показано, что это может быть достигнуто одновременно дозированным введением добавок при формировании покрытия и корректировкой температурных параметров процесса. Исследовали влияние такого модифицирования с использованием и легированной проволоки. Методом микрорентгеноспектрального анализа восстановленного слоя проволокой ER-321 (легированную Cr и Ni) показано, что эти компоненты распределяются достаточно равномерно (16,33-16,92% Cr и 3,97- 5,99% Ni), а в переходном слое их концентрация существенно снижается до 3,97- 5,0% Cr и 5,82-5,99% Ni соответственно. Разработано оборудования, технология и параметры упрочнения восстановленного слоя наплавкой с использованием детонационной шихты, состоящей из углеродсодержащих примесей. Оптимальными параметрами наплавки являются: сила тока 160 А; напряжение 20 В; смещение проволоки с зенита - 2 мм; скорость подачи проволоки - 0,04 м/с; частота вращения детали 35мм - 2 об/мин. Использование такой технологии при проведении стендовых испытаний на износ модифицированных покрытий детонационной шихтой, а также деталей в сопряжении в условиях ГП «Завод имени В.А. Малышева» также с её добавкой в смазочные материалы сопряжений показали повышение стойкости в 1,54 раза и на 15% соответственно. Экономический эффект только от использования 10 кг деталей составил 366,21 грн.

The dissertation is devoted to improving the operational durability of parts during their restoration and operation with the use of modifying additives, including from secondary raw materials obtained from the disposal of ammunition. It is known that graphite and nanodiamonds are used as an additive to improve the operational resistance of couplings operating under conditions of friction and wear, so it can be effective to apply a coating with such a modification when restoring and hardening the working surfaces. It was important to establish the influence not only of nanoadditives, but also microinclusions, of natural carbon-containing constituents, for example, such as schungite. The dissertant is an expert in the disposal of ammunition, therefore one of the main areas of work are: analysis of the nomenclature of ammunition to determine the possibility of using a detonation charge, which includes nano- and microcarbon-containing additives, with the development of a method for their separation for further use in the modification. Therefore, it was important to analyze the influence of natural and traditional carboncontaining components in comparison with the introduction of a detonation charge additive on the quality and properties of the reduced layer of parts, with the development of a method of use when introducing it into a liquid solution or an oil with a test in operation. The aim of the study is to increase the operational durability of parts during their restoration and operation with the use of modifying additives, including from secondary raw materials obtained from the disposal of munitions. A comparative analysis of the use of various carbon-containing additives for the modification of metal during the restoration of articles by surfacing and introduction into matings is performed. Taking into account the fact that the nanodiamond component is one of the modifying components of the detonation charge used, at the first stage, comparative studies were carried out to determine the effect of carbon-containing impurities of different sizes and origin: nanodiamonds (special detonation production of the company "Sinta") and natural shungite. Modification with dispersed diamonds also affects the reduction in grain size, hardness, like nanodiamonds, but their effect is slightly reduced. Studies show the optimal parameters for the introduction of such secondary raw materials. Particular attention was paid to the method of dosing the modifying additives in the re-surfacing of products to ensure their uniform distribution of components. It is shown that this can be achieved simultaneously by dosed introduction of additives during coating formation and by adjusting the temperature parameters of the process. The effect of such a modification on the use of alloyed wire was also investigated. Using a micro-X-ray spectral analysis of the reduced layer by wire ER-321 (doped with Cr and Ni), it was shown that these components are distributed rather evenly (16.33-16.92% Cr and 3.97-5.99% Ni), and in the transition layer the concentration is significantly reduced to 3.97-5.0% Cr and 5.82-5.99% Ni, respectively. The equipment, technology and parameters of hardening of the recovered layer by surfacing with the use of detonation charge consisting of carbon-containing impurities are developed. Optimum parameters of surfacing are: current strength 160 A; voltage of 20 V; displacement of wire from the zenith - 2 mm; Wire feed speed - 0,04 m / s; rotation speed of the part 35mm - 2 rpm. The use of such technology in conducting bench tests for the wear of modified coatings with detonation charge, as well as parts in mating in the conditions of Malyshev Plant also with its additive in the lubricants of conjugations showed an increase in resistance by 1.54 times and by 15%, respectively. The economic effect only from the use of 10 kg of parts amounted to 366.21 UAH.