Повышение стойкости к износу лопаток ГТД методом лазерной обработки

гана; скорость изнашивания снижается на 18 -23 %. Средняя наработка модернизированных наконечников зубьев рыхлителей до предельной величины изнашивания составила 44 часа, для зубьев ковшей экскаваторов - 40 часов. Средняя наработка модернизированных наконечников до предельной величины коэффициента затупления составила 44 часа, для зубьев ковшей экскаваторов - 42 часа. Процесс изнашивания поверхностей модернизированных зубьев ковшей экскаваторов и наконечников зубьев рыхлителей, укрепленных на режущей кромке износостойкой накладкой, подчиняется одной и той же закономерности: на поверхностях образуются площадки изнашивания. При работе таких рабочих органов наблюдается эффект самозатачивания.

Полученные в результате исследований практические рекомендации внедрены на предприятиях отрасли при создании рабочих органов землеройных машин, осуществляющих разработку мерзлых грунтов. Созданы, испытаны и рекомендованы к внедрению инженерные разработки, новизна которых подтверждена свидетельством на полезную модель, патентами на полезную модель, свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ [1].

Библиографический список

1. Зеленин А.Н. и др. Машины для земляных работ. М.: Машиностроение, 1975.

2. Завьялов А. М. Основы теории взаимодействия рабочих органов дорожно-строительных машин со средой: Дис... д-ра техн. наук. - Омск, 1999.

3. Соколовский В. В. О предельном равновесии сыпучей среды. Прикладная математика и механика, т. XV, вып. 6, 1960.

4. Кузнецова В.Н., Мартюков Р.А. Экспериментальные исследования нагружения зуба рыхлителя при разработке мерзлых грунтов // «Строительные и дорожные машины» № 4 - 2006.

Solution of the optimization of the working bodies of earth-moving machinery for the development of permafrost

V.N. Kuznetsova

The article outlines the main aspects of the methodology for determining the optimal parameters of working bodies of earth-moving machinery for the development of frozen soils, taking into account their physical and mechanical properties, and modes of development. The practical optimization results. The analysis of the results of an experiment conducted in the north of Western Siberia.

Кузнецова Виктория Николаевна - д-р техн. наук, декан факультета «Магистерской и послевузовской подготовки» Сибирской государственной автомобильнодорожной академии. Основное направление научных исследований -взаимодействие рабочего оборудования дорожных, строительных и землеройных машин с контактной средой. Имеет 65 опубликованных работ. e-mail: kuznetsova_vn@sibadi.or .

УДК 533.9.

ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ К ИЗНОСУ ЛОПАТОК ГТД МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ

А.А. Соловьев

Аннотация. Представлены результаты исследований влияния лазерной термообработки и лазерного легирования на повышение износостойкости деталей машин, изготовленных из жаропрочных сплавов на никелевой основе.

Ключевые слова: фреттинг-коррозия, скорость изнашивания, износостойкость, лазерная термообработка, лазерное легирование, плотность мощности лазерного излучения.

Бандажные полки лопаток газотурбинного среда, циклические колебания температур,

двигателя подвергаются разрушению в про- вибрационные нагрузки, все это приводит к

цессе эксплуатации двигателя, на материал активной фреттинг-коррозии. Материалом для

лопаток действует агрессивная окислительная изготовления лопаток газотурбинных двигате-

леи служат жаропрочные сплавы на никелевой основе, такие как ХН56ВМКЮ (ЭП109).

Существенное повышение микротвердости и износостойкости достигается в результате лазерного легирования сплава ЭП109 алюминидом кобальта.

Лазерное легирование сплава ЭП109 алю-минидом кобальта приводит к насыщению поверхностного слоя кобальтом (15 - 30%), образованию включений интерметаллида №3А1 (до 18%), данный компонент обеспечивает упрочнение сплава ЭП109, что подтверждается результатами рентгеноструктурного анализа.

Эксперимент проводился на 9 образцах, амплитуда колебаний 6 мм, время испытаний 15 мин. Контактные поверхности бандажных полок покрывались алюминидом кобальта, лазерная обработка осуществлялась при плотностях мощности излучения 2 • 105

9 Я 9 Я 9

Вт/см , 3 • 10 Вт/см ; 5 • 10 Вт/см длительности импульса излучения 1,5 • 10-3с.

