Триботехнічні властивості: зносостійкість, зношування, тертя, покриття, залишкові напруги детонаційно-газових покриттів (стр. 17 из 22)

Рис. 3.9.1. Розподіл залишкових напруг у покриттях на основі заліза залежно від товщини:

1 - 100 мкм; 2 - 200 мкм; 3 - 300 мкм.

Зразки, напилені композиційним порошком на основі нікелю, також досліджувалися залежно від товщини покрити, що становила 200, 300, 400 і 500 мкм. Іспиту цієї партії зразків показало, що в зразках при всій товщині покрити спостерігається залишкова напруга, що розтягують.

Як випливає з графіків характеру розподілу залишкових напруг, максимум залишкових напруг перебуває на деякій відстані (40-80 мкм) від поверхні. Зі збільшенням глибини їх залягання, після максимуму, різко падає. Поблизу основи зразка величина напруг сходить на немає. Глибина залягання, в основному, відповідає товщині покриття.

Таким чином, величина залишкових напруг значно росте при збільшенні товщини напилюваних покрить.

3.9.1 Вплив термічної обробки на величину й розподіл залишкових напруг у покриттях

Однієї з найбільш доступних і ефективних в умовах виробництва технологічних операцій для зняття залишкових напруг є термічна обробка - відпалу, у результаті якого змінюються величина й характер розподілу залишкових напруг, Зміна в розподілі тем помітніше, чим вище температура відпалу. Відпал досліджуваної партії зразків проводився при температурах 300, 400 і 600 ^оC.

Характер розподілу залишкових напруг після відпалу при температурі 300 ^оC представлений на малюнку. Величина напруг помітно зменшилася, особливо різко зменшуються напруги в покриттях більших товщин. Крім того, у покриттях малих товщин зі збільшенням глибини залягання залишкові напруги, що розтягують, переходять у стискаючі. Глибина залягання залишкових напруг також в основному відповідає товщині покриття.

Характер розподілу залишкових напруг після відпалу при температурі 400 ^оC змінюється ще більше (малий.5.6). У цьому випадку величина напруг продовжує зменшуватися й при товщинах покрить менш 0,5 мм вони переходять у стискаючі. Величина стискаючих напруг тим більше, чим менше товщина покриття. Зі збільшенням глибини залягання величини напруг зменшуються й поблизу поверхні сходять на немає.

Рис. 3.9.1.2. Розподіл напруг після отжига (400 ^оС). Товщина: 1-200 мкм; 2-300 мкм; 3-400 мкм; 4-500 мкм.

Підвищення температури отжига до 600 ºС приводить до наступного перерозподілу залишкових напруг у бік зменшення їх абсолютної величини. Це презентовано на рис. 3.9.1.3. Зменшилися залишкові напруги, що розтягують, при більших товщинах, зменшилися майже вдвічі стискаючі напруги. Таким чином, при цій температурі відпалу величина напруг у порівнянні з не відпаленими зразками набагато нижче.

Рис. 3.9.1.3. Розподіл напруга після отжига (6ОО ?С). Товщина: 1-200 мкм; 2-300 мкм; 3-400 мкм; 4-500 мкм.

Знак залишкових напруга багато в чому залежить від з'єднання коефіцієнтів термічного розширення матеріалів основи й покриття [206]. Коли коефіцієнт термічного розширення напилюваного матеріалу рівняється або більше коефіцієнта термічного розширення основи, у напиленому покритті виникають залишкові напруги, що розтягують. В інших випадках можуть виникати стискаючі залишкові напруги. При напилюванні покриття на основі заліза зразок з вуглецевої конструкційної сталі 45 різниця в коефіцієнтах термічного розширення незначно. Ніж тонше шар покриття, тем менше різниця в прилягаючих шарах покриття й основи. Отже, зі збільшенням товщини напилюваного шару буде, в основному, виявлятися різниця в коефіцієнтах термічного розширення в розмірах нагрітих і охолоджених часток і у вже напилюваних шарах, що значно остигають. Тому зі збільшенням товщини покриття залишкові напруги ростуть. Це погодиться з розподілом залишкових напруг. Термічна обробка зразків при різних температурах приводить до перерозподілу залишкових напруг. Зі збільшенням температури відпалу характер розподілу залишкових напруг змінюється. Спостерігається помітне зменшення залишкових напруг спочатку в більш товстих покриттях, а потім і в більш тонких покриттях, коли напруги із що розтягують переходять у стискаючі. Як відомо, будучи важливою характеристикою стану поверхневих шарів деталей машин, внутрішні напруження розтягування знижують тимчасовий опір, а напруги стиску можуть збільшувати втомну міцність, аналогічне явище внутрішні напруження роблять на границю витривалості. Таким чином, на підставі проведених іспитів можна зробити висновок про те, що в поверхневих шарах, підданих зміцненню шляхом детонаційно-газового напилення, виникають залишкові напруги, що по своїй абсолютній величині не небезпечні для поверхневого шару з погляду його цілісності і якості. Оптимальна товщина напилюваних детонаційних покрить, відповідає максимальної зносостійкості, становить 180-250 мкм.

