AP14871373 "Разработка технологии сверхзвуковой дуговой металлизации для восстановления изношенных поверхностей коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания"

Руководитель проекта: Степанова Ольга Александровна, кандидат технических наук, доцент

Актуальность:

Коленчатый вал является одной из дорогостоящих деталей двигателя, в значительной степени, определяющей его ресурс. В процессе эксплуатации двигателя изнашиваются трущиеся части вала, а в наиболее опасных зонах накапливаются усталостные повреждения, в результате чего происходит снижение его прочности и, в частности, сопротивления усталостным нагружениям. Разработка новых прогрессивных технологических процессов восстановления коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания, а также усовершенствование существующих способов, обеспечивающих заданный ресурс двигателя, за счет создания на поверхностях их коренных и шатунных шеек износостойких покрытий, высокую экономическую эффективность двигателя, является в настоящее время актуальной задачей.

Цель:

Разработка технологии восстановления коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания за счет создания на поверхностях их коренных и шатунных шеек износостойких покрытий на основе железа сверхзвуковой дуговой металлизацией, а также изучение закономерностей формирования структуры и свойств покрытий на основе железа при сверхзвуковой дуговой металлизации.

Ожидаемый результат:

1. Будут исследованы структурно-фазовые состояния и трибологические свойства покрытий на основе железа, полученных сверхзвуковой дуговой металлизацией.

2. Будут изучены закономерности формирования структуры и свойств покрытий на основе железа при сверхзвуковой дуговой металлизации.

3. В результате реализации проекта будут получены новые данные о взаимосвязи структуры с трибологическими свойствами покрытий на основе железа, полученных сверхзвуковой дуговой металлизацией.

4. Будет разработан технологический процесс восстановления изношенных поверхностей коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания сверхзвуковой дуговой металлизацией.

5. Будет создан участок по ремонту и восстановлению коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания.

Результат:

