 |
Термоиспытания покрытий, сформированных способом МДО, на деталях из алюминиевых сплавов
|
|
|
|
Сафронников Д.М., магистрант направления подготовки 35.03.06 - Агроинженерия
Спиридонов С.А., магистрант направления подготовки 35.03.06 - Агроинженерия
Чупахин Д.Н., магистрант направления подготовки 35.03.06 - Агроинженерия
Харин М.В., студент направления подготовки 35.03.06 - Агроинженерия
Царьков И.В., студент направления подготовки 35.03.06 - Агроинженерия
Щелоков Р.А., студент направления подготовки 35.03.06 - Агроинженерия
ФГБОУ ВО Орловский ГАУ
АННОТАЦИЯ. В работе приводятся краткие сведения о покрытиях, сформированных микродуговым оксидированием на алюминиевых сплавах. Представлены результаты термоиспытаний, которые показали, что для упрочнения поршней двигателей внутреннего сгорания, изготовленных из алюминиевых сплавов, можно использовать оксиднокерамические покрытия, формируемые методом микродугового оксидирования.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА. Микродуговое оксидирование, поршень, двигатель внутреннего сгорания, износ, термоиспытания
ABSTRACT. The paper summarizes the coating formed microarc oxidation on aluminum alloys. Burn the results, which showed that for the hardening of the piston internal combustion engine made of aluminum alloy, can be used oksidnokeramicheskie coating formed by micro-arc oxidation.
KEYWORDS. Microarc oxidation, piston, internal combustion engine, wear, burn
Для восстановления поршней двигателей внутреннего сгорания, головок блоков цилиндров, крышек механизмов распределительных шестерен и других деталей, изготовленных из алюминиевых сплавов и работающих в условиях повышенных температур, сервисные предприятия применяют различные технологии. Одним из перспективных видов покрытий, применяемых для упрочнения деталей из алюминиевых сплавов, в том числе восстановленных с использованием алюмосодержащих ремонтных материалов, а также их защиты от воздействия повышенных температур являются оксиднокерамические покрытия, сформированные способом микродугового оксидирования (МДО) или плазменного электролитического оксидирования (ПЭО).
|
|
|
Покрытия, формируемые МДО, обладают высокими износостойкостью и коррозионной стойкостью, они способны выдерживать сильные тепловые удары и высокие перепады температур [1-9, 14]. При этом прочность сцепления покрытия с основой остается неизменной. Причем повышения их эксплуатационных свойств можно добиться за счет разработки электролитов новых составов или производя модифицирование пор упрочняющего покрытия, сформированного МДО [10-24]. Одна из главных проблем, ограничивающая область применения способа МДО, заключается в том, что формируемое покрытие имеет максимальную толщину 0,12…0,15 мм [1-7, 13]. Анализ технического состояния изношенных деталей [26, 27] показывает, что у многих из них износ рабочих поверхностей превышает указанные выше значения [3, 4, 13]. Поэтому необходимо разрабатывать комбинированные методы, сочетающие метод восстановления (компенсации износа рабочей поверхности) и последующее упрочнение восстановленной поверхности МДО, а процесс целесообразно проводить в специальных устройствах с последующей механической обработкой покрытия [3, 4, 13, 22, 23, 28, 29, 30, 31, 32].
После восстановления в поверхностном слое детали могут возникать такие дефекты, как поры, непровары, шлаковые включения, трещины и др. Поэтому представляется целесообразным провести научные исследования [26] по изучению прочности сцепления покрытий, сформированных способом МДО, с металлом под воздействием повышенных температур. Оценка прочности сцепления покрытий с основой проводилась методами нагрева и изменения температур в соответствии с ГОСТ 9.302-88. Данные методы основаны на различии физико-механических свойств покрытия и металла основы. Суммарное количество циклов нагрева и охлаждения при испытаниях по каждому из методов составляло 100 раз.
|
|
|
Метод нагрева. Образец с покрытием нагревают до температуры 2000С, выдерживают в течении 1 часа и охлаждают на воздухе.
Метод изменения температур. Образец с покрытием нагревают до температуры 2000С, выдерживают в течении 15 минут и быстро охлаждают погружением в воду с температурой от 15 до 250С.
Испытания проводили на образцах с покрытиями, изготовленных из сплавов АК9ч, АК12ММrН и АК9М2, которые применяются для изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания, головок блоков цилиндров, крышек механизмов распределительных шестерен и других деталей. Перед проведением испытаний из них готовили поперечные шлифы. Для нагрева образцов использовались муфельная печь типа СНОЛ с автоматическим регулятором температуры. Чтобы точно определить момент прогрева образцов до заданной температуры, в печи был установлен образец–свидетель с термопарой. После каждого цикла нагрева и охлаждения проводили визуальный осмотр образцов на наличие вздутий или отслаивания покрытий. Исследования на наличие микротрещин между покрытием и металлом проводили на металлографическом микроскопе ЕС МЕТАМ РВ-21 после каждых 4 циклов испытаний, при 500х.
