Повышение эксплуатационных свойств деталей из коррозионно-стойких упрочняемых сталей лазерной обработкой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.01, кандидат технических наук Жиляев, Владимир Анатольевич

• Жиляев, Владимир Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Жиляев, Владимир Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПОВЕРХНОСТНЫЙ СЛОЙ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ МЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

1.1. Влияние качества, физико-химического состояния и свойств поверхностного слоя на его несущую способность и сопротивляемость изнашиванию.

1.2. Характеристики условий эксплуатации высоконагруженных деталей насосно-компрессорного оборудования и факторы определяющие их предельное состояние. Требования к свойствам поверхностных слоев деталей.

1.3. Существующие методы поверхностных упрочняющих обработок высоконагруженных деталей.

1.4. Применение технологических лазеров и лазерной обработки для повышения эксплуатационных свойств поверхностных слоев.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПРИ ЛАЗЕРНОМ НАГРЕВЕ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ КОРРОЗИОННО-СТОЙКОЙ СТАЛИ.

2.1. Анализ тепловых процессов при лазерном воздействии.

2.2. Исследование условий формирования структуры и геометрических характеристик зоны лазерного воздействия при обработке коррозионно-стойких упрочняемых сталей.

2.3. Влияние режимов обработки на закономерности изменения твердости в зоне лазерного воздействия.

2.4. Влияние предварительной термической обработки на характер изменения микротвердости по глубине зоны лазерного воздействия.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Технологический комплекс для лазерной обработки.

3.2. Современные методы оценки свойств деталей с поверхностным модифицированным слоем.

3.3. Стандартные методы исследований.

3.4. Метод исследования закономерности изнашивания поверхностно-упрочненных сталей.

3.5. Неразрушающий метод контроля толщины слоя после лазерной обработки.

3.6. Метод оценки коррозионной стойкости.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ЛАЗЕРНОЙ МОДИФИКАЦИИ НА СВОЙСТВА

ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ДЕТАЛЕЙ ИЗ КОРРОЗИОННО-СТОЙКИХ УПРОЧНЯЕМЫХ СТАЛЕЙ.

4.1. Влияние режимов лазерной обработки на закономерности изменения твердости по толщине поверхностного слоя.

4.2. Влияние лазерной обработки на износостойкость поверхностного слоя коррозионно-стойкой стали 20X13.

4 3. Влияние расположения лазерных треков (дорожек) на микротвердость и износостойкость поверхностного слоя.

4.4. Влияние лазерной обработки на шероховатость и геометрические характеристики поверхностного слоя.

4.5. Влияние лазерной обработки на сопротивляемость ударным нагрузкам.

4.5.1. Исследование свойств обработанной лазером нормализованной стали 20X13 при ударном нагружении.

4.5.2. Исследование свойств обработанной лазером предварительно объемнозакаленной и низкоотпцщенной стали 20X13 при ударном нагружении.

4.6. Влияние лазерной обработки на статическую прочность стали 20X13.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эксплуатационных свойств деталей из коррозионно-стойких упрочняемых сталей лазерной обработкой»

Повышение ресурса тяжело нагруженных деталей химического и нефтегазового оборудования при одновременном снижении их материалоемкости и себестоимости является важной задачей современного машиностроения. Одним из эффективных путей решения этой задачи является разработка и внедрение прогрессивных методов поверхностного упрочнения, так как в условиях эксплуатации именно поверхностный слой деталей подвергается наиболее интенсивным механическим, тепловым и окислительным воздействиям. Поэтому выход из строя деталей многих видов машин и оборудования обусловлен, прежде всего, недостаточной сопротивляемостью изнашиванию.

В настоящее время для формирования требуемых свойств материала в различных отраслях промышленности используют как традиционные методы поверхностных обработок (химико-термическая, закалка токами высокой частоты, поверхностное пластическое деформирование), так и современные методы воздействия на поверхность концентрированными потоками энергии. Однако поверхностное упрочнение с использованием традиционных методов, обычно приводящее к повышению твердости, износостойкости и усталостной прочности, часто сопровождается существенным снижением пластичности, вязкости и трещинностойкости материала, что недопустимо для изделий, работающих в условиях ударного и циклического нагружения. Такой режим нагружения чаще всего встречается при эксплуатации, например, насосно-компрессорного оборудования. В общем случае обоснованный и целенаправленный выбор упрочняющей обработки, обеспечивающей формирование оптимального комплекса свойств композиции «поверхностный слой - основной металл» с учетом конкретных условий эксплуатации деталей, является трудной задачей.

В последние годы большое внимание исследователей привлекают методы формирования поверхностных слоев, основанные на использовании лазерного излучения.