Эксперименты по получение покрытие на стале марки 45 с проволокой наплавки из марки стали 30ХГСА проводили на лабораторной установке, сделанной для электродуговой металлизации, состоящей из источника тока, компрессора м металлизатора ЭМ-14М в НИЦ «Инженерия поверхности и трибология» и НЦ «Модификация поверхности материалов». Проведены эксперименты для определения оптимальных параметров напыления электроуговой металлизацией, такие как: скорость подачи проволоки, расстояние до подложки-образца, напряжение и давление нагнетающего воздуха. Полученные образцы исследованы на износостойкость по схеме «шар-диск» на трибометре TRB3 (ВКУ им. С.Аманжолова). Измерение микротвердости образцов сталей проводили на приборе HLV-1DT, при нагрузках на индентор P=0.2 Н и времени выдержки при этой нагрузке 10 сек. Испытания покрытий на адгезионную прочность методом отрыва проведены на адгезиметре Elcometer 510. (ВКУ им. С.Аманжолова). Испытания покрытий на абразивное изнашивание производилось по ГОСТ 23.208-79. Испытания проведены с помощью резинового колеса и сухого песка. Между вращающимся колесом и испытываемым образцом подается песок. При этом колесо прижимается к образцу, абразив, попадая в зазор, изнашивает испытываемый образец. Износ образца оценивается по изменению веса испытываемого образца. Для изучения общего характера структуры использовали металлографическом микроскоп HL-102AW. Также были сделаны снимки поверхности образцов и поперечного сечения с растровый электронный микроскоп (РЭМ) «JSM-6390 LV» фирмы «JEOL» (Япония) с системой рентгеноспектрального микроанализа «INCA ENERGY 250» фирмы «OXFORD INSTRUMENTS» для измерения толщины покрытий и определения пористости покрытий. Результаты экспериментов показали, что наилучшие результаты покрытия можно получить при режиме электродуговой металлизации на вышесказанной установке для проволоки наплавки 30ХГСА: расстояние до мишени 16 см, подаваемое напряжение на проволоку наплавки 35 В, сила тока 200 А, атмосферное давение 0,8 МПа и скорость подачи проволоки 4 см/сек. Полученный слой при напылении в данном режиме толщиной 450 мкм обладал твердость HV = 350 и по пористости был намного лучше других образцов. Также согласно календарному плану была выполнена работа по созданию манипулятора-держателя коленчатого вала для проведения сверхзвуковой электродуговой металлизации его шеек. Установка позволяет закрепить коленчатый вал между передними и задними бабками со шпинделем, установленные на линейной оси и производить вращающееся движение обрабатываемого вала. Максимальное расстояние между бабками составляет 1450 мм. Металлизатор устанавливается на узле фиксации, который позволяет менять расстояние и угол напыления. Передняя бабка приводится в движение с помощью редуктора. В качестве качестве силового органа служат шаговые двигатели модели 57BYG250C-8. Скорость вращения коленчатого вала и перемещение по горизонтальной оси металлизатора осуществляется цифровым управлением на основе микроконтроллера ATmega16. Определены оптимальные режимы шлифования восстановленных шеек коленчатого вала. Использование охлаждающей жидкости существенно снизило термическое воздействие на покрытие во время шлифования, предотвращая появление трещин и окислительных изменений, тем самым сохраняя первоначальный фазовый состав и механические свойства покрытий. Исследование влияния шлифования на структуру покрытий показало, что изменение параметров процесса шлифования не привело к значительным структурным изменениям. Это способствовало поддержанию стабильности кристаллической структуры альфа-железа и FeO. Эмульсия обеспечивала отличное отведение тепла и эффективное очищение рабочей поверхности от шлифовальных отходов, что способствовало созданию более ровного и гладкого покрытия, уменьшению шероховатости и обеспечению прочности сцепления покрытия с подложкой без видимых ухудшений. Для оценки срока службы восстановленных коленчатых валов будет разработан и изготовлен стенд для ускоренного испытания коленчатого вала на износ. Разработанный стенд для ускоренных испытаний коленчатых валов имитирует условия эксплуатации двигателя. Стенд оснащён рамой с механизмами для крепления и точного позиционирования вала, а нагрузка на вал подаётся через электромоторы с возможностью регулировки скорости и угла вращения. Испытания вала включают замеры вибрации и износа, что позволяет оценить его эффективность и износостойкость в различных условиях.

2023

  • А. Б., Рахадилов, Б. К., Степанова, О. А., Кусаинов, Р. К., Жасулан, А. Ж., & Даумова, Г. К. (2023). INVESTIGATION OF THE PROCESS OF ELECTRIC ARC METALIZATION OF COATINGS FROM STEEL 30KhGSA. Eurasian Physical Technical Journal, 20(4 (46)), 67-73. https://doi.org/10.31489/2023No4/67-73

2024

  • Рахадилов, Б. К., Шынарбек, А. Б., Какимжанов, Д. Н., & Степанова, О. А. (2024). ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ПОДАЧИ ПРОВОЛОКИ СВЕРХДУГОВОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ НА СТРУКТУРУ И КОРРОЗИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ ИЗ СТАЛИ 30ХГСА. Вестник НЯЦ РК, (2), 43-49. DOI: https://doi.org/10.12913/22998624/190251
  • Rakhadilov, B., Shynarbek, A., Kakimzhanov,D., Kusainov, R., Zhassulan, A., & Ormanbekov, K. (2024). Effect of Voltage on Properties of 30HGSA Steel Coatings by Supersonic Arc Metallization Method. Advances in Science and Technology Research
    Journal, 18(5), 113-124. http://www.astrj.com/Effect-of-Voltage-on-Properti...

Члены Исследовательской группы

  • ФИО: Рахадилов Бауыржан Корабаевич, PhD

    Scopus Id: 55539741700

    Researcher Id: ---

    ORCID: 0000-0001-5990-7123

    Дополнительно: