Анотація до роботи:

Каплун П.В. Вплив покриттів на зносостійкість і довговічність підшипників кочення.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 – матеріалознавство Інститут надтвердих матеріалів НАН України, Київ, 2004.

Дисертація присвячена вирішенню актуальної проблеми підвищення зносостійкості та довговічності підшипників кочення нанесенням зміцнюючих покриттів. У роботі розглянуто новий комплексний теоретико-експериментальний підхід до вирішення поставленої проблеми.

Теоретичними дослідженнями напружено-деформованого стану моделі пластини з багатошаровим покриттям при її контактному навантаженні виявлено вплив конструкції і фізико-механічних характеристик покриття на величину контактних напружень в композиції “покриття-основа” та обґрунтовано шляхи їх зменшення. Досліджено кінематику руху кульок в упорних підшипниках кочення, одержано формули для визначення швидкості та коефіцієнта проковзування кульок відносно кілець.

Експериментальними дослідженнями виявлено вплив конструкції фізико-механічних властивостей покриттів та твердості основи на зносостійкість і довговічність підшипників кочення в мастилі, на основі яких обґрунтовано перспективність застосування дифузійних покриттів і зокрема покриттів, одержаних методом іонного азотування в плазмі тліючого розряду, для зміцнення поверхні, уточнено механізм зношування поверхні кочення з покриттями в мастилі, розроблено рекомендації та нову технологію для підвищення зносостійкості та довговічності підшипників кочення, проведено промислові випробування упорних підшипників кочення за розробленою технологією, які підтвердили ефективність запропонованих рекомендацій та технології.

Проведені дослідження показали, що покриття мають значний вплив на процес зношування підшипників кочення. Зносостійкість і довговічність підшипників кочення залежать від конструкції, фізико-механічних характеристик, залишкових напружень, хімічного та фазового складу покриттів і при оптимальних значеннях цих показників для певних умов експлуатації досягають максимального значення. Дослідженнями встановлено:

1. Нанесення зміцнюючих покриттів викликає перерозподіл контактних напружень між покриттям та основою, збільшуючи їх величини в покритті та зменшуючи в основі тим більше, чим більшими є товщина покриття та відношення модуля пружності покриття до модуля пружності основи;

2. Наявність дотичних навантажень в зоні контакту викликає збільшення дотичних напружень як на поверхні так і в глибині композиції “покриття-основа”. Із збільшенням дотичних навантажень максимум дотичних напружень, що знаходяться на певній глибині, переміщується до поверхні та при значенні відношення дотичних навантажень до нормальних 0,5 – виходить на поверхню;

3. Зменшення еквівалентних контактних напружень в покритті досягається збільшенням товщини покриття та зменшенням градієнта властивостей по товщині. Нанесення на покриття тонких плівок меншого модуля пружності, ніж у покритті, приводить до зменшення еквівалентних напружень в покритті та підвищення довговічності конструкції при багатоцикловому навантаженні в процесі кочення;

4. В упорних підшипниках кочення відбувається проковзування кульок відносно кілець, величина якого прямо пропорційна коефіцієнту проковзування, коловій швидкості рухомого кільця в точці контакту з кулькою та часу руху підшипника. Максимальне значення коефіцієнта проковзування збільшується зі збільшенням навантаження на кульку та зменшенням радіусу кульки і спрямовуючого жолоба;

5. Фізико-механічні характеристики, фазовий склад і залишкові напруження стиску дифузійних покриттів, що наносяться методом іонного азотування та іонного оксіазотування, можна змінювати в широких межах за допомогою технологічних параметрів дифузійного насичення. Одержано математичні залежності товщини і мікротвердості азотованих шарів та інтенсивності їх зношування в мастилі І-20 при терті кочення і ковзання від технологічних параметрів дифузійного насичення при іонному азотуванні сталі ШХ15. Визначено оптимальні значення технологічних параметрів, що забезпечують найменшу інтенсивність зношування сталі ШХ15;

