Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Исследование влияния параметров лазерной обработки на структуру и свойства баббита Б83

Диссертация: Исследование влияния параметров лазерной обработки на структуру и свойства баббита Б83
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Испытания баббита на пульсирующие сжимающие нагрузки показали, что зарождение усталостных трещин в баббите начинается по углам кубических включений 8п8Ь с твердым раствором, где величина включения достигают 100 и более мИмеются случаи зарождения трещин по телу включения. Начало зарождения и развития трещин в обработанном баббите происходит при нагрузке 0,8овсж и количестве циклов равном 100… Читать ещё >

Исследование влияния параметров лазерной обработки на структуру и свойства баббита Б83 (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава I. Обзор литературы
    • 1. 1. Антфрикционные сплавы, применяемые в машиностроении
    • 1. 2. Малооборотные двухтактные судовые дизели и подшипниковые сплавы
    • 1. 3. Влияние легирования и модифицирования на служебные свойства оловянистых баббитов
    • 1. 4. Обработка лазером
      • 1. 4. 1. Термическая обработка с помощью лазерного излучения
      • 1. 4. 2. Лазерная обработка цветных металлов и сплавов
    • 1. 5. Выводы по обзору литературы и постановка задачи
  • Глава II. Методика исследования
    • 2. 1. Приготовление сплавов и изготовление образцов
    • 2. 2. Лазерная обработка образцов
    • 2. 3. Металлографический анализ
    • 2. 4. Механические свойства
    • 2. 5. Определение глубины лазерного воздействия
    • 2. 6. Исследование рентгеноструктурного анализа
      • 2. 6. 1. Определение фазового состава
      • 2. 6. 2. Определение параметров решетки
    • 2. 7. Определения размеров, формы и площади ß--фазы
  • Глава III. Термические циклы термодинамика и кинетика структурообразования баббита Б83 после лазерной обработки
    • 3. 1. Термические циклы и технология лазерного упрочнения
    • 3. 2. Термодинамика кинетика структурообразования баббита после лазерной обработки
  • Глава IV. Влияние параметров лазерной обработки на технологические свойства баббита Б
    • 4. 1. Теория эксперимента. Математическое планирование эксперимента
    • 4. 2. Влияние параметров лазерной обработки на глубину проплавления
    • 4. 3. Влияние размеров зерна основы и вторичных фаз на свойства баббитов
    • 4. 4. Получение мелкой структуры при лазерном облучении
  • Выводы
  • Глава V. Влияние лазерной обработки на механические свойства баббита Б
    • 5. 1. Влияние режимов лазерной обработки на твердость и микротвердость
    • 5. 2. Зависимость ударной вязкости от режимов лазерной обработки
    • 5. 3. Определение износостойкости баббита Б
    • 5. 4. Усталостная прочность баббитаББЗ
    • 5. 5. Экономические обоснование внедрения новой технологии при заливке судовых подшипников
  • Выводы

Большое народнохозяйственное значение имеет увеличение моторесурса современных двигателей внутреннего сгорания.

Основным узлом двигателя, определяющем срок службы машины до заводского ремонта, является коленчатый вал-подшипник. Для изготовления подшипников скольжения используют как черные, так и цветные металлы. Однако наибольшее применение в узлах трения ответственных машин и механизмов нашли баббиты. Наряду с большими достоинствами баббиты имеют существенные недостатки, низкие механические свойства и усталостную прочность.

Оловянистый баббитмногокомпонентный сплав олова, меди и сурьмы. Олово с сурьмой образует твердый раствор (а-фаза). Избыток сурьмы вступает во взаимодействие с оловом и образует химическое соединение 8п8Ь (Р-фаза). Медь с оловом образует электронные соединения Сиз8п (у-фаза). Таким образом, структура баббита Б83 гетерогенная и состоит из твердого раствора и химических соединений.