Наименьший износ наблюдается на облученных образцах при плотности мощности лазерного излучения в зоне обработки 3 • 105 Вт/см2 (рис.1).

4

0 Н------1----1----1-----1---1-----1

0 1 2 3 4 5 6

q' 105 Вт/сгЛ2

Рис. 1. Зависимость скорости изнашивания сплава ЭП109 после лазерного легирования от плотности мощности лазерного излучения

Поскольку установлено значение плотности мощности, при котором величина износа наименьшая, исследовалась зависимость величины износа от продолжительности испытаний при сохранении всех параметров лазерного воздействия, доведя время испытаний до 60 минут. Результаты испытаний приведены на рис. 2.

С целью подтверждения стабильности результатов проведено облучение лопаток в количестве 90 штук: плотность мощности лазерного излучения в зоне обработки 3 • 105 Вт/см2, длительность импульса излучения -1,510-3 с, покрытие - Со3А12. Испытания проводились в течение 60 минут.

0 10 20 30 40 50 60 70

время испытаний, мин

Рис. 2. Зависимость скорости изнашивания сплава ЭП109 от продолжительности испытаний:

1 - кривая износа контактных поверхностей необлученных лопаток; 2 - кривая износа контактных поверхностей лопаток после лазерного облучения с введением алюминида кобальта

Среднее значение скорости изнашивания составляет на необлученных лопатках - 2,79 ± 0,43 -10"8 м/мин, на облученных - 0,82 ± 0,42 •10-8 м/мин. Таким образом, лазерное облучение поверхности лопаток приводит к снижению скорости изнашивания = 3,4 раза. Обработка велась при небольших плотностях мощности излучения, поэтому повышение износостойкости можно объяснить и улучшением микрорельефа поверхности, увеличением плотности поверхностного слоя.

Лазерное легирование позволяет получать на поверхности сплавов слои с повышенной твердостью и износостойкостью, что за счет создания сплава, отличающегося от матричного материала химическим составом.

Лазерное легирование представляет собой один из видов лазерной поверхностной обработки, при котором повышение твердости и других эксплуатационных характеристик поверхностного слоя материала достигается не только за счет структурных и фазовых превращений в зоне лазерного воздействия, но и за счет создания сплава, отличающегося от матричного материала химическим составом.

Для обеспечения высокого качества обработанной поверхности должна быть исключена возможность появления микротрещин, пор, других дефектов. Вероятность появления таких дефектов имеет место, так как обрабатываемый материал находится в экстремальных условиях термического воздействия, развиваются термические и структурные напряжения. Поэтому целесообразно использовать предварительную лазерную термическую обработку поверхности, которая впоследствии

будет подвергаться лазерному легированию. Таким образом, процесс лазерной обработки с введением легирующего элемента должен складываться из двух стадий:

1. Лазерная термическая обработка осуществляется при плотности мощности лазерного излучения 5104 Вт/см2, длительности импульса 1,510-3 с, расстоянии от источника излучения 240 - 250 мм, коэффициенте перекрытия 0,5. Для увеличения поглощательной способности материала на места обработки необходимо нанести поглощающее покрытие - технический углерод.

При этом достигается существенное повышение коррозионной стойкости, микротвердости, износостойкости, шероховатость поверхности существенно не изменяется.

2. Собственно лазерное легирование: плотность мощности лазерного излучения 2105 Вт/см2, длительность импульса 1,510-3 с, расстояние от источника излучения 240 - 250 мм, коэффициент перекрытия 0,5. Легирующий элемент - алюминид кобальта Со3А12 наносится на обрабатываемую поверхность в виде пасты.

Контроль качества поверхности бандажных полок лопаток газотурбинного двигателя после лазерного легирования:

1. Обработанные поверхности подвергаются внешнему осмотру с помощью лупы с

десятикратным увеличением.

2. Глубина легированного слоя контролируется на образцах-свидетелях размером 5x10x20 мм из сплава ЭП109 на металлографическом микроскопе МИМ-8.

