Введение 6
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ НАПРАВЛЕНИЙ ПО ВОССТАНОВЛЕНИЮ ИЗНОШЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ АВТОМОБИЛЯ 10
1.1 Анализ методов восстановления деталей машин 10
1.2 Анализ работоспособности и повышении износостойкости стальных
изделий 16
1.3. Анализ работоспособности и повышения износостойкости
изделий из чугуна 25
1.4. Износостойкие покрытия и специальные методы упрочнения
их нанесения на детали 35
1.5. Конструкторско-технологическое решение при создании
надежных и долговечных металлокомпозитных изделий 40
Выводы по главе и задачи исследования 45
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 47
2.1. Методы определения состава, структуры и свойств и исследуемых
материалов 47
2.2. Методика топографических исследований рабочей поверхности
толкателя клапана 48
2.3. Математическая обработка экспериментальных данных 52
Выводы по главе 64
3. ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ИЗ
БЕЛОГО ЧУГУНА ТОЛКАТЕЛЕЙ КЛАПАНА ДВС ПОСЛЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ 65
3.1. Влияние технологических параметров наплавки на структуро-
образования износостойкого чугуна 66
3.2. Наследственность строения и свойств чугуна при наплавке и термической обработке 68
3.3. Технические и технологические решения по обеспечению высоких
потребительских свойств металлослоистым деталям 76
Выводы по главе 78
4. РАЗРАБОТКА ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ВОССТАНОВЛЕНИЯ
ИЗНОШЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ АВТОМОБИЛЕЙ 79
4.1. Разработка технологии восстановления изношенной рабочей
поверхности металлослоистых деталей 79
4.2. Оценка надежности деталей после восстановления 99
Выводы по главе 101
Основные результаты и выводы 102
5. Библиографический список литературы 104
Приложения должны быть в работе, но в данный момент отсутствуют
Современное машиностроение требует применения материалов, обладающих не только повышенной прочностью, но и рядом специальных свойств, обеспечивающих длительную и надежную работу изделий в самых разных условиях эксплуатации. В число таких материалов входят легированные чугуны, которые в зависимости от элементов обладают несколькими специальными свойствами.
Требования к чугунам как конструкционным материалам непрерывно возрастают по мере увеличения нагрузок на детали в машинах и узлах. Кроме статической прочности, пластичности и твердости для конструирования отдельного узла или детали все большее значение приобретают такие свойства, как сопротивление усталости при динамических и знакопеременных нагрузках и износостойкость. Для деталей, работающих в условиях абразивного и гидроабразивного изнашивания при ударных нагрузках, целесообразно использование комплексно-легированных чугунов со специальными свойствами. Такие чугуны нуждаются в проведении упрочняющей термообработки. Однако при получении отливок сложной конфигурации в них возникают большие внутренние напряжения, приводящие к образованию микротрещин. В связи с этим исследовано одиночное и комплексное влияние карбидообразующих и графитизирующих элементов на строение специальных чугунов, процессы кристаллизации и структурообразования, физико-механические и эксплуатационные характеристики специальных чугунов с различным углеродным эквивалентом в литом и термообработанном состояниях.
Таким образом, основными факторами регулирования литой структуры и уровня физико-механических и эксплуатационных характеристик чугунов являются качество исходного расплава, режимы модифицирования (включающие состав, количество, способ и очередность ввода присадок), химический состав и скорость затвердевания металла.
Повышающиеся требования к качеству, эксплуатационным и служебным характеристикам чугунов требуют постоянного совершенствования их состава и технологии производства. От этого зависит увеличение срока службы современного оборудования, машин и механизмов. В этой связи важной является проблема повышения износостойкости, теплостойкости, термомеханической усталости и др.
Химический состав металла является одним из основных факторов, определяющих физико-механические и эксплуатационные свойства специальных чугунов. В зависимости от состава, скорости кристаллизации или режима термообработки можно получать чугуны с различной металлической основой и заданным уровнем механических свойств. Несмотря на обилие литературных данных по составам легированных чугунов специального назначения все же недостаточно изучено влияние легирующих элементов на строение и работоспособность чугунов специального назначения в условиях абразивного износа и постоянных и циклически изменяющихся температур. В связи с этим актуальным направлением является исследование влияния легирующих элементов (Cu,Ti, Ni, V, Mo, Cr, W, Sn) на структуру и свойства расплавов, процессы структурообразования чугунов специального назначения и установление оптимальных составов для получения отливок с высокими износостойкостью, теплостойкостью и термомеханической усталостью.
Актуальность выполнения работы вызвана недостаточной износостойкостью биметаллических деталей типа толкатель клапана и отсутствия технологий восстановления таких деталей на предприятиях.
Целью магистерской диссертации является исследование поверхности износа биметаллических деталей и разработка технологии восстановления толкателей клапана ДВС автомобиля КАМАЗ.