Существующие способы заливки подшипников баббитом не обеспечивают достаточной скорости кристаллизации и получения мелкой структуры сплава, поэтому структура баббита в подшипнике является грубозернистой с многочисленными включениями кубических и иглообразных вторичных фаз, неравномерно распределенных по телу подшипника. Эти грубые фазы 8п8Ь и Сиз 8п нарушают сплошность матрицы и являются основной причиной низких механических и эксплуатационных свойств баббита. Исправить эту грубую гетерогенную структуру традиционными методами термической обработки невозможно. Кроме этого, неравномерная грубая литая структура баббита Б83 сдерживает применение тонкослойной заливки подшипников, тем самым, увеличивая расход дорогостоящих сплавов. Отсюда возникает необходимость изыскания способа получения мелкозернистой структуры баббита с хорошими 5 механическими свойствами, которые обеспечивали бы четырехгодичную безремонтную эксплуатацию судов.

Настоящая работа посвящена установлению закономерностей лазерного воздействия на рабочую поверхность подшипников скольжения залитых баббитом, исследованию структурообразования баббита при сверхбыстром нагреве и охлаждении, влияния этих параметров на механические и эксплуатационные свойства сплава. На базе разработок оптимальных технологических процессов лазерного облучения подшипников скольжения, обосновать тонкослойную заливку, как наиболее прогрессивную, экономически выгодную, с большим запасом выносливости.

В результате исследования получена взаимосвязь режимов обработки на заданные параметры, которые определяют формирования структуры баббита.

Установлено влияние параметров (мощности, скорости движения луча и диаметра пятна) лазерного облучения на глубину проплавления, твердость и микротвердость, ударную вязкость, величину зерна, усталостную прочность и износостойкость.

Лазерная обработка баббита Б83 позволила получить мелкое и ультрамелкое зерно вторичных фаз с повышенными механическими свойствами, что дает основание для применения данной технологии заливки подшипников тяжелонагруженных дизелей.

Результаты исследования найдут большое применение при разработки новых технологических процессов изготовления подшипников скольжения на? ~ заводах Дальневосточного региона.

Выводы:

1. Проведен анализ работоспособности дизелей большой мощности. Подшипники для этих дизелей в настоящее время в России заливают баббитом Б83. Установлено, что при такой заливке, подшипники дизелей, в которых удельное давление достигает 13+20 МПа и более, имеют малую долговечность (от 3 до 8 тысяч часов). Слабым звеном подшипника является баббитовая заливка, грубая и неоднородная структура сплава, на рабочей поверхности которой после определенного срока работы появляются усталостные трещины, которые распространяются вглубь и по рабочей поверхности соединяются в пространственную сетку, что приводит к выкрашиванию антифрикционного слоя и выходу подшипника из строя.

2. Исследовано влияние структуры баббита Б83 на механические свойства, износостойкость и работоспособность. Установлено, что возникающие на поверхности скольжения подшипника, залитого баббитом Б83, усталостные трещины берут свое начало, как правило, на границе раздела фаз и в кристаллах интерметаллидов. Показано, что основной причиной преждевременного выхода подшипника из строя является грубая гетерогенная структура баббита Б83 с наличием в ней крупных кристаллов интерметаллидов 8п8Ь и Сиз8п слабо связанных с твердым раствором.

3. Методом математического планирования эксперимента определена зависимость глубины проплавления (11), величины зерна (а) и микротвердости (Но) от параметров лазерного облучения: мощности, скорости перемещения луча и диаметра пятна.

4. Сделан теоретический расчет зависимости напряжения, необходимого для перехода дислокации через препятствие и показано, что чем мельче зерно включений, тем выше должно быть напряжение, тем дольше работают поверхностные слои баббита.

5. Установлено, что лазерная обработка увеличивает твердость баббитового рабочего слоя в 1,5—2 раза, что способствует увеличению износостойкости в 2 и более раз.

6. Экспериментально установлено, что баббитовые призматические образцы размером 10×10×55мТ0~3, обработанные лазерным лучом по разработанным режимам показали ударную вязкость на 20—40% выше необработанных. Этот факт указывает на то, что ударная вязкость баббита зависит от структуры поверхностного слоя баббита.