3. Микротвердость легированного слоя определяется на образцах-свидетелях размером 5x10x20 мм из сплава ЭП109 микротвердомере ПМТ-3.

Результаты контроля качества поверхности лопаток газотурбинного двигателя после двухэтапной лазерной обработки показали, что микротвердость поверхностных слоев сплава ЭП109, из которого изготовлены лопатки, составляет 10000 ± 247 МПа, что превышает исходную микротвердость в 3,3 раза, а микротвердость, достигаемую после лазерного легирования алюминидом кобальта без предварительной лазерной термообработки в ~ 1,2 раза (рис.3). Испытания лопаток на износ показали, что двухэтапная лазерная обработка позволяет снизить скорость изнашивания до 0,57 ± 0,25 • 10-8 м/мин.

Таким образом, износостойкость возрастает в 4,89 раза по сравнению с исходной и в 1,44 раза по сравнению с износостойкость после лазерного легирования без предварительной термообработки (рис.4).

Рис. 3. Микротвердость сплава ЭП109 после лазерной обработки

Рис. 4. Скорость изнашивания сплава ЭП109 после лазерной обработки

Библиографический список

1. Мозговой И.В. Антикоррозионная поверхностная обработка металлов // И.В. Мозговой, А.А. Соловьев, Е.В. Шлякова. Монография. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2006. - 188 с.

2. Шлякова Е.В. Лазерная обработка лопаток ГТД /И.В. Мозговой, Е.В. Шлякова // Материалы межрегиональной научно-практической конференции «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: разработка, производство, боевая эффективность, наука и образование» (Броня - 2002). Омск: Изд-во ОТИИ. - Часть 2. - С.65-67.

3. Соловьев А.А. Лазерное легирование контактных поверхностей бандажных полок лопаток ГТД // А.А. Соловьев, Е.В. Шлякова //Материалы научно-технической конференции «Развитие оборонно-промышленного комплекса на современном этапе» (ВТТВ- 2003). Омск: изд-во ОмгУ, 2003. -С.74-75.

Firmness increase to deterioration shovels GTD the method of laser processing

A.A. Solovyov

Results of the spent researches of influence of laser heat treatment and laser alloying on increase of wear resistance of details of the cars made of heat resisting alloys on a nickel basis are spent.

Соловьев Анатолий Алексеевич - канд. физ.-мат. наук, профессор, заведующий кафедрой информационных технологий Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных

исследований - лазерная физика. Имеет 700 публикации. e-mail: so-lovyov_aa@sibadi. org

УДК 621.743.41

МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ПТФЭ, ОПТИМИЗАЦИЯ ИХ СОСТАВА И ТЕХНОЛОГИИ

Ю.К. Машков

Аннотация. Рассматривается влияние вида и концентраций наполнителей - модификаторов и режимов технологии получения полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) на их структуру, механические и триботехнические свойства; показана взаимосвязь показателей свойств ПКМ с его структурно-фазовым составом.

Ключевые слова: полимерные композиционные материалы, структура, свойства, износостойкость, наполнители, технологические режимы.

Введение

Повышение надежности и долговечности металлополимерных узлов трения, применение которых в современных машинах и технологическом оборудовании постоянно расширяется, связано с решением задачи повышения износостойкости и срока службы конструкционных пластмасс. Названная задача решается путем создания и развития различных методов структурной модификации полимеров. Наиболее перспективными представляются методы модифицирования полимерной матрицы введением различных наполнителей-модификаторов, т.е. создание ПКМ с оптимизацией их состава и технологии получения заготовок изделий из ПКМ.

Среди полимеров, применяющихся для изготовления деталей узлов трения, наиболее предпочтительным комплексом физикомеханических и триботехнических свойств обладает ПТФЭ. Особенности химического строения макромолекул и надмолекулярной структуры ПТФЭ определяют его физикомеханические и уникальные антифрикционные свойства. ПТФЭ имеет одну из самых низких поверхностную энергию среди всех известных твердых тел. Низкий уровень поверхностной энергии и межмолекулярного взаимодействия определяют многие свойства полимера и в первую очередь низкий уровень поверхностного натяжения, смачиваемости,