Анализ границы перехода между покрытием и основным металлом (алюминиевым сплавом) показал, что наблюдается полное их срастание, чем и обуславливается высокая прочность сцепления покрытия (рисунок 1). Высокая адгезия обусловлена сцеплением так называемого «анкерного типа». Это происходит в результате частичного оплавления и перемешивания покрытия и его основы, возникающего в результате МДО. Термическая активация зоны контакта при МДО способствует формированию специфического рельефа поверхностного слоя металла, представляющего собой многочисленные участки травления с высокой плотностью очагов взаимодействия.
Рисунок 1 – Поперечный шлиф образца из алюминиевого сплава с оксиднокерамическим покрытием после проведения испытаний по методам нагрева и изменения температур
В результате проведенных научных исследований по двум методам (нагрева и изменения температур) можно отметить, что данные испытания не оказали влияния на прочность сцепления покрытия с алюминиевым сплавом, регистрируемого визуально и при помощи оптического микроскопа 500х. Благодаря травлению металла при оксидировании покрытие, проникая в образовавшиеся при наплавке микропоры, способствуют повышению прочности сцепления за счет увеличения площади контакта между покрытием и сплавом. Одновременно происходит «залечивание» дефектных участков поверхности, которые служат концентраторами напряжений на поверхности детали. Поэтому данный вид покрытий целесообразно использовать для упрочнения восстановленных различными методами, с использованием алюмосодержащих материалов, изношенных деталей из алюминиевых сплавов, работающих в условиях повышенных температур. Данные покрытия можно также формировать на поверхности поршня, работающей в камере сгорания двигателя, для его защиты от прогара.
|
|
|
Список литературы
1. Кравченко И.Н., Алмосов А.С., Коломейченко А.В. Свойства покрытий, сформированных на алюминиевых сплавах в анодно-катодном режиме способом микродугового оксидирования // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. - 2015. - Т. 3. - № 1. - С. 62-64.
2. Технология ремонта машин. Лабораторный практикум: учебное пособие в 2 ч. Ч. II. / А. В. Коломейченко, В. Н. Логачев, Н. В. Титов [и др.]. - Орел: Изд-во Орел ГАУ, 2013. - 156 с.
3. Новиков А.Н., Батищев А.Н., Кузнецов Ю.А., Коломейченко А.В. Восстановление и упрочнение деталей из алюминиевых сплавов микродуговым оксидированием: учебное пособие - Орел: Изд-во Орел ГАУ, 2001. - 99 с.
4. Технологии восстановления и упрочнения деталей сельскохозяйственной техники микродуговым оксидированием: учебное пособие / А.В. Коломейченко, Н.В. Титов, В.Н. Логачев [и др.]. - Орел: Изд-во Орел ГАУ, 2013. - 131 c.
5. Коломейченко А.В., Логачев В.Н., Титов Н.В., Кравченко И.Н. Повышение надежности деталей машин комбинированными методами с применением микродугового оксидирования // Ремонт. Восстановление. Модернизация. - 2014. - № 9. - С. 17-23.
6. Коломейченко А.В., Логачев В.Н., Титов Н.В. Повышение ресурса деталей машин с использованием микродугового оксидирования // Технология машиностроения. - 2014. - № 9. - С. 34-38.
|
|
|
7. Коломейченко А.В., Логачев В.Н., Титов Н.В., Кравченко И.Н. Микродуговое оксидирование как способ повышения ресурса деталей машин при их производстве или восстановлении // Техника и оборудование для села. - 2014. - № 4 (202). - С. 30-35.
8. Коломейченко А.В., Козлов А.В. Технология повышения износостойкости подвижных соединений деталей машин с МДО-покрытиями // Труды ГОСНИТИ. - 2014. - Т. 114. - № 1. - С. 104-107.
9. Коломейченко А.В., Логачев В.Н., Титов Н.В. Комбинированные способы восстановления и упрочнения деталей машин с использованием МДО-покрытий // Труды ГОСНИТИ. - 2014. - Т. 115. - С. 150-157.
10. Козлов А.В., Коломейченко А.В. К вопросу механизма модифицирования МДО-покрытий частицами нанопорошка CuO // Агротехника и энергообеспечение. - 2014. - Т. 1. - № 1. - С. 604-609.
11. Басинюк В.Л., Коломейченко А.В., Кукареко В.А., Мардосевич Е.И., Титов Н.В. Способ фрикционно-механического формирования антифрикционных покрытий на Аl2О3 // Трение и износ. - 2005. - Т. 26. - № 5. - С. 530-538
12. Коломейченко А.В. Исследование покрытий, сформированных МДО, на сканирующем зондовом микроскопе // Труды ГОСНИТИ. - 2012. - Т. 110. - № 2. - С. 43-48.
