ФОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВЕННОГО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ ЧУГУННЫХ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

 

В настоящее время в ремонтном производстве апробировано большое количество способов восстановления изношенных шеек (в результате естественного и аварийного износа) коленчатых валов автотракторных двигателей [1, 2], из которых для небольших ремонтных предприятий и производственных участков можно рекомендовать электроконтактную приварку стальной ленты. Однако при восстановлении чугунных коленчатых валов возникают определенные трудности, связанные с разным химическим составом привариваемых материалов, что приводит к отслаиванию ленты (рис. 1).

Рис. 1. Отслаивание стальной ленты при восстановлении электроконтактной приваркой

При этом работоспособность восстановленных коленчатых валов определяется в основном качеством сцепления привариваемой ленты с поверхностью шеек, что является одним из основных критериев долговечности детали с покрытием [3, 4].

При низком качестве сцепления (свариваемости) ленты с основным металлом, характеризуемом низкой прочностью сцепления, не могут быть реализованы другие положительные качества покрытия – его высокая твердость, прочность и износостойкость.

Одним из направлений по устранению данного негативного фактора является способ приварки стальной ленты через прослойку из порошкового материала [5].

Однако в литературе профессиональной направленности сведения по исследованию прочности сцепления покрытий, полученных электроконтактной приваркой ленты к чугунным коленчатым валам через прослойку из порошкового материала практически отсутствуют.

В связи с этим, установление параметров восстановления относительно прочности сцепления является актуальной задачей.

Прочность сцепления покрытия с основным металлом можно определять различными методами: отрывом при нормальном приложении силы, проворачиванием слоя тангенциальной силой, срезом (сдвигом), силой, направленной по оси образца. Учитывая, что коленчатый вал работает в условиях трения скольжения, т.е. восстановленный слой испытывает усилие сдвига, прочность сцепления с основой исследовалась методом среза по ГОСТ 8905–73 согласно методике, изложенной в работе [1]. Метод состоит в том, что цилиндрический образец из исследуемого материала с нанесенным на него в виде кольцевого пояска покрытием продавливается через матрицу. При этом под действием касательных напряжений покрытие отслаивается. Напряжение сдвига и характеризует прочность сцепления.

Для испытаний были изготовлены образцы из чугунного коленчатого вала марки ЗМЗ на которых формировали слои металлопокрытий из стали 20Х13, 50ХФА и эти же материалы приваривали через промежуточный слой ПГН-12Н-01. Толщина покрытий составляла 0,33 мм на сторону. Ширина пояска покрытий – 1,5 мм. Приварку образцов осуществляли на модернизированной установке 011–1–02Н «Ремдеталь».

В соответствии со схемой испытаний образцы устанавливались в матрицу, а матрица – в корпус. Матрица изготавливалась из инструментальной стали твердостью не менее НRC 55, корпус – из стали 45 твердостью не менее НRC 45. Перед испытаниями образцы промывались в бензине или ацетоне.

При проведении испытаний в случае образования на поверхности матрицы задиров или сколов производили шлифование поверхности, если таким образом следы износа не выводились, то изготавливали другую матрицу.

Образец – вал	Матрица	Корпус
Общий вид КВ с обозначением места среза	Срезанный хвостовик КВ с коренной шейкой	Срезанный хвостовик для изготовления образца – вала
Схема испытаний образцов на прочность сцепления	Общий вид в разрезе	Натуральный вид

Рис. 2. Определение прочности сцепления при электроконтактной приварке ленты

Испытания проводили на прецизионной универсальной электромеханической машине серии Autograph AG-X компании «Shimadzu» с программным обеспечением TRAPEZIUM X–«Single» (рис. 3), предназначенным для выполнения испытаний в одном направлении – растяжение, сжатие, изгиб, расслаивание и т.д., обеспечивающей нагрузку (max 100кH) с заданной постоянной скоростью перемещения штока (от 0,0005 до 1000 мм/мин) и измерение нагрузки с погрешностью не более 0,5 %.

​Рис. 3. Испытательная машина с установленным образцом

В процессе испытания определялась максимальная нагрузка, предшествующая сдвигу (разрушению) пояска. Все данные в процессе испытаний записывались на персональный компьютер.