Лазерное поверхностное упрочнение заключается в воздействии интенсивного потока энергии на локальный участок поверхности материала, быстром (со скоростью до 108 град/с) его нагреве и охлаждении. Под действием лазерного излучения происходит резкое повышение энергии электронов в поверхностном слое материала. При этом, часть поглощенной энергии электроны передают атомам решетки, увеличивая, тем самым, уровень тепловых колебаний, а следовательно, - и температуру обрабатываемой поверхности. В процессе сверхскоростного нагрева и охлаждения происходят фазовые превращения. Следует отметить, что плотность мощности лазерного излучения при обработке металлов до 10* Вт/см ) существенно превосходит другие источники энергии, что позволяет значительно увеличить производительность обработки, а также формировать качественно новые, уникальные свойства рабочих поверхностей деталей, недоступные традиционным методам поверхностных обработок.

Лазерная обработка относится к локальным методам термической обработки поверхностей металлов и обладает рядом существенных особенностей и преимуществ:

- высокая концентрация и локальность подводимой энергии позволяет проводить обработку поверхностного слоя требуемой толщины без нагрева остального объема и изменения его структуры и свойств, что практически исключает коробление деталей;

- нагрев и охлаждение поверхностного слоя детали с большими скоростями при незначительном времени воздействия обеспечивает получение оптимальной структуры и свойств обрабатываемой поверхности;

- возможность регулирования параметров лазерной обработки позволяет целенаправленно формировать структуру поверхностного слоя, его физико-механические свойства, шероховатость, а также геометрические размеры обработанных участков;

- возможность обработки на воздухе и автоматизации процессов, а также отсутствие вредных отходов определяют высокую технологичность лазерных методов обработки поверхностей; - возможность транспортировки излучения на значительные расстояния и подвода его с помощью специальных оптических средств в труднодоступные места детали позволяет производить обработку в тех случаях, когда другие методы применить вообще невозможно. Несмотря на преимущества лазерной обработки, по сравнению с традиционными технологиями объемного и поверхностного упрочнения, а также многочисленные исследования в области использования непрерывного излучения СОг-лазера в различных отраслях промышленности, до настоящего времени недостаточно развиты представления о влиянии характеристик лазерного излучения на микроструктуру, тонкое кристаллическое строение, механические и триботехнические свойства коррозионно-стойких упрочняемых сталей, из которых изготавливаются многие высоконагруженные детали, прежде всего, насосно-компрессорного оборудования. Практически отсутствуют данные о влиянии лазерной обработки на свойства высоконагруженных деталей машин с конструктивными концентраторами напряжений, когда действующие нагрузки могут приводить к поломкам деталей. Недостаточно изучено влияние лазерной обработки на кинетику и механизм разрушения поверхностного слоя при ударном изгибном нагружении, не описаны процессы зарождения и распространения трещины в композиции «поверхностный слой - основной металл». В связи с этим целью работы является комплексное исследование условий и закономерностей модификации поверхностных слоев при лазерной обработке непрерывным СОг-лазером деталей из низкоуглеродистых, коррозионно-стойких упрочняемых сталей, изучение их основных свойств и разработка на этой базе технологий лазерной обработки и научно-обоснованных рекомендаций, обеспечивающих получение высококачественных поверхностных слоев, управление процессом формирования заданных свойств при лазерной обработке деталей насосно-компрессорного оборудования газовых производств.

Для достижения указанных целей необходимо решить следующие задачи: выполнить комплексные теоретические и экспериментальные исследования особенностей лазерного воздействия и процессов формирования поверхностных слоев деталей из низкоуглеродистых, коррозионно-стойких, упрочняемых сталей с целью повышения их эксплуатационных свойств;

- изучить влияние режимов лазерной обработки на свойства поверхностных слоев, а также установить влияние различных факторов на структурное состояние, физико-механические и триботехнические свойства, а также на сопротивляемость изнашиванию и разрушению при перегрузках;

- разработать научно-обоснованные рекомендации по выбору оптимальных режимов лазерной обработки низкоуглеродистых, коррозионно-стойких сталей, обеспечивающих целенаправленное формирование заданных свойств поверхностных слоев высоконагруженных деталей, имеющих концентраторы напряжений и работающих в условиях многофакторного воздействия;

- разработать методы экспресс-контроля качества и свойств упрочненных лазером деталей; разработать новые лазерные технологии обработки высоконагруженных деталей насосно-компрессорного оборудования газовых производств.

Практическая ценность и реализация работы в промышленности.

В диссертации на базе теоретических и экспериментальных исследований разработана и внедрена в производство новая лазерная технология поверхностной обработки низкоуглеродистых коррозионно-стойких сталей, использование которой позволяет целенаправленно формировать высококачественные поверхностные слои деталей машин и оборудования, работающего в агрессивных средах (например, в средах с высоким содержанием водорода).

Выявленные в диссертации закономерности формирования свойств поверхностных слоев в зоне лазерного воздействия при обработке коррозионно-стойкой стали и разработанные на этой базе технические решения позволяют значительно увеличить срок службы оборудования, в том числе и взрывопожароопасного исполнения.

