Russian Federation
UDK 62 Инженерное дело. Техника в целом
The work is devoted to the analytical substantia-tion of the protection of technological means and tools from gas-abrasive impact. It is shown that in order to reduce the friction force, the main wear factor, it is necessary to apply hard thin coatings with microelasticity to the surface.
GAS-ABRASIVE WEAR, PLASMA COATINGS, MICROELASTICITY.
1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы
Часть технологических средств, используемых для обработки поверхностей, работает в условиях струйно-абразивного воздействия на их рабочие поверхности. Распространенными примерами таких средств являются рабочие поверхности пневмотранспортных установок, струйных мельниц, лопастей вертолетов, а также дробеструйных сопел, используемых для газоабразивной обработки поверхностей. Сопла для дробеструйной обработки поверхностей, как правило, выполняются из твердосплавных материалов и, несмотря на это, интенсивно изнашиваются. Износ сопел при этом приводит к нарушению газодинамического режима абразивно-струйной обработки.
Интенсивность изнашивания материалов определяется их свойствами и условиями трения [1-3]. Основными свойствами материала трущейся поверхности, определяющими её износостойкость, являются твердость, химический состав, структура, теплопроводность [4]. К условиям трения относятся сила трения, скорость трения, температура, наличие и свойства смазки и агрессивных веществ в зоне трения, площадь трения и конструктивные особенности зоны трения [1, 2].
В случае газоабразивного изнашивания поверхности разрушаются абразивными частицами путем срезания, выкрашивания, выбивания и многократного пластического деформирования поверхностных микрообъемов [5]. При этом известно, что интенсивность изнашивания зависит от факторов, включающих параметры частиц (свойств и формы), кинематические параметры (скорость и угол атаки частиц), температуру, степень запыленности газового потока, физико-механические свойства изнашиваемого материала [4, 5].
2 Материалы и методы
В рассматриваемом случае сухого взаимодействия абразивных частиц с поверхностью сопла при невысоких (нормальных) температурах основными факторами, определяющими изнашивание поверхности, являются твердость поверхности сопла [3], рост внутренних напряжений [6] и наклеп (для металлов и сплавов) и способность его к деформации [7], скорость частиц, определяющая силу трения [8].
Традиционно для износостойких деталей используют высокотвердые материалы. Для повышения надежности работы дробеструйных аппаратов используются не только современные твердосплавные материалы [4], но и покрытия со свойствами, обеспечивающими снижение интенсивности изнашивания внутренней поверхности сопла [9].
Что касается силы трения абразивных частиц о поверхность покрытий, то она является одним из основных управляемых факторов снижения интенсивности изнашивания. Сила трения Fтр (н), в свою очередь, может быть уменьшена за счет снижения коэффициента трения kтр и нормальной к поверхности силы FN (н):
(1)
Сила нормального давления FN пропорциональна деформации поверхности x(t) (м) и её жесткости (коэффициенту упругости) k (н/м):
(2)
где t – время, с.
Движение частицы в направлении, перпендикулярном к упругой поверхности во время контакта с ней, описывается уравнением:
1. Fundamentals of tribology : ed. A. V. Chichinadze. - M. : Mashinostroenie, 2001. - 663 p.
2. Zagaiko, S. A. Fundamentals of the theory of friction and wear : lecture notes / S. A. Zagaiko ; Ufimsk. state aviation tech. un-t. - Ufa : USATU, 2011 - 102 p.
3. Zorin, V. A. Reliability of mechanical systems: textbook : / V. A. Zorin. - Moscow : INFRA-M, 2021. - 380 p. - (Higher education). - ISBN 978-5-16-010252-8. - Text : electronic. - URL : https://znanium.com/catalog/product/1136796 (date of access: 08/11/2022). - Access mode : by subscription.
4. Denisova, N. E. Tribotechnical materials science and tribotechnology: textbook. allowance / N. E. Denisova, V. A. Shorin, I. N. Gontar, N. I. Volchikhina, N. S. Shorina / Edited by N. E. Denisova. - Penza : Penz Publishing House. state un-ta, 2006. - 248 p.
5. Technology of electric welding of metals and alloys by melting. Ed. acad. B. E. Paton : - M. : Mashinostroyeniye. - 1974. - 768 p.
6. Biryukov, V. P. Fundamentals of tribology : Textbook - M. : RUT (MIIT). - 2018. - 175 p.
7. Kondrashov, E. K. Erosion-resistant paint coatings / E. K. Kondrashov, V. N. Vladimirsky, E. Ya. Beider. - M. : Chemistry, 1989. - 135 p.
8. Penkin, N. S. Rubberized machine parts / N. S. Penkin, V. G. Kopchenkov, V. M. Serbin, A. N. Penkin / ed. d. t. s., prof. N. S. Penkina. 2nd ed., revised. and additional - M. : Mashinostroenie, 2013. - 245 p.
9. Handbook for the repair of boilers and auxiliary boiler equipment / Ed. V. N. Shastina. - M. : Energoizdat. - 1981. - 496 p.
10. Tereshchenko, V. G. Wear resistance of pliable coatings from gumming compositions in gas-abrasive media : author. dis ... cand. tech. Sciences : 05.02.04 / V. G. Tereshchenko ; North Caucasian State Technical University. - Stavropol, 2006. - 20 p.
11. Kopchenkov, V. G. Method for estimating energy losses in elastomers under contact-dynamic loading / V. G. Kopchenkov // Proceedings of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. - 2011. - № 13. - № 4 (3). - S. 1077-1079.
12. Penkin, N. S. Rubberized machine parts / N. S. Penkin. - M. : Mashinostroenie, 1977. - 200 p.
13. Penkin, N. S. Improving the wear resistance of mining and processing equipment / Penkin N. S., Kapralov E. P., Malyarov P. V. and others; ed. N.S. Penkina. - M. : Nedra, 1992. - 264 p.
14. Fundamentals of engineering technology. Handbook, Coefficients of Friction. [Electronic resource]. - Access mode : http://osntm.ru/kt_tren.html, free. - Zagl. from the screen.
15. Krivenko, N. Defeating wear and tear // Technique and science. - 1986. - № 10. - 1986. - S. 18-21.
16. Barteniev, G. M. Friction and wear of polymers / G. M. Barteniev, V. V. Lavrentiev - L. : Chemistry, 1972. - 240 p.
17. Friction, wear and lubrication: a reference book / ed. I. V. Kragelsky, V. V. Alice. - M. : Mechanical engineering. T. 1. 1978. - 400 p. ; T. 2., 1979. - 358 p.
18. Israelite, G. Sh. Mechanical testing of rubber and rubber / G. Sh. Israelite. - Leningrad, M. : State. sci.-tech. publishing house of chemical literature. - 1949. - 460 p.
