Характеристики изнашивающихся узлов и деталей нефтегазового оборудования . <...> Определение состава карбидной фазы
в износостойких сталях и сплавах . <...> Оценка влияния разных видов термической
обработки на структурно-фазовый состав стали и ее износостойкость 256
П р а к т и ч е с к а я р а б о т а. <...> Поверхностная закалка при нагреве газовым пламенем . <...> Определение параметров упрочненного
слоя при поверхностной закалке с лазерным нагревом . <...> Для каждой из перечисленных технологий упрочнения рассмотрены
основные характеристики физических процессов, протекающих в поверхностном слое при их реализации, особенности фазовых и структурных превращений, обеспечивающие повышение износостойкости поверхностного
слоя, влияние технологических параметров процесса упрочнения на достижение требуемого качества изготовления детали в целом. <...> Классификация видов изнашивания
Основные определения
Согласно ГОСТ 27674 изнашивание — это процесс отделения материала с поверхности твердого тела и (или) увеличения его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров
и (или) формы тела. <...> Изнашивание является сложным процессом, зависящим от двух взаимосвязанных групп факторов. <...> Изнашивание представляет собой процесс разрушения поверхностного
слоя материала деталей, вызывающий постепенное снижение и в конечном
10
Глава 1. <...> Для деталей и узлов нефтегазового оборудования
наиболее характерным и агрессивным видом является изнашивание в присутствии абразива. <...> В зависимости от состояния абразива, находящегося в контакте с деталью, дополнительно различают:
— изнашивание в контакте с монолитным абразивом;
— изнашивание в сыпучем абразиве. <...> Монолитный абразив, согласно данным [11] , обладает значительно более агрессивным воздействием на поверхностный слой детали, чем сыпучий. <...> Абразивное изнашивание под действием статических прижимных нагрузок наблюдается в следующих случаях:
— при скольжении поверхности <...>
Технологические_методы_повышения_износостойкости_деталей_машин__Учебное_пособие_.pdf
Оглавление
Введение . ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 7
Глава 1. Виды изнашивания поверхностей и их особенности .. ... .. ... 9
1.1. Классификация видов изнашивания . . ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 9
1.2. Энергетический баланс разныхвидов изнашивания . . . ... .. ... .. ... 36
1.3. Характеристики изнашивающихся узлов и деталей нефтегазового оборудования
. .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 42
Практичес кая рабо т а. Анализ условий разрушения поверхностей
активно изнашивающихся деталей .. .. ... .. ... .. ... ... .. ... .. ... .. 62
Глава 2. Особенности разрушения и упрочнения поверхностей .. .. ... 67
2.1. Общая схема разрушения поверхностей при механических видах изнашивания
... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 67
2.2. Разрушение поверхностей при упругих деформациях .. ... .. ... .. ... 70
2.3. Разрушение поверхностей при пластических деформациях . . . . . . . . . . 75
2.4. Разрушение поверхностей в результате развития трещины .. ... .. ... 77
2.5. Общая характеристика методов упрочнения поверхностей . . . ... .. ... 86
Глава 3. Легирование стали для повышения прочности деталей машин 91
3.1. Роль углерода в образовании различныхфаз . . . . ... .. ... .. ... .. ... 91
3.2. Легирование металлами .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 96
3.3. Образование фаз внедрения . .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 101
3.4. Примеси в сталях.. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 107
3.5. Влияние фазовыхсоставляющих стали на ее износостойкость при разныхвидах
изнашивания . . ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 110
3.6. Износостойкость различныхгрупп сталей . ... .. ... .. ... .. ... .. ... 117
3.7. Композиционные металлические материалы ... .. ... .. ... .. ... .. ... 182
Практичес кая рабо т а. Определение состава карбидной фазы
в износостойких сталях и сплавах .. .. ... .. ... .. ... ... .. ... .. ... .. 202
Практичес кая рабо т а. Центробежное армирование деталей машин 207
Глава 4. Термическая обработка для повышения износостойкости
деталей машин .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... ... .. ... .. ... .. 212
4.1. Общая характеристика методов общей термической обработки . . . . . . 212
4.2. Нагрев при упрочняющей термической обработке ... .. ... .. ... .. ... 214
4.3. Выдержка при термической обработке . . . . ... .. ... .. ... .. ... .. ... 219
4.4. Охлаждение при термической обработке . . ... .. ... .. ... .. ... .. ... 222
4.5. Особенности формирования структурно-фазового состава при термической