Важное значение для практики имеют также полученные в диссертации данные о влиянии лазерной обработки на сопротивляемость разрушению и изнашиванию деталей работающих в условиях многофакторного силового воздействия и в агрессивных средах. Установлены факторы, обуславливающие формирование оптимального микрорельефа поверхностей в зоне лазерной обработки, благодаря чему улучшаются условия трения и снижается скорость изнашивания.

Новые ресурсосберегающие и импортозамещающие лазерные технологии, технологическая оснастка и оригинальные методы экспресс -контроля качества поверхностных слоев используется при изготовлении штоков поршневых компрессоров на ООО «Астраханьгазпром». При этом экономический эффект от используемых технологий составляет ориентировочно 1,5 млн. рублей на один компрессор марки КМ-2 французского производства. В эксплуатации находится 9 компрессоров. Методы исследования и разработки, основанные на результатах исследований, используется при выполнении научно-исследовательских и опытно-экспериментальных работ в научно-производственном предприятии ООО «Агромаш», научно- исследовательском институте ОАО «ВНИИПТ химнефтеаппаратуры» и Волгоградском центре инноваций и инженеринга (ВЦИИН).

Работа выполнена в ООО «Астраханьгазпром» и «Волгоградском государственном техническом университете».

Основные результаты доложены и обсуждены на технических международных конференциях и симпозиумах, в том числе: на Международной конференции «Эффективность реализации научного и промышленного потенциала в. современных условиях» (г.Киев, 2003 г.), на отраслевом совещании главных механиков нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий России и СНГ (г. Кириши 2003г.), на международном симпозиуме «Потребители-производители насосно-компрессорного оборудо-вания» (г.Санкт-Петербург,2002 г.,2003 г.,2005г.), на международной деловой встрече по надежности компрессорных систем и экономическому мониторингу (Турция, 2002г), на научно-практической конференции (г. Пенза, 2002г.), на международном симпозиуме «Совершенствование конструкций и методов эксплуатации» (Варшава, 2002г.).

Заключение диссертации по теме «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки», Жиляев, Владимир Анатольевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования условий лазерной обработки низко-углеродистой коррозионно-стойкой стали, определены характеристики лазерного излучения, позволяющие получать коррозионно-стойкие поверхностные слои с высоким комплексом прочностных и вязких свойств. Эти свойства формируются за счет высокой плотности дислокаций в результате фазового наклепа при высоких скоростях нагрева и охлаждения.

2. Изучено влияние режимов лазерной обработки на геометрические размеры зоны лазерного воздействия и свойства низкоуглеродистой коррозионно-стойкой стали 20X13. Установлено, что при лазерной обработке происходит смещение температур критических точек структурных превращений, что необходимо учитывать при выборе режимов лазерной обработки.

3. Показано, что на формирование микроструктуры и физико-механических свойств поверхностного слоя стали 20X13 существенное влияние оказывает степень завершенности процесса аустенизации, которая наиболее полно протекает в стали с исходной мелкодисперсной структурой, характеризующейся повышенной плотностью дислокаций.

4. Установлено, что независимо от технологических вариантов и исходного состояния стали 20X13 лазерное упрочнение повышает триботехнические свойства поверхностных слоев. Это обусловлено получением при лазерной обработке мелкодисперсной структуры малоуглеродистого мартенсита с равномерно распределенными карбидами хрома и высокой плотностью дислокаций.

5. Выявлено качественное изменение механизма разрушения при ударном изгибном нагружении обработанного лазером поверхностного слоя, по сравнению с металлом после объемной термической обработки. Это связано с торможением роста трещины при ее прохождении через слои с различными физико-механическими свойствами.

6. Испытаниями при статическом одноосном растяжении установлено, что лазерная обработка позволяет повысить не только прочностные, но и вязкие свойства стали 20X13. Эффект упрочнения объясняется формированием на поверхности своеобразного структурного высокопрочного каркаса, который препятствует протеканию пластических деформаций в материале детали.

7. Экспериментально установлена вероятность повышения стойкости к растрескиванию под напряжением в среде сероводорода, после лазерной обработки стали 20X13, по сравнению с широко применяемой в нефтегазовой промышленности коррозионно-стойкой сталью 40X13. Полученный эффект можно объяснить формированием в поверхностном слое однородной структуры малоуглеродистого мартенсита с равномерно распределенными карбидами хрома, что обусловлено полным а<-»у превращением, а также образованием на поверхности плотной защитной пленки типа (Сг,Ре)203, которая хорошо защищает материал от коррозии.

8. Разработан метод ускоренных сравнительных испытаний на износостойкость, позволяющий непосредственно на натурных деталях или образцах-свидетелях определять износостойкость структурно-неоднородного материала поверхностного слоя.

9. Разработан неразрушающий метод контроля характеристик материала детали в зоне лазерного воздействия с помощью специального образца, торцевая поверхность которого представляет собой микрошлиф.