7. Испытания баббита на пульсирующие сжимающие нагрузки показали, что зарождение усталостных трещин в баббите начинается по углам кубических включений 8п8Ь с твердым раствором, где величина включения достигают 100 и более мИмеются случаи зарождения трещин по телу включения. Начало зарождения и развития трещин в обработанном баббите происходит при нагрузке 0,8овсж и количестве циклов равном 100. В необработанном баббите зарождение и развитие трещин происходит при 0,6авсж и количестве циклов равном 60.

8. Лазерная обработка баббита дает возможность получения мелкодисперсной структуры. Структурные составляющие за счет быстрого нагрева и охлаждения измельчаются в 30−80 раз что способствует увеличению усталостной прочности подшипников, повышению их надежности и долговечности.

9. Мелкодисперсная структура основы и включений баббита, обработанного лазерным лучом, повышает механические свойства и дает основания к применению тонкослойной заливки подшипников, которая сдерживалась наличием грубой литой структурой при обычной заливке. Тонкослойная заливка увеличивает износостойкость, усталостную прочность и резко снижает расход дорогостоящего металла. Показано, что разработанная технология может быть использована для лазерной обработки тонкослойной заливки баббита как на стальную, так и на латунную подложки.

Показать весь текст

Список литературы

  1. A.M. Исследование белых антифрикционных сплавов. -Москва, 1978.
  2. А.М. Современное состояние вопроса по антифрикционным материалам.- ОНТИ НКТП, 1986.
  3. М.М. и Курицина А.Д. Исследование измерений в строении рабочей поверхности высокооловянистого баббита в процессе трения.- АН СССР 1950.
  4. Правило Шарли и микрорельеф поверхности антифрикционных сплавов: Сб.научн. тр. II всесоюзной конференции по трению и износу./ АН СССР / Отв. Ред. Матсин З.А.- Металлургия, 1977.
  5. H.A., Абрамов П. Г. Работоспособность баббита в тонкостенных подшипниках, — Техника железных дорог 1950.
  6. A.JI. Исследование сплавов свинца с кальцием и барием в связи с вопросом о применении их в качестве антифрикционного металла// Вестник инженеров-1925, № 3.
  7. Черновский С. А. Подшипники скольжения, — Машгиз, 1963.
  8. М.П. и др. Природа малооловянистых баббитов и их свойства: Малооловянистые и безоловянистые баббиты, 1985.
  9. Оловянистые бронзы, баббиты, припои и их заменители/сост. Смирягин А. П. Металлургиздат, 1979.
  10. Усталость баббитов/ сост. Хрущев М.М.- АН СССР, 1977.
  11. H.A. Исследование и выбор баббита для заливки тонкослойных подшипников.- Трансжелдориздат, 1956.
  12. Шпагин А. И, Антифрикционные сплавы, — Металлургиздат, 1956.
  13. H.A., Нарских И. И. Повышение надежности работы подшипников дизелей тепловозов.// Вестник БНИИ -1966.№ 2.
  14. Н.М. Материалы автотракторных подшипников скольжения.- Машиностроение, 1965.
  15. Антифрикционные материалы: Сб. статей под ред./ ОНТИ НКТП СССР/отв. Ред. Шаханина А.Н.- НКТП СССР 1955.
  16. А.И. Антифрикционные оловянно свинцовистые бронзы для паровозов, — Трасжелдориздат, 1952.
  17. A.A. Металловедение.- Металлургиздат, 1952.
  18. А.П. Шпагин А.И, Бронзы свинцовистые.- ОНТИ НКТП СССР, 1978.