обработке . . ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 226
4.6. Выбор охлаждающих сред при упрочняющей термической обработке . 248
4.7. Закалка стали ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 252
Стр.1
6
Оглавление
Практичес кая рабо т а. Оценка влияния разных видов термической
обработки на структурно-фазовый состав стали и ее износостойкость 256
Практичес кая рабо т а. Определение оптимальных режимов
закалки для упрочнения деталей машин .. .. ... .. ... ... .. ... .. ... .. 264
Глава 5. Поверхностная закалка . . . ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 271
5.1. Общие характеристики поверхностной закалки .. ... .. ... .. ... .. ... 271
5.2. Способы поверхностной закалки .. .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 280
5.3. Поверхностная закалка при нагреве газовым пламенем ... .. ... .. ... 283
5.4. Поверхностная закалка электроконтактным нагревом . ... .. ... .. ... 290
5.5. Поверхностная закалка лазерным нагревом ... .. ... .. ... .. ... .. ... 296
5.6. Поверхностная закалка индукционным нагревом . ... .. ... .. ... .. ... 310
Практичес кая рабо т а. Определение параметров упрочненного
слоя при поверхностной закалке с лазерным нагревом . . . ... .. ... .. 325
Практичес кая рабо т а. Определение режимов поверхностной
закалки с нагревом током высокой частоты ... .. ... ... .. ... .. ... .. 338
Глава 6. Химико-термическая обработка поверхностей .. ... .. ... .. ... 344
6.1. Основные закономерности процесса диффузии . . ... .. ... .. ... .. ... 344
6.2. Основы химико-термической обработки . . . ... .. ... .. ... .. ... .. ... 351
6.3. Насыщение через газовую фазу ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 352
6.4. Насыщение из жидкихсред . . . ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 355
6.5. Насыщение из парофазовой среды . . ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 356
6.6. Цементация .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 365
6.7. Азотирование сталей . . . . ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 378
6.8. Нитроцементация и цианирование . .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 388
6.9. Борирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
6.10. Хромирование . . . . ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 410
6.11. Титанирование . . . . ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 419
6.12. Алитирование . . . . ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 423
6.13. Силицирование . .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 429
6.14. Цинкование . ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 434
6.15. Бериллизация . . . . ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 436
6.16. Сульфидирование . ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 438
6.17. Прочие виды диффузионного насыщения поверхностей .. .. ... .. ... 442
Практичес кая рабо т а. Расчет режимов химико-термической
обработки . ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... ... .. ... .. ... .. 443
Глава 7. Поверхностное пластическое деформирование . ... .. ... .. ... 456
7.1. Виды дислокаций и ихдвижение под действием сдвигающих усилий . . 456
7.2. Упрочнение при торможении дислокаций . . ... .. ... .. ... .. ... .. ... 462
7.3. Статические методы поверхностного пластического деформирования . 467
7.4. Динамические методы поверхностно-пластического деформирования . 474
Практичес кая рабо т а. Расчет режимов упрочнения поверхностей
деталей статическими методами ППД . ... .. ... .. ... ... .. ... .. ... .. 481
Список литературы .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... 487
Стр.2
Введение
Эффективное использование машин и оборудования нефтегазовой отрасли
невозможно без решения задач, связанныхс повышением износостойкости
ихдеталей и узлов. До 80% отказов оборудования, особенно
контактирующего с абразивом, вызвано износом рабочихповерхностей, при
этом величина износа в большинстве случаев не превышает 0,3–1,0 мм.
Условия работы деталей машин и оборудования нефтяной и газовой
отрасли характеризуются высокими механическими и тепловыми нагрузками,
наличием агрессивныхсред, присутствием в зоне контакта рабочих
поверхностей абразивных частиц или непосредственным контактом с высокотвердыми
горными породами и грунтами. Это определяет необходимость
использования для изготовления активно изнашивающихся деталей
высоколегированныхвысокопрочных сталей и сплавов. Высокий уровень
прочностныхсвойств указанных материалов, а также возможность получения
ряда специальныхсвойств, таких, как коррозионная стойкость или
жаростойкость, определяют несомненную актуальность вопросов использования
существующихи разработки новых специальных износостойких
материалов.