6. Фізико-механічні характеристики і фазовий склад покриттів мають великий вплив на інтенсивність зношування при терті ковзання, особливо в період припрацювання. Для дифузійних покриттів, одержаних методом іонного азотування, вона може відрізнятися в цей період на порядок залежно від властивостей покриття;

7. Основним видом зношування підшипників кочення в середовищі мастила є втомне зношування. Покриття на поверхні кочення не змінюють механізму її зношування, а лише впливають на протяжність стадій цього процесу;

8. Зносостійкість і довговічність підшипників кочення збільшується зі збільшенням товщини покриття та твердості його поверхні до певного оптимального значення, зменшенням градієнта твердості по товщині та збільшенням твердості основи;

9. Порівняльні дослідження зносостійкості зразків з різними покриттями при терті кочення з проковзуванням показали, що найменшу інтенсивність зношування і найбільшу довговічність мали зразки з дифузійними покриттями, одержані методом нітрогартування за оптимальним режимом. Інтенсивність зношування цих зразків із сталі ШХ15 є в 2,2 меншою, а довговічність майже в 2 рази більшою порівняно з гартованими зразками;

10. Для збільшення довговічності підшипників кочення рекомендується нанесення дифузійних покриттів максимальної товщини з оптимальною мікротвердістю поверхні (7600-7800 МПа для нітридних покриттів) і мінімальним градієнтом твердості по глибині на основу максимальної твердості. Такою технологією, що забезпечує зазначені рекомендації, є запропонована технологія нітрогартування.

Публікації автора:

1. Каплун П.В. Дослідження напружено-деформованого стану пластини з покриттями при контактному навантаженні //”Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах”, – 1999, – №4. – С. 179-182.

2. Каплун П.В. Влияние характеристик покрытий на величину и характер распределения касательных напряжений при контактном нагружении //Зб. наук. праць. За результатами VIІ наук.-техн. конф. “Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах”. – Хмельницький, – 2000, – С. 246-251.

3. Каплун П.В., Люховець В.В., Глущак Г.С. Дослідження трибологічних характеристик та довговічності конструктивних елементів з дифузійними і комбінованими покриттями. // Вісник Технологічного університету Поділля: ТУП, – Хмельницький, – 2000. – Ч.1. –№5. – С. 85-87.

4. Каплун П.В. Донченко О.А. Вплив технології азотування на механіку руйнування, міцність і довговічність конструкційних елементів // Вісник Технологічного університету Поділля: ТУП, – Хмельницький, – 2000. – Ч.2. –№3. – С. 33-35.

5. Каплун П.В., Кіницький Я.Т., Кузьменко А.Г. Швидкість проковзування кульок в упорних підшипниках кочення // Вісник Технологічного університету Поділля: ТУП, – Хмельницький, – 2001. – №1. – С. 110-115.

6. Каплун П.В. Кинетика износа сталей с диффузионными покрытиями при контактном циклическом нагружении // “Проблемы трибологии”, – Хмельницкий, – 2001, –№1. С.199–204.

7. Каплун П.В., Паршенко А.В. Дослідження спрацювання і довговічності підшипників кочення і зміцнювальними покриттями. // Машинознавство. – Львів. – 2001. –№6. – С. 50-52.

8. Каплун П.В., Паршенко А.В., Кухар В.І. Вплив покриттів на процеси зношування при циклічному контактному навантаженні // Вісник Технологічного університету Поділля. – Хмельницький: ТУП – 2001, – Ч.1. – №3. – С.12-16.

9. Каплун П.В. Вплив покриттів на зносостійкість і довговічність підшипників кочення // Проблеми трибології (Problems of Tribology). – Хмельницький. – 2003. –№4. –С. 131-140.

10. Патент UA 33099A B29C47/00. Вузол екструдування та спосіб підвищення його довговічності / В.Г. Каплун, П.В. Каплун, М.О. Мазур, В.С. Павлов/. –28116001. Заявл. 12.11.1998. Опубл. 15.02.2001. Бюл. №1.