  19. Буше Н. А, Исследование усталостной прочности подшипниковых сплавов и перспективные направления работ в этой области.- Наука, 1972.
  20. А.К. Подшипники скольжения.- Машгиз, 1958.
  21. М., Ильин А. И. Антифрикционные материалы в машиностроении.- Гостехиздат Украины, 1977.
  22. Н. и др. Подшипники скольжения (расчет, проектирование, смазка).- Академии Румынской народной республики, 1964.
  23. М.М. Влияние толщины слоя баббита, залитого по стали, на его усталостную прочность.- АН СССР, 1951.
  24. B.C. Усталость подшипников сплавов.- АН СССР, 1947.
  25. Ю.Н. Эксплуатационные характеристики судовых малооборотных дизелей.- Транспорт, 1968.
  26. М.М. Три актуальных проблемы машиностроения.- Киев, 1971.
  27. A.A., Гаркунов Д. П. Долговечность трущихся деталей машин,-М.: Машиностроение, 1969.
  28. И. А. Долговечность деталей.-Изд. Машиностроение. Ленинград, 1968.
  29. Я.С. и др. Физическое металловедение.- М.:Металлург, 1956.
  30. Г. С. Физика твердого тела.- Москва. 1962.
  31. А.Х. Строение металлов и сплавов.- Москва, 1961.
  32. С.З. Строение и свойства металлических сплавов.-М.: Металлург, 1971.
  33. И.И. Дефекты кристаллической решетки металлов.- Москва.: Металлург, 1968.
  34. А.Х. Взаимодействие дислокаций с атомами растворенных элементов.-Москва, 1957.
  35. М.В. и др. Металлография цветных металлов и сплавов.-Москва. Цветная металлургия, 1960.
  36. Л.А. и др. Оборудование и технология лазерной обработки.- МиТОМ 1983 № 4.
  37. А.Н. Лазерная термообработка и перспективы ее применения на предприятиях Минлегпищепрома.- ЦНИИТЭ И ЛЕГПИЩЕМАШ, 1977.
  38. Справочник по лазерной технике.- Киев: Техника, 1978.
  39. Лазеры в технологии. //Под ред. Стельман М.Ф.- М.: Энергия, 1975.
  40. Применение мощных лазеров для термообработки в США/Сб. Электротехника/ Медведовская Л. А. М.: Информэлектро, 1979. — 40с.
  41. Применение лазерной технологии на АЗЛК//Технология автомобилестроения. -1980. № 5.
  42. Г. Л. и др. Основные проблемы лазерной технологии и технологических лазеров.- М.: НИЦГЛ АН СССР. 1981.
  43. Г. А. и др. Стационарный технологический со2 лазер мощностью 10 квт//Квантовая электротехника-1980. № 11.
  44. Gottesman Garl // Автомобильная промышленность США- 1976. № 2.
  45. Spalding J Optics and laser Technology.- 1978. № 1.
  46. O.B. Упрочнение рабочих поверхностей с помощью С02 лазера.-. М.: Машиностроение, 1987.
  47. В.Я. Лазерное излучение.- М.: Машиностроение, 1987.
  48. А.П. Лазерная техника и технологии.-М. ¡-Машиностроение, 1987.
  49. B.C. Лазерная и электроэрозионное упрочнениематериалов.- М.: Техника, 1986. 149 с.
  50. B.C. Обработка материалов импульсным излучением лазеров. Киев: Высшая школа, 1977. — 144 с.
  51. B.C. Упрочнение и легирование деталей лучом лазера. -Киев- Техника, 1990. -192 с.
  52. Лазерная термическая обработка.- Англия. 1983.
  53. Лахтин Ю. М, Леонтьев В. П. Материаловедение.-М.: Машиностроение, 1982. 496 е., ил.
  54. Т.И. Лазерная закалка инструмента.-Москва.: Машиностроение, 1982. -147 с.
  55. Поверхностная обработка лазерным лучом. -Польша. 1980.
  56. H.H. и др. Лазерная обработка материалов.-М.: Машиностроение, 1975. -203.