10.Разработана и внедрена в производство ООО «Астраханьгазпром» новая технология изготовления деталей насосно-компрессорного оборудования с лазерным упрочнением.

127

ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЛАЗЕРНОЙ ЗАКАЛКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ КОРРОЗИОННО-СТОЙКИХ СТАЛЕЙ (20X13)

5.1. Общие рекомендации по выбору режимов лазерной обработки и параметров упрочненного слоя

Выполненные исследования показали, что лазерная обработка поверхностей деталей является эффективным методом целенаправленного формирования высококачественных поверхностных слоев деталей, работающих в условиях многофакторного воздействия.

Эффективность применения лазерной обработки в большей степени зависит от выбора оптимальных режимов обработки, правильного построения технологического процесса изготовления детали, а также от в характеристик упрочненного слоя.

С учетом этого, в диссертации разработаны общие рекомендации по выбору деталей, для которых лазерная обработка является эффективной, с точки зрения получения заданных эксплуатационных свойств.

Необходимыми этапами комплексного подхода к разработке и внедрению лазерных технологий являются:

1. Анализ критериев выхода из строя деталей, оценка предельных и допустимых состояний поверхностных слоев (разрушение, изнашивание и т.п.).

2. Классификация однотипных по условиям эксплуатации деталей, для которых главным критерием работоспособности является толщина изнашиваемого слоя, и точность трибосопряжения.

3. Анализ динамик изнашивания, оценка кинетики и механизма износа, а так же изменений характеристик поверхностного слоя в процессе эксплуатации.

4. Выбор режимов и разработка оптимальных технологических процессов лазерной обработки.

5. Разработка маршрута предварительной и окончательной механической обработки.

6. Использование разработанных экспресс-методов оценки качества поверхностного слоя, ускоренных модельных испытаний и окончательный выбор варианта технологического процесса.

Из анализа предельных состояний большой группы деталей приводов машин и оборудования следует, что чаще всего предельное состояние достигается при величине износа на диаметр 100-200 мкм. К таким деталям относятся, прежде всего, валы, оси, штока, роторы турбин и т.п., которые работают в условиях трения скольжения или качения. Предельные износы в пределах 200-600 мкм относятся к поверхностям валов, работающих в контакте с элементами уплотнений. Предельные состояния деталей с величинами износов больше указанных встречаются крайне редко. В связи с этим, используемые в промышленности методы упрочнения с помощью токов высокой частоты или химико-термической обработки, при которых толщины упрочненных слоев составляют 1500-5000 мкм, не всегда являются эффективными. Кроме того, указанные методы реализуются с высокими энергетическими затратами, приводят к деформации к короблению деталей, необходимости применения дорогостоящего оборудования для финишных операций.

Из результатов исследований, выполненных в диссертации, следует, что при мощности лазерного излучения 0,9-1 кВт в большинстве случаев обеспечиваются оптимальные структуры и свойства поверхностного слоя на толщине 600-800 мкм, что вполне достаточно для большой группы деталей машин и оборудования.

Следует отметить, что технологический процесс упрочняющей обработки, используемый в каждом конкретном случае является приемлемым и эффективным, если в результате упрочнения формируются слои оптимальной структуры и высокими значениями эффективной твердости Нэф, необходимой эффективной толщиной слоя кзф и оптимальным соотношением кэф к общей толщине слоя кг

Для ответственных деталей рекомендуется Нзф > 6000 МПа, кэф > 0,5 мм, кэф/ Ну > 0,5. Именно эти характеристики обеспечивают высокое качество и износостойкость поверхностного слоя.

На основании изложенных выше исследований и рекомендаций определяется выбор схемы расположения лазерных дорожек. Для исследуемых деталей компрессоров ООО «Астраханьгазпром» принята кольцевая схема расположения дорожек с коэффициентом перекрытия (0,5-0,7 )*//, что обеспечивает высокие качества и эксплуатационные характеристики поверхностного слоя, а также реализацию эффекта самоорганизации поверхностей трения.

Для получения общей толщины упрочненного слоя /гу > 600 мкм при лазерной обработке неизбежно оплавление поверхности, что приводит к ухудшению микрогеометрии и необходимости введения операции шлифования с припуском не более 100 мкм. После удаления части упроченного слоя его несущая способность и износостойкость не снижается.

5.2. Разработка технологических процессов лазерной обработки деталей насосно-компрессорного оборудования

С учетом результатов исследований и приведенных выше рекомендаций были разработаны новые технологические процессы лазерной обработки некоторых базовых деталей компрессоров импортного производства, находящихся в эксплуатации на ООО «Астраханьгазпром»

Разработанная типовая маршрутная технология деталей для штоков и опор скольжения приведена на рис. 5.1.