1. Анализ литературных источников и петентные исследования по тематике восстановления изношенных деталей автомобилей;
2. Топографические исследования биметаллических деталей с построением трехмерной модели износа их рабочей поверхности;
3. Изучить структурное состояние и степень износа биметаллических толкателей клапана после эксплуатации;
4. Разработать способ восстановления изношенных толкателей клапана и цементованных деталей автомобиля «КАМАЗ»;
5. Комплексные исследования структуры, свойств и геометрических параметров полуфабрикатов и восстановленных биметаллических деталей;
6. Установить связь между структурным состоянием полуфабрикатов и свойствами наплавленного слоя;
7. Разработать методику диагностирования структурного состояния наплавленного слоя по характеристикам свойств используемых чугунных полуфабрикатов для индукционной наплавки;
Научная новизна.
1. Разработана методика топографических исследований поверхности биметаллических металлоизделий, базирующаяся на комплексных исследованиях линейных и массовых измерений с построением трехмерной модели износа и позволяющая установить месторасположение и размеры максимального износа рабочего элемента детали.
2. В развитии теории о структурной наследственности в литых сплавах установлена связь между формой и распределением графитовых включений присутствующих в наплавленном слое чугуна и заготовках, используемых для индукционной наплавки на сталь.
3. Разработана методика диагностики структурного состояния наплавленного чугуна биметаллической детали по характеристикам твердости используемых заготовок и температуры подготовки расплава и индукционной наплавке на стальную основу изделия.
4. Разработан и обоснован способ восстановления изношенных биметаллических деталей автомобиля, базирующихся на реализации метода обработки сверхпрочных сплавов и температурных параметров подготовки расплава чугуна и наплавке на сталь.
Практическая значимость.
1. Разработаны требования по структуре, твердости и свойствам поверхности полуфабрикатов из легированного чугуна используемых для наплавки при восстановлении биметаллических деталей.
2. Разработана технология восстановления изношенных биметаллических изделий автомобиля и подготовка расплава чугуна с непосредственной его наплавкой на стальную основу.
3. Установлены требования к величине износа биметаллических изделий для дальнейшего их использования в эксплуатации.
4. Предложена методика топографических исследований рабочих поверхностей деталей до - и после их эксплуатации.
Публикации:
По теме магистерской диссертации опубликована 3 статьи в The Way of Science (Путь науки) International scientific journal (Международный научный журнал). 2014. - №8. - С. 80-84; 2015. - №11 - С.65-72; 2016. - №7 - С.25-26. 2 статьи (Scopus) Biomedical and Pharmacology Journal. 8(1): 35-38, 2015., 6(2): 912¬917, 2017., патент № 2516418 от 21.03.2014г. «Способ восстановления наружней рабочей поверхности деталей из белого чугуна»
Структура и объем работы.
Магистерская диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и общих выводов. Содержание работы изложено на 119 страницах включая 35 рисунков, 15 таблиц, библиографический список из 115 наименований и приложения.
1. Исследования долговечности толкателя клапана газораспределительного механизма указали, что одной из главных причин низкой долговечности является износ головки толкателя клапана вследствие истирания выпуклой части ее поверхности, приводящий к ухудшению тяговых характеристик автомобиля, влияющих на экологию и движения механизма автомобилей семейства КамАЗ, что их ресурс при эксплуатации в условиях агропромышленного комплекса составляет 85.. .120 тыс. км. в целом.
2. На основе комплексных исследований структуры и геометрических размеров толкателей клапанов, бывших в эксплуатации, выявлена закономерность износа по поверхности головки детали. Показано, что зона максимального износа располагается в центре толкателя клапана. Установлены структурные и фазовые изменения в зоне контакта деталей (толкатель клапана - распредвал), приводящие к прогару клапана. Эти изменения связаны с выкрашиванием детали в зоне контакта при эксплуатации, что вызывает протекания отпускных процессов и ускоренный износ головки толкателя.
3. Выявлена связь и установлены зависимости между эксплуатационными характеристиками толкателя клапана (степенью, характером эксплуатационных износов) и работоспособностью газораспределительного механизма.
4. Выполнены топографические исследования рабочей поверхности толкателей клапана до и после эксплуатации и выявлены детали для восстановления их размеров и свойств.
5. Проведено компьютерное моделирование процесса восстановления изношенных биметаллических деталей автомобиля, а именно толкателя клапана в программе Trixomed и разработан алгоритм реализации метода реновации данной детали. Выявлено, что для придания первоначальной формы, размеров и свойств толкателя клапана газораспределительного механизма бывшего в эксплуатации необходимо наплавить материал используя литые заготовки диаметром 10 и длиной 32 мм. биметаллических деталей автомобиля с повышением долговечности толкателей клапанов и безотказной его работы, заключающийся в создании потребительских параметров быстроизнашиваемым деталям за счет придания рабочим поверхностям формы, размеров и свойств, которые предъявляются к новым изделиям. (патент № 2516418 от 21.03.2014г. «Способ восстановления наружней рабочей поверхности деталей из белого чугуна»
7. Реализация предложенного метода восстановления толкателей клапанов показали, что детали удовлетворяют техническим условиям завода - изготовителя.
8. Предложена технология оксидирования рабочей поверхности детали для повышения износостойкости изделия в эксплуатации.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