  57. H.H. Лазерная и электроннолучевая обработка материалов. -Москва, 1985.
  58. М.Ф. Лазеры в технологии.-М.: Машиностроение, 1985.243с.
  59. Р.Х. и др. Влияние лазерной обработки на структуру и свойства сплава МА 21.- МиТОм, 1987, № 3.
  60. Лазерное упрочнение: Сб. Лахтин Ю. М. и др. Москва, 1985.
  61. Р.Х. и др. Лазерное облучение магниеволитьевого сплава.- МиТОМ, 1984. № 3.
  62. Р.Х. и др. Свойства сплава МА 21 после лазерной обработки.- МИТОМ, 1982. № 5.
  63. Влияние лазерной обработки на структуру и свойства баббита Б83: Сб. /Вологдинские чтения ДВГТУ / Дмитриев М.А.- Владивосток, 2001.
  64. Исследования влияния параметров С02 лазерной обработки на микроструктуру баббита Б83: Сб./ДВГТУ/ Дмитриев М.А.- Владивосток 2002.
  65. И.А. и др.// Авторское свидетельство.
  66. .И. Дис. .канд. техн. наук. Владивосток, ДВПИ, 1974.
  67. И.А. и др. Исследование причин разрушения подшипников судовых дизелей. ЦНИИ МФа, 1968.
  68. Л.С., Хакимов А. Н. Металловедение сварки и термической обработки сварки соединений. -М.: Машиностроение, 1989.
  69. А.П. лазерная технология.- М.: Машиностроение, 1989.
  70. Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке.-Машиностроение, 1951.
  71. Е.А. и др. Выбор параметров лазерного нагрева.-МиТОМ, 1986. № 9.
  72. А.А. и др. Учет немонотонкости лазерного излучения при расчете режимов термической обработки.- МиТОМ 1989.№ 11.
  73. Н.Н. и др. Нелинейности лазерного нагрева металлов. -ДАН СССР 1982. Т. 267, № 2.
  74. Ю.М. и др. Поверхностное легирование металлов и сплавов при лазерном нагреве.- М.: Машиностроение, 1990.
  75. Л.С. и др. Металловедение сварки и термической обработки сварных соединений. М.: Машиностроение, 1989.
  76. B.C. и др. Влияние лазерного нагрева на количество остаточного аустенита в сталях и чугунах.- МиТОМ 1989 № 10.
  77. Kous, Sun D.K., Le Y.P., Fundamental Study of Laser Transformation Hardening Met.- Trans. A. 1983. V. 14 °F P. 643−653.
  78. H.H. и др. Лазерная обработка материалов.-М.: Машиностроение, 1975.
  79. А.П. Лазерная обработка материалов.- МиТОМ 1968.№ 4.
  80. А.П. Металловедение,— М.: Металлургия, 1977.
  81. H.A. Исследование антифрикционных сплавов./ Труды ЦНИИ. МПС, 1986.
  82. A.A. Металловедение.// Металлургиздат, 1956.
  83. .И. Автореферат диссертации. Владивосток, 1974.
  84. A.B. Кристаллы в науке и технике.- АН СССР, 1956.
  85. Д.К. Наука о металлах. /Под ред. Акад. Н. Т. Гудцова,-Металлургиздат, 1950.
  86. Г. А. Русского физико-химического общества//т.34−1902.вып. 4.
  87. Работ по металлофизике/ Данилов В. И. и др.- Киев: АН УССР, 1948.
  88. Вестник/ Гудцов Н. Т., Гуляев Б. Б. АН СССР 1956, № 5.
  89. И.Н., Кайшев Р. Успехи физических наук, т21−1939. вып. 4.
  90. Я.И. Кинематическая теория жидкостей, — АН СССР, 1945.
  91. Трудов Московского института стали/ Старк и др. 1998, вып. 10.
  92. Затвердевание металлов/ Берг П. П., — Машиздат, 1958.
  93. .Б. Литейные процессы, — Металлургия, 1960.
  94. Кристаллизация и фазовые переходы/Сирота H.H.- Минск, 1962.
  95. Anderson WA, Mehl RF. Tr. ALME, — 1945.-161,40S.
  96. В.И. Строение и кристаллизации жидкости.- Киев, 1956.
  97. Проблемы металловедения и физики металлов/Данилов В.И.-М, 1949.