Новые технологические процессы имеют следующие преимущества:

- механическая чистовая обработка выполняется при минимальных припусках (не более 0,1мм);

- лазерная обработка выполняется при наиболее благоприятных для механической обработки свойствах поверхностного слоя, что позволяет повысить стойкость инструмента и точность размеров при использовании более оптимальных режимов резания;

- на поверхностях, не требующих упрочнения, не предусматривается введение припусков (деформации валов практически отсутствуют), что позволяет повысить коэффициент использования металла и снизить трудоемкость;

- финишное шлифование не является обязательным при лазерной закалке. Применение шлифования необходимо только при обработке с оплавлением поверхности. При этом применение уменьшенных припусков снижает необходимое число проходов и снижает трудоемкость операции;

- весь технологический процесс реализуется в неразрывной технологической цепи без печных и других процессов термообработки, в результате чего сокращается общий цикл изготовления;

- впервые технологический процесс реализуется в условиях ремонтного производства. При этом качество и свойства поверхностного слоя отремонтированных деталей существенно превышает качество изделий фирменного изготовления на специализированных заводах.

Номенклатура деталей, для которых разработаны и внедрены технологии лазерной обработки, а также типовой технологический процесс, разработанный с использованием результатов теоретических и экспериментальных исследований, приведены в приложении.

Рис. 5.1. Маршрутная технология изготовления штоков

5.3. Рекомендации по методам оценки качества и испытаний упрочненных лазером поверхностных слоев

Как было показано выше, одной из основных характеристик, определяющих эксплуатационные свойства деталей различных видов оборудования, является сопротивляемость их рабочих поверхностей износу. Основным недостатком описанных в литературе методов при определении износостойкости поверхностно-упрочненных деталей является невозможность получения характеристик триботехнических свойств на всех стадиях испытаний. Поэтому в диссертации разработан и широко опробован метод испытаний на модернизированной установке «Савин-Шкода» с использованием образца с косым срезом. Испытания позволяют получать данные о динамике изнашивания любой части слоя, износ которой соответствует допустимой или предельной величине износа детали в процессе эксплуатации. Кроме того, имеется возможность исследовать закономерности и механизм изнашивания различных зон упрочненной поверхности.

В диссертационной работе было подтверждено, что интегральной характеристикой сопротивляемости изнашиванию и разрушению поверхностно-упрочненных деталей может служить микротвердость. Поэтому оценка микротвердости является одним из самых распространенных методов при изучении комплекса физико-механических и триботехнических свойств поверхностных слоев. Опыт применения в экспериментальных исследованиях различных типов твердомеров («Суппер-Роквелл» и применение электроакустического твердомера «ТЭА-5») показал, что при нагрузке <15 кгс, твердость, измеренная на поверхности упрочненного слоя практически не отличается от твердости, полученной при измерениях на микротвердомере.

В результате исследований установлено, что незначительные изменения в режимах лазерной обработки приводят к формированию структур и толщин слоев, существенно отличающихся по характеристикам. Это указывает на то, что очень важно достоверно осуществлять контроль параметров упрочненного слоя в процессе обработки.

С этой целью в диссертации разработаны и внедрены в производство неразрушающие методы контроля качества лазерной обработки и толщины упрочненного слоя.

Учитывая, что детали газоперерабатывающего оборудования эксплуатируются в условиях многофакторного силового воздействия и, помимо износа, испытывают знакопеременные циклические нагрузки, то для оценки их надежности необходимо на стадии проектирования определить сопротивляемость поверхностного слоя к зарождению и развитию трещины. Поэтому в диссертации для этих целей был использован метод определения ударной вязкости с осциллографированием процесса разрушения.

Следует отметить, что все методы исследований и испытаний, используемые в диссертации, выбирались и разрабатывались с учетом получения наиболее достоверных данных о свойствах лимитирующих ресурс деталей оборудования взрывопожароопасного исполнения

5.4. Технико-экономические критерии внедрения лазерных технологий

Разработка технологического процесса лазерной обработки и оценка его эффективности должна включать следующие этапы:

- определение оптимальных режимов обработки;

- выбор типа оборудования;

- разработка технологической оснастки;

- корректировка режимов, с учетом предварительных испытаний и выбранного оборудования;

Расчетными параметрами процесса лазерной обработки являются диаметр фокального пятна йп, мм, диаметр закаленной зоны мм, мощность лазерного излучения Р, Вт, скорость обработки V, мм/с.

Экономическим показателем являются удельные приведенные затраты на единицу закаленной лазером площади 5: где К0 - приведенные затраты на единицу времени работы оборудования (руб./ч.), определяемые по формуле: где Си - текущие эксплуатационные затраты на 1 ч. работы лазера, руб.;

К/(Т • А) - удельные капитальные вложения на единицу времени работы лазера, руб/ч.;

Т - действительный годовой фонд времени работы лазера, час;

А ~ коэффициент использования лазера по мощности и времени;

Ен - нормативный коэффициент эффективности (Е„ =0,15).