13. Коломейченко А.В. Технологии повышения долговечности деталей машин восстановлением и упрочнением рабочих поверхностей комбинированными методами. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук / Всерос. науч.-исслед. технол. ин-т ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка РАСХН. Москва, 2011. - 32 с.
14. Коломейченко А.В. Технологические приемы повышения долговечности подвижных соединений и деталей машин, упрочненных микродуговым оксидированием // Труды ГОСНИТИ. - 2010. - Т. 105. - С. 155-160.
15. Коломейченко А.В., Козлов А.В. Исследование коэффициента трения ПЭО-покрытий, модифицированных нанопорошком CuO // Вестник МГАУ им. В.П. Горячкина. - 2015. - № 5 (69). - С. 37-41.
16. Коломейченко А.В. Повышение долговечности восстановленных отверстий деталей машин микродуговым оксидированием и наполнением покрытий маслом // Ремонт. Восстановление. Модернизация. - 2008. - № 8. - С. 46-48.
17. Басинюк В.Л., Коломейченко А.В., Мардосевич Е.И., Титов Н.В. Тепловая нагруженность фрикционного контакта деталей из алюминиевых сплавов с покрытиями Аl2О3 // Трение и износ. - 2005. - Т. 26. - № 3. - С. 295-303.
18. Коломейченко А.В. Технология восстановления и упрочнения микродуговым оксидированием юбок поршней двигателей внутреннего сгорания из алюминиевых сплавов // Ремонт. Восстановление. Модернизация. - 2007. - № 4. - С. 17-19.
19. Коломейченко А.В., Чернышов Н.С. Влияние режима МДО на плотность покрытий // Ремонт. Восстановление. Модернизация. - 2006. - № 7. - С. 12-14.
|
|
|
20. Коломейченко А.В., Титов Н.В. Влияние состава электролита и режимов оксидирования на толщину МДО-покрытий // Ремонт. Восстановление. Модернизация. - 2006. - № 10. - С. 23-25.
21. Коломейченко А.В. Восстановление и упрочнение поршней // Тракторы и сельхозмашины. - 2006. - № 7. - С. 43-44.
22. Титов Н.В., Коломейченко А.В. Способ восстановления юбок поршней двигателей внутреннего сгорания. Патент на изобретение RUS 2227088 от 28.05.2003.
23. Kolomeichenko A.V. Reconditioning technology by argon-arc surfacing and hardening by microarc oxidation of components made of aluminium alloys // Welding international. - 2004. - Т. 18. - № 6. - p. 494-497.
24. Кузнецов Ю.А., Коломейченко А.В., Хромов В.Н., Новиков А.Н. Электролит для микродугового анодирования алюминия и его сплавов. Патент на изобретение RUS 2147323 от 17.05.1999.
25. Основы научных исследований: учебное пособие / И.Н. Кравченко, А.В. Коломейченко, В.Н. Логачев [и др.]. - СПб.: Изд-во Лань, 2015. - 304 с.
26. Надежность технических систем. Практикум: учебное пособие / А.В. Коломейченко, Ю.А. Кузнецов, Н.В. Титов [и др.]. - Орел: Изд-во Орел ГАУ, 2013. - 112 с.
27. Надежность технических систем. Курсовое проектирование. учебное пособие / Е.А. Пучин, А.В. Коломейченко, В.Н. Коренев [и др.]. - Орел: Изд-во Орел ГАУ, 2012. - 96 с.
28. Коломейченко А.В., Грохольский М.С. Восстановление рабочих поверхностей втулок гидромотора rexroth сеялки amazone электроискровой обработкой с последующим упрочнением микродуговым оксидированием // Ремонт. Восстановление. Модернизация. - №4. - 2013. - С. 13-15.
29. Коломейченко А.В. Технологии повышения долговечности деталей машин восстановлением и упрочнением рабочих поверхностей комбинированными методами с применением микродугового оксидирования: монография. - Орел: Изд-во Орел ГАУ, - 2013. - 230 с.
30. Коломейченко А.В., Титов Н.В., Логачев В.Н. Применение газодинамического напыления и МДО для восстановления с упрочнением деталей сельскохозяйственной // Ремонт. Восстановление. Модернизация. - № 2. - 2013. - С. 03-05.
31. Коломейченко А.В., Васильев В.Г., Титов Н.В., Логачев В.Н., Чернышов Н.С. Устройства для микродугового оксидирования деталей // Тракторы и сельхозмашины. - 2005. - № 2. - С. 45-46.
32. Новиков, А.Н. Технология ремонта машин: учебное пособие для курсового проектирования / А.Н. Новиков, Н.В. Бакаева, А.В. Коломейченко. - Орел: Изд-во ГУ-УНПК, 2003. - 59 с.
|
|
|