  98. Л.Д. Сопротивление металлов пластический деформации.-М. 1968.
  99. Маг Лин. Границы зерен в металлах. Металлургиздат, 1960.
  100. . Физическое металловедение.- М. 1955.
  101. В .П. Литейное производство//- 1963. № 2.
  102. Рост кристаллов /Каменецкая Д.С. М.1957.Т.1,
  103. Юм-Розерн В. и др. Структура металлов и сплавов- М.- Ил, 1959.
  104. Аналитическое исследование процесса кристаллизации. / МИС и С./ Миркин И. Л. Оборониздат, 1938. Сб.10.
  105. М.М. Усталость баббита.- Изд-во АН СССР, 1943.
  106. Исследования усталостной прочности подшипниковых сплавов: Сб. Методы испытания материалов для подшипников скольжения/Буше H.A.- М. 1972.
  107. B.C. и др. Природа усталости металлов.- М.: Металлургиздат, 1975.
  108. R.L. и др. Tr. A.S.M., 1954.- 46, 973S.
  109. .Я. Лекция по структурному анализу. Харьков изд. ХГУ, 1957.
  110. Я.С. Рентгенография металлов и полупроводников.-М.: Металлургиздат, 1969.
  111. Ю.А. и др. Планирование и анализ экспериментов при решении задач трения и износа.- М.: Наука, 1980.
  112. Ю.П. Введение в планирование эксперимента.- М.: Металлургиздат, 1969.
  113. Е. Классическая и дислокационная теории хрупкого разрушения. -М. 1963.
  114. Orowan E.Z. Physik, — 1963, 86S.
  115. С., Китадзави М. -" J. Japan Ynst. Light Metals", 1969.-У 19, № 1.
  116. Tetplin. R. L.-ASTM, 1954.- V54.
  117. B.C. Усталостное разрушение металлов.-М.: Металлургиздат. 1963.
  118. П.Ю.- ЖФХ, 1946.- 20, 853с.
  119. Порошковая металлургия и металловедение: Сб. /Дмитриев М.А., Цукерберг Б. И. Владивосток, 1993.
  120. М.П. Определение механических свойств по твердости.-М.: Машиностроение, 1979.
  121. М.С. Определение механических свойств металлов без разрушения.- М.: Металлургиздат, 1965.
  122. H.H. Некоторые проблемы механических материалов.-JL- Ленинградиздат, 1943.
  123. Я.Б. Механические свойства металлов.- М.: Машиностроение, 1974.- ч. 2.
  124. H.H. Проблема удара в металловедении.- Металлургия- АН СССР, 1986.
  125. А.П. Ударная вязкость и хладноломкость конструкционной стали.- М.: Машиностроение, 1969.
  126. H.H. Динамичные испытания металлов. -М.:ОНТИ. 1939.- 2 изд.
  127. Мак Лин Д. Механические свойства металла/. Под ред. Фридмана Я.Б.- М.: Металлургиздат, 1965.
  128. ДмитриевМ.А. //Авторское свидетельство SU № 947 215.
  129. И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968.
  130. И.В. и др. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977.
  131. М. М. Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. -М.: Наука, 1970.
  132. И.М. и др. Трения.-М.- Металлургиздат, 1976.
  133. Современные теории антифрикционности: /Сост. Хрущев М. М. АН СССР, 1950.
  134. B.C. Механические испытания и свойства металлов.-М.: Металлургиздат, 1974.
  135. М.Л. и др. Структура и механические свойства металлов.- М.: Металлургиздат, 1970.135
  136. Р. Пластическая деформация металлов.- М.: «Мир», 1972.
  137. Лоу Д.Ж. Р. Разрушение твердых тел. -Металлургиздат, 1967.
  138. Ю. И др.-Дзюнкауу, 1953.- т. 5, № 11.
  139. М.П. и др. Механические свойства металлов.-М.: Металлургиздат, 1979.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!