Экономическим критерием выбора технологического варианта лазерной обработки является минимальное значение Ко , при одновременном удовлетворении технологических требований процесса.

Расчет экономической эффективности от внедрения лазерных технологий для повышения эксплуатационных свойств насосно-компрессорного оборудования показал, что применение лазерных технологий для деталей компрессоров КМ-2 французского производства позволил получить экономический эффект более 40 млн. рублей (см. приложение). Доля автора диссертационной работы составляет 20%.

125

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Жиляев, Владимир Анатольевич, 2005 год

1. Костецкий, Б. И. Поверхностная прочность материалов при трении/ Б.И. Костецкий Киев: Техника, 1976. - 296 с.

2. Алехин, В. П. Физика прочности и пластичности поверхностных слоев материалов/ В. П. Алехин М.: Наука, 1983. - 280 с.

3. Агеев, В. И. Адсорбционно-десорбционные процессы на поверхности твердого тела // Поверхность.- 1984. № 3. - С. 5 - 26.

4. Иванова, В. С. Особенности поведения поверхностного слоя металлов при различных условиях нагружения/ B.C. Иванов, В.Ф. Терентьева, В.Г. Пойда Киев: Наукова думка, 1972. №3. - С. 63-83.

5. Рид, В. Т. Дислокации в кристаллах/ В.Т. Рид. М.: Металлургиздат, 1957. - 257 с.

6. Грег, С. Адсорбция. Удельная поверхность/ С. Грег, И. Синг, пер. с англ. М.: Мир, 1984.-310 с.

7. Лихтман, В. И. Физико-химическая механика металлов. Адсорбционные явления в процессах деформации и разрушения металлов/ В.И. Лихтман, Е.Д. Щукин, П. А. Ребиндер М.: Изд-во АН СССР, 1962. - 303 с.

8. Бокштейн, Б. С. Термодинамика и кинетика диффузии в твердых телах/ Б. С. Бокштейн, С. 3. Бокштейн, А. А. Жуковский М.: Металлургия, 1974. -280 с.

9. Куксенова, Л. И. Перераспределение элементов в поверхностных слоях медно-алюминиевых сплавов при трении/ Л. И. Куксенова,

10. B. И. Толокольников, Л. М. Рыбакова // Поверхность, 1984. № 3. - С. 125-130.

11. Защита от водородного износа/ под ред. А. А. Полякова М.: Машиностроение, 1980.-135 с.

12. Шаповалов, Э. Т. Исследование методом ожеспектроскопии поверхностных слоев сплава ХН40МДБ после коррозии в серной кислоте/

13. C. М. Хромов, М. Ю. Устименко // Защита металлов, 1983. Т. XIX. № 1. С. 7178.

14. Рыбакова, Л. М. Трение и износ/ Металловедение и термическаяобработка : Итоги науки и техники. ВИНИТИ АН СССР.М.: 1985.-С. 150-243.

15. Камбалов, В. С. Оценка триботехнических свойств контактирующих поверхностей/ B.C. Камбалов М.: Наука, 1983. - 136 с.

16. Когаев, В. П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность: Справочник М.: Машиностроение, 1985. - 224 с.

17. Иванова, В. С. Усталость и хрупкость металлических материалов\ В. С. Иванова, С. Е. Гуревич, И. М. Коньев М.: Наука, 1968. - 215 с.

18. Крагельский, И. В. Качество поверхности и трение в машинах\ И. В. Крагальский, Н. Ф. Колесниченко Киев: Техника, 1969. - 145 с.

19. Коваленко, В. С. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов/ B.C. Коваленко. Киев: Высшая школа, 1975. - 185 с.

20. Дрозд, М. С. Глубинные контактные разрушения зубьев цементованных шестерен/ М. С. Дрозд, Е. И. Тескер // Вестник машиностроения, 1974. - № 4. - С. 21-25.

21. Дрозд, М. С. Инженерные расчеты упругопластической контактной деформации/ М. С. Дрозд, М. М. Матлин, Ю. И. Сидякин М.: Машиностроение, 1986. -224с.

22. Лахтин, Ю. М. Химико-термическая обработка металлов/ Ю. М. Лахтин, Б. Н. Арзамасов М.:Металлургия, 1985. - 256 с.

23. Мозберг, Р. К. Материаловедение/ Р. К. Мозберг М.: Высшая школа, 1991.-448 с.

24. Лахтин, Ю. М. Азотирование стали/ Ю. М. Лахтин, Я. Д. Коган М.: Машиностроение, 1976. -254 с.

25. Прокойкин, Д. А. Химико-термическая обработка металлов. Карбонитрация/ Д. А. Прокойкин М.: Машиностроение, 1984. - 240 с.

26. Попов, A.A. Теоретические основы химико-термической обработки стали./ А. А. Свердловск: Металлургиздат, 1962. - 120 с.