Максимальная нагрузка, предшествующая сдвигу (разрушению) пояска, определялась автоматически, так как программное обеспечение TRAPEZIUM X позволяет отображать получаемые параметры на мониторе персонального компьютера (рис. 4). Ультра-высокоскоростная выборка (0,2 мс.) гарантирует точность диаграммы сжатия, полученной на испытательных машинах серии AG-X. Фиксируются любые внезапные изменения силы, происходящие во время испытания, что позволяет детально изучить важные области диаграммы. Скорость перемещения штока составляла 2 мм/мин.

Рис. 4. Фиксация сдвига пояска

Предел прочности сцепления покрытия с основным металлом при сдвиге определяли по формуле:

где P – максимальная нагрузка, предшествующая разрушению покрытия, Н;   D – диаметр образца, мм; h – ширина пояска, мм.

Для каждого варианта покрытия эксперимент производился в семикратной повторности, полученные данные усреднялись.

В таблице 1 приведены средние значения нагрузки, предшествующей разрушению пояска покрытия, для испытуемых материалов.

Таблица 1. Нагрузка, предшествующая разрушению

Материал образца	Величина нагрузки, Н				Среднее значение нагрузки, Н
	Присадочный материал
	20Х13	+ ПГН-12Н-01	50ХФА	+ ПГН-12Н-01	20Х13	+ ПГН-12Н-01	50ХФА	+ ПГН-12Н-01
ВЧ50–2	4,58∙104	5,10∙104	4,39∙104	5,03∙104	4,31∙104	5,24∙104	4,16∙104	5,18∙104
	4,96∙104	5,25∙104	4,85∙104	5,16∙104
	3,85∙104	5,11∙104	4,05∙104	4,42∙104
	3,99∙104	5,23∙104	3,58∙104	4,78∙104
	3,97∙104	5,41∙104	4,12∙104	5,58∙104
	4,52∙104	5,23∙104	3,87∙104	5,83∙104
	4,32∙104	5,40∙104	4,26∙104	5,46∙104

Для каждого материала было подсчитано напряжение сдвига t. Анализ результатов определения прочности сцепления с основой показал, что величина напряжения сдвига для металлопокрытия из исследуемых покрытий составляет порядка 351,1 МПа, а с применением прослойки из порошкового материала порядка 434 МПА.

Данные проведенного эксперимента позволяют сделать вывод, что применение прослойки ведет к увеличению прочности сцепления присадочного материала при электроконтактной приварке на аналогичных режимах.

 

 

 Список использованных источников 

 

1. Фомин А. И. Совершенствование технологии восстановления чугунных коленчатых валов электроконтактной приваркой ленты через промежуточный слой: автореф. дис. … канд. техн. наук / Мордов. гос.ун-т им. Н. П. Огарёва. Саранск, 2012. 16 с.
2. Фомин А. И. Технология восстановления чугунных коленчатых валов электроконтактной приваркой стальной ленты // Междунар. конф. «Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы». Саранск, 2014. С. 301–306.
3. Сенин П. В., Фомин А. И., Денисов В. А. Прочность чугунных коленчатых валов, восстановленных электроконтактной приваркой стальной ленты // Труды ГОСНИТИ. 2012. Т. 109, № 2. С. 117–122.
4. Фомин А. И., Нуянзин Е. А. Ускоренные испытания на надежность коленчатых валов // Сельский механизатор. 2016. № 9. С. 38–40.
5. Бурак П. И. Влияние промежуточного слоя на механические свойства покрытий, полученных электроконтактной приваркой // Тракторы и сельхозмашины. 2010. № 9. С. 12–15.

 

---

 

Fomin Andrey

PhD in Technical science, associate Professor, Department Technical Service of Machines, National Research Ogarev Mordovia State University

 

Fomina Irina

Master degree, Institute of Mechanics and Energy, National Research Ogarev Mordovia State University

  

FORMATION OF THE QUALITATIVE SURFACE LAYER FOR THE RECONSTRUCTION OF CAST IRON TORQUES OF AUTOTRACTOR ENGINES

 

The results of the data evaluation of bond strength of filler materials during electric contact welding (for example, cast-iron crankshaft) are presented).

  

Keywords: recovery, crankshaft, bond strength, tape, high-strength cast iron, test, workload.

 

© АНО СНОЛД «Партнёр», 2018

© Фомин А. И., 2018

© Фомина И. Ф., 2018