В то же время небольшая величина предельного износа, характерная
для большинства деталей нефтегазового оборудования, делает в ряде случаев
применение дорогостоящихвысоколегированных сплавов для изготовления
деталей экономически неэффективным. Значительный интерес для
решения проблемы повышения износостойкости и продления срока службы
оборудования представляет использование прогрессивныхметодов поверхностного
упрочнения, позволяющихполучить на деталях, изготовленных
из конструкционныхсталей, поверхностные слои, обладающие требуемым
уровнем износостойкихсвойств. К таким технологиям относятся методы
поверхностной закалки, химико-термической обработки и поверхностного
пластического деформирования, подробно представленные в учебном пособии.
Для каждой из перечисленныхтехнологий упрочнения рассмотрены
основные характеристики физическихпроцессов, протекающихв поверхностном
слое при ихреализации, особенности фазовых и структурных превращений,
обеспечивающие повышение износостойкости поверхностного
слоя, влияние технологических параметров процесса упрочнения на достижение
требуемого качества изготовления детали в целом.
Стр.3
8
Введение
Учебное пособие написано на основе результатов многочисленныхисследований,
выполненныхв Российском государственном университете
(РГУ) нефти и газа им. И.М.Губкина и опыта преподавания дисциплины
«Технологические методы восстановления и повышения износостойкости
деталей машин». Использованы результаты отечественныхи зарубежных
исследований в этой области.
Особенностью данного учебного пособия является сочетание в нем материалов
по теоретической и практической подготовке студентов.
Стр.4
Технологические_методы_повышения_износостойкости_деталей_машин__Учебное_пособие__(1).pdf
О.Ю. Елагина
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ
ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Допущено Учебно-методическим объединением вузовРоссийской Федерации
по нефтегазовому образованию в качестве учебного пособия для студентов
высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки
дипломированных специалистов «Машиностроительные технологии
и оборудование», специальности «Оборудование и технологии повышения
износостойкости и восстановления деталей машин и аппаратов»
Москва
Логос
2009
Стр.3
УДК 621.7
ББК 34.7
Å47
Серия основана в 2003 году
Р е ц е н з е н т ы
И.Г. Ибрагимов, доктор технических наук, профессор
А.Г. Халимов, доктор технических наук, профессор
Л.И. Куксанова, доктор технических наук, профессор
Елагина О.Ю.
Å47
Технологические методы повышения износостойкости деталей машин:
учеб. пособие / О.Ю. Елагина. – М.: Университетская книга;
Ëîãîñ, 2009. – 488 ñ.: èë. – (Íîâàÿ университетская áèáëèîòåêà).
ISBN 978-5-98704-450-6
Рассмотрены основные виды изнашивания типовых узлов и деталей машин,
прежде всего бурового, нефтегазопромыслового и перерабатывающего оборудования.
Освещены особенности разрушения и упрочнения поверхностей. Дана оценка
износостойкости различных конструкционных материалов. Представлены технологии
повышения прочности и износостойкости деталей: легирование стали,
термическая обработка, поверхностная закалка, химико-термическая обработка,
поверхностное пластическое деформирование. В приложениях содержатся практические
работы по темам учебной дисциплины.
Для студентов высших учебных заведений, получающих образование по направлению
подготовки дипломированных специалистов «Машиностроительные
технологии и оборудование», специальности «Оборудование и технологии повышения
износостойкости и восстановления деталей машин и аппаратов». Может
использоваться в учебном процессе по широкому кругу направлений (специальностей)
подготовки кадров в области машиностроения.
УДК 621.7
ББК 34.7
Учебное издание
Елагина Оксана Юрьевна
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ
ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Учебное пособие
Редактор Е.В. Комарова
Корректор Л.В. Яковлева
Компьютерная верстка М.А. Голуба
Оформление Т.Ю. Хрычевой
Подписано в печать 20.03.09. Формат 60õ90/16.
Печать îôñåòíàÿ. Бумага îôñåòíàÿ. Óñë. ïå÷. ë. 30,5.
Тираж 1000 ýêç. Заказ
Издательская группа «Логос»
123104, Ìîñêâà, Б.Палашевский ïåð., ä.9, ñòð.1
ISBN 978-5-98704-450-6
© Елагина Î.Þ., 2009
© Университетская êíèãà, 2009
© Ëîãîñ, 2009
Стр.4