27. Прокойкин, Д. А. Поверхностное упрочнение аустенитных нержавеющий сталей методом карбонитрации. В кн. Труды МВТ, 1983.-№4.-С. 9-18.

28. Козлов, В. А. Использование природного газа при химикотермической обработке инструмента и деталей машин/ В. А. Козлов, И. М. Рукина

29. Кудрявцев, И. В. Методы поверхностного упрочнения деталей машин/ И. В. Кудрявцев, М. М. Саверин, А. В. Рябченков М.: Машгиз, 1949. - 221 с.

30. Папшев, Д. Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием/ Д. Д. Папшев М.: Машиностроение, 1978. -152 с.

31. Хворостухин, П. А. Повышение несущей способности деталей машин поверхностным упрочнением/ П. А. Хворостухин, С. В. Шишкин, А. П. Ковалев, Р. А. Иймаков М.: Машиностроение, 1988. - 144 с.

32. Торбило, В. М. Алмазное выглаживание/ В. М. Торбило М.: Машиностроение. 1972. - 104 с.

33. Куликов, О. О. Пути снижения усилий обкатки роликами, необходимых для достижения высокой прочности ступенчатых валов // Материалы научн.-техн. конф: Повышение прочности деталей машин поверхностным деформированием. Пермь, 1967. - С. 154-162.

34. Балтер, М. А. Упрочнение деталей машин/ М. А. Балтер М.: Машиностроение, 1978. - 184с.

35. Серенсен, С. В. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность/ С. В. Серенск, В. П. Когаев, Р. М. Шнейдерович М.: Машиностроение, 1975. - 488 с.

36. Аскинази, Б. М. Упрочнение и восстановление электромеханической обработкой/ Б. М. Аскинази М.: Машиностроение, 1989. - 200 с.

37. Трение, изнашивание и смазка. Справочник, под ред. Крагельского И. В. и Алисина В. В. М.: Машиностроение, 1979.-Т.2. - 358 с.

38. Аскинази, Б. М. Упрочняемость деталей машин электромеханической обработкой // Вестник машиностроения, 1981. № 1. - С. 19-21.

39. Любарский, И. М. Металлургия трения/ И. М. Любарский, Л. С. Палатник М.: Металлургия, 1976.-176с.

40. Панчеха, Ю. С. Об увеличении коррозийной стойкости стали для гидроцилиндров механизированной крепи/ Ю. С. Панчеха, Ю. Л. Шахмейстер,

41. Т. В. Долгова // Сб. трудов горного института им. A.A. Скончинского. Вып. 220. Создание и повышение надежности горношахтного оборудования. -М.: 1983.-С. 97-101.

42. Рыкалин, Н. Н. Основы электроннолучевой обработки материалов/ H.H. Рыкалин, И. В. Зуев, А. А. Углов М.: Машиностроение, 1978. - 240 с.

43. Иванов, Г. П. Технология электроискрового упрочнения материалов и деталей машин/ Г. П. Иванов М.: Машгиз, 1961. - 303 с.

44. Крутянский, М. М. Применение плазменного нагрева/ М. М. Крутянский, А. А. Никулин М.: Энергия, 1964.

45. Рыкалин, Н. Н. Лазерная обработка материалов/ Н. Н. Рыкалин, А. А. Углов, А. Н. Конора М.:Машиностроение, 1975. - 296 с.

46. Итин, В. И. Поверхностное упрочнение сталей при воздействии интенсивного импульсного электронного пучка/ В. И. Итин, Н. Н. Коваль, и др. //ФиХОМ, 1984.-№6.-С. 119-122.

47. Ольшанский, И.А., Повышение долговечности легированных сталей путем оплавления их поверхности электронным лучом/ И. А. Ольшанский, А. В. Михайлов, В. А. Кривоносов, И. И. Трусова // МиТОМ, 1984. № 9. - С. 30-31.

48. Паньков, Н. П. Износостойкость деталей после электроискрового упрочнения/ Н. П. Паньков //Вестник машиностроения, 1955. № 2. - С. 41-44.

49. Митхевич, С. П. Износостойкость чугуна после механизированной электромеханической обработки бронзой/ С. П. Митхевич // Сб. научи. Трудов ФТИ АН БССР, вып. 4. Минск: Изд-во АН БССР, 1958. - С. 189-193.

50. Чатынян, Л. А., Лазаренко Н.И. Повышение износостойкости поверхностей трения, работающих при высоких температурах, электроискровым легированием/ Л. А. Чатынян, Н. И. Лазеренко // Электронная обработка металлов, 1966. № 2. - С. 33-38.

51. Белый, А. В. Применение ионного легирования для повышения эксплуатационных характеристик деталей машин и оборудования/ А. В. Симонов, С. К. Ших Минск: БелНИИНТИ, 1985. - 44 с.

52. Копецкий, Ч.В. О некоторых направлениях развитияматериаловедения/ Ч. В. Копецкий, А. Ф. Вяткин // Вестник АН СССР, 1982. -№ 1.-С. 47-56.