При збільшенні товщини напилюваних покрить росту залишкових напруг можна значно знизити шляхом термічної обробки, у процесі якої напруги, що розтягують, переходять у стискаючих, що позитивно відбивається на експлуатаційний характеристиках покрити.

Розділ 4. Охорона праці

4.1 Небезпечні й шкідливі виробничі фактори під час напилення композиційних матеріалів

Процес напилення матеріалів супроводжується такими виробничими факторами як:

а) Фізичні:

- рухомі частини виробничого обладнання;

- рухомі вироби, заготовки, матеріали;

- підвищений рівень шуму на робочому місці;

- гострі кромки, задирки і шорсткість на поверхнях заготовок, інструментів та обладнання.

б) Хімічні:

утворення токсичного пилу.

При використанні технології напилення композиційних матеріалів мають місце такі виробничі фактори, що можуть привести до отримання травм через необережність та недостатню освітленість робочого місця. Рівень шуму від приладу напилення композиційних матеріалів не перевищує гранично допустимого рівня шумового забруднення, але, через наявність детонаційного вибуху в умовах виробництва, рівень шуму на робочому місці складає 90 дБ. Рівень шуму є досить високим для створення дискомфортних умов праці та може призвести до втрати слуху. Шум є постійним фактором, якого не можна уникнути.

Утворення пилу, при напилення композиційних матеріалів, що в своєму складі мають токсичні складові (малонебезпечні та помірнонебезпечні) є постійним фактором. Наявність шкідливих речовин в повітрі робочої зони при наявності справної вентиляції не перевищує норми.

4.2 Технічні й організаційні заходи щодо зменшення рівня впливу небезпечних і шкідливих виробничих факторів при роботі з підвищення зносостійкості деталей

Для уникнення травматизму приміщення та обладнання повинно триматися в чистоті і порядку, не допускаючи нічого зайвого, що заважає на робочому місці, а також в проходах і проїздах цеху де розміщене обладнання. Деталі та заготовки слід тримати в стійкому положенні на підкладках і стелажах, висота штабелів не повинна перевищувати півтори ширини чи півтора діаметра підставки штабеля і у всіх випадках не повинна бути більше 1 м. Також необхідним є дотримання обережності та уваги при роботі з приладом напилення композиційних матеріалів, що встановлений на токарному станку. Освітлення робочого місця повинно бути справним. При використанні люмінесцентних ламп для освітлення приміщення, частини обладнання, що обертаються повинні бути підсвічені лампами розжарювання.

Для уникнення ураження електричним струмом при роботі та проведені профілактичних операцій на устаткуванні електроіскрового легування необхідно застосовувати гумові рукавички та килимки. Використання заземлення та занулення установки напилення композиційних матеріалів є обов’язковим для унеможливлення отримання електротравм.

Наявність суттєвого шумового забруднення при виробництві з використанням технології напилення композиційних матеріалів вимагає використання робочим персоналом шумозахисних навушників, шумозахисних екранів та за можливості обмежити час перебування персоналу в робочій зоні за рахунок використання автоматизованих виробничих ліній.

При напиленні композиційних матеріалів в повітря робочої зони виділяється аерозолі та пари таких шкідливих речовин як оксиди алюмінію, титану, нікелю, міді, цинку та інших речовин, що відносяться до малонебезпечних та помірнонебезпечних речових. Концентрація цих речовин одно направленої дії при їх одночасній наявності в повітрі робочої зони неповинна перевищувати ГДК. Сума відношення вмісту кожного з них та їх ГДК неповинна перевищувати одиниці. Так як наявна система вентиляції виробничого приміщення сприяє дотримання цих вимог, додаткові заходи для безпеки робочого персоналу непотрібні.

4.2.1 Розрахунки занулення електроустановок

Під час роботи з підвищення зносостійкості деталей усі установки живляться від електричної напруги, а отже персонал, який працює біля установок можуть одержати електротравми зокрема - безпосереднє доторкання до струмопровідних частин електроустановок під напругою. Таке доторкання може відбутися при несправності пристроїв, які обгороджують, при помилкових діях персоналу, якщо роботи виконуються поблизу або безпосередньо на струмопровідних частинах, які перебувають під напругою, а також з появою напруги (у результаті помилкової подачі) на колись відключених електроустановках і ділянках мережі.