53. Городецкий, А. Е. Формирование коррозионно-защитных слоев на титане методом ионной имплантации палладия/ А. Е. Городецкий, М. И. Гусенова, Н. Д. Томащов // Поверхность: физика, химия, механика, 1982. № 3. - С. 83-88.

54. Владимиров, Б. Г. Повышение циклической прочности металлов и сплавов методом ионной имплантации/ Б. Г. Владимиров, М. И. Гусенова, С. М. Иванов // Поверхность: физика, химия, механика, 1982. № 7. - С. 139-147.

55. Hedlond Donald F. Laserin Actinn. // Frod End., 1974, 20, № 2. P. 21-24.

56. Григорьянц, A. Г. Основы лазерной обработки материалов/ А. Г. Григорьянц М.:Машиностроение, 1989. - 304 с.

57. Рыкалин, Н. Н.Лазерная обработка материалов\ H. Н. Рыкалин, А. А. Углов, А. Н. Кокора М.:Машиностроение, 1975. - 296 с.

58. Кришталл, М. А. Структура и свойства сплавов, обработанных излучением лазера/ М. А. Кришталл, А. А. Жуков, А. Н. Кокора М.: Металлургия, 1973. - 192 с.

59. Григорьянц, А. Г. Методы поверхностной лазерной обработки/

60. A. Г. Григорьянц, А. Н. Сафонов Кн. 3. -М.: Высшая школа. 1987. - 191 с.

61. Григорьянц, А. Г. Основы лазерного термоупрочнения сплавов/ А. Г. Григорьянц, А. Н. Сафонов, Кн. 6. М.: Высшая школа, 1988. - 159 с.

62. Гурьев, В. А. Особенности формирования микроструктуры и свойств поверхностного слоя нормализованной среднеуглеродистой стали 40 при лазерной обработке/ В. А. Гурьев, Е. И. Тескер // ФиХОМ, 1993. № 4. - С. 105109.

63. Андрияхин, В. М. Расчет поверхностной закалки железоуглеродистых сплавов с помощью технологических СОг-лазеров непрерывного действия/

64. B. М. Андрияхин, В. С. Майров, В. П. Якушин // Поверхность: физика, химия, механика, 1983.-№6, 140-147с.

65. Коваленко, В. С. Лазерное и электроэрозионное упрочнение металлов/ В. С. Коваленко, А. Д. Верхотуров, Л. Ф. Головко, И. А. Подчерняева -М.:1. Наука, 1986.-276с.

66. Металловедение и термическая обработка стали. Справочник/ Под ред. М. П. Берштейна и А. Г. Райхштадта М.: Металлургия, 1991. - 304 с.

67. Рентгенография. Спецпрактикум. Авдюхина В. М., Батсурь Д. А., Зуюенко В. В., и др./ Под общ. ред. А. А. Канцельсона М.: Изд-во Московского университета, 1986.-240 с.

68. Фридман, Я. Б. Строение и анализ изломов/ Я. Б. Фридман, Т. А. Гордеева, А. М. Зайцев М.: Машгиз, 1960.-128 с.

69. ГОСТ 9450-76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников.

70. Новые методы оценки сопротивления металлов хрупкому разрешению/ Пер. с англ. Под ред. Ю. Н. Работнова М.: Мир, 1972. - 439 с.

71. ГОСТ 9454-78. Металлы. Метод испытаний на ударный изгиб при пониженной, комнатной и повышенной температурах.

72. Самотугин, С. С. Определение характеристик трещиностойкости углеродистых сталей, упрочненных плазменной струей/ С. С. Самотугин, К. А. Лещинский, И. И. Пирч // Заводская лаборатория, 1985. № 7. - С. 60-64.

73. Хецберг, Р. В. Деформация и механика разрушения конструкционных материалов/ Р. В. Хецберг М.: Металлургия, 1989. - 576 с.

74. Методы испытания, контроля и исследования машиностроительных материалов. Справочное пособие. Методы исследования механических свойств металлов. Под общ. ред. А. Т. Туманова М.: Машиностроение, 1974.-Т.2.-320с.

75. Дагис, 3. С. Способ определения износостойкости покрытия. // A.c. №862049. Опубл. ВБ.И., №33.-1981.

76. Дорофеев, А. П. Измерение толщины покрытий с помощью вихревых токов/ А. П. Дорофеев, Г. А. Любашов, Ю. Я. Останин М.: Машиностроение, 1975.

77. Григулис, Ю. К. Электромагнитный метод анализа слоистых полупроводниковых и металлических структур/ Ю. К. Григулис Рига: Знание, 1970.

78. Вязмина, Т. М. Получение однородного закаленного слоя при лазерной обработке стали 9х/ Т. М. Вязмина, А. Н. Веремеевич, И. А. Иванов и др. // ФиХОМ, 1988. №6. -С. 63-66.