ПРОБЛЕМИ І ПЕРСПЕКТИВИ ВИРІШЕННЯ ПИТАНЬ ПІДВИЩЕННЯ ДОВГОВІЧНОСТІ ДЕТАЛЕЙ МАШИН, ЯКІ ПРАЦЮЮТЬ В УМОВАХ ГІДРОАБРАЗИВНОГО ЗНОШУВАННЯ
Анотація
В статті зосереджено увагу на великій кількості машин що працюють в різних галузях (газо-нафтовій, гірничодобувній, хімічній, сільськогосподарській, транспортній тощо) промисловості України і інших господарств, які підлягають негативному впливу гідроабразивного зношування (ГЗ). Це гідравлічні машини (ГМ), серед яких найбільш розповсюдженими є насоси і гідродвигуни, а також центрифуги, для очищення стічних вод, сепаратори, арматура тощо. Від негативного впливу ГЗ залежить безпека, продуктивність, мобільність та ефективність бурових установок, конструктивних елементів бурильних колон, застосування гравійних фільтрів для запобігання надходженню піску із пласта в свердловину, виникнення аварійних ситуацій пов’язаних з руйнуванням поверхневих шарів деталей і вузлів. Деталі машин, поверхні яких контактують з потоками рідини і працюють в важких умовах оточуючих середовищ, підлягають зношенню, яке залежать від: виду тертя, механічних і фізико-хімічних властивостей матеріалу, швидкості відносного переміщення контактуючих поверхонь, величиною і характером навантаження, видом і якістю мастил, умовами експлуатації тощо. Розрізняють декілька видів зношування: корозія, ерозія, гідроабразивне зношення, кавітація, біологічне пошкодження. Для захисту поверхонь стальних і чавунних деталей від зносу, крім зміцнення поверхневих шарів, серед яких особливе місце займає хіміко-термічна обробка, використовують технології нанесення захисних покриттів: напилювання і наплавлення твердими зносостійкими матеріалами, лазерну обробку шлікерних покриттів, гальваніку, які є шкідливими для здоров’я людини і небезпечними для оточуючого середовища. Серед ефективних, енергоощадних і екологічно безпечних технологій нанесення захисних покриттів, особливе місце займає електроіскрове легування (ЕІЛ), яке в комбінації з поверхневим пластичним деформуванням (ППД) і нанесенням металопластичних матеріалів (МПМ), армованих порошками твердих зносостійких матеріалів (карбід вольфраму і нітрид цирконію) може забезпечити захист деталей від гідроабразивного і інших видів зносу.
Посилання
2. Bembenek M., Prysyazhnyuk P., Shihab T., Machnik R., Ivanov O., and Ropyak L. (2022). Microstructure and Wear Characterization of the Fe-Mo-B-C–Based Hardfacing Alloys Deposited by Flux-Cored Arc Welding. Materials, 15, No. 14: 5074; https://doi.org/10.3390/ma15145074
3. Beniaa H.M., Guemmaza M., Schmerberb G., Mosserb A., Parlebas J.C. (2003). Optical properties of non-stoichiometric sputtered zirconium nitride films. Applied Science. Vol. 211. P. 146-155.
4. Carcel B., Sampedro J., Ruescas A., & Toneu X. (2011). Corrosion and wear resistance improvement of magnesium alloys by laser cladding with Al-Si. Physics Procedia, 12, 353–363. doi: 10.1016/j.phpro.2011.03.045
5. Chiou S. Y. and Bing H. (1998) Residual stress and strains of highly textured ZrN films examined by x-ray diffraction methods. J. Phys. D.: Appl. Phys. – Vol. 31. – P. 349-354.
6. DSTU 3925-99 Chavun z kuliastym hrafitom dlia vylyvkiv. Marky [Cast iron with nodular graphite. Brands]. Kyiv: Derzhstandart Ukrainy, 2000. 13 p (in Ukrainian).
7. F.A. P. Fernandes, S.C. Heck, R.G. Pereira, A. Lombardi-Neto, G.E. Totten, L.C. Casteletti. (2010). Wear of plasma nitrided andnitrocarburized AISI 316L austenitic stainless steel. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 40 (2): 175.
8. Guzanova A., Džupon M., Draganovská D., Brezinová J., Viňáš J., Cmorej D., Janoško E. & Maruschak P. (2020). The corrosion and wear resistance of laser and mag weld deposits. Acta Metallurgica Slovaca, 26 (2), 37–41. doi: 10.36547/ams.26.2.557.
9. Gvozdecki V. M. (2018). Electric arc restorative and protective coatings from cored wires. Visnik Nacionalnoi Academii Nauk Ukraini, 03, 79–84. doi: 10.15407/visn2018.03.079
10. Herman V. F. (2014). Nadiinist hidromashyn i hidropryvodiv: konspekt lektsii [Reliability of hydraulic machines and hydraulic drives: lecture notes]. Sumy : Sumskyi derzhavnyi universytet. 84 p. (in Ukrainian).
11. Hurei T.A. (2016). Pidvyshchennia znosostiikosti chavunnykh detalei poverkhnevym zmitsnenniam [Increasing the wear resistance of cast iron parts by surface hardening]. Vestnyk KhNADU, vyp. 74. pp. 48–52. (in Ukrainian).
12. Ivankova O. V., Harashchuk O. V., Kutsenko V. I., Shcherbyna V. V., Chyzhevskyi D. V., Babych Ya. V., Tikhonov M. O. (2020). Doslidzhennia metodiv vidnovlennia znoshenykh detalei silskohospodarskoi tekhniky [Research of methods of restoration of worn parts of agricultural machinery]. Visnyk PDAA. № 4. pp. 283–292 (in Ukrainian).
13. Ivasenko I., Posuvailo V., Veselivska H. and Vynar V. (2020). Porosity Segmentation and Analysis of Oxide Ceramic Coatings of D16T Alloy," 2020 IEEE 15th International Conference on Computer Sciences and Information Technologies (CSIT), Zbarazh, Ukraine, , pp. 50-53, doi: https://doi.org/10.1109/CSIT49958.2020.9321900
14. Jungedal M. (2012). Mild Impact Wear in a Concrete Mixer, An Evaluation of Wet Abrasive Wear. Master’s Dissertation, Royal Institute of Technology Department of Material Science and Engineering, Stockholm, Sweden.
15. Karakurkchi A.V. (2015). Functional properties of multicomponent galvanic alloys of iron with molybdenum and tungsten. Functional Materials, 22 (2), 181–187. doi: 10.15407/fm22.02.181
16. Kondrat R.M., Dremliukh N.S. (2016). Doslidzhennia vplyvu rozmiru i pronyknosti shtuchno stvorenoi prysverdlovynnoi zony plasta na produktyvnu kharakterystyku sverdlovyny [Study of the influence of the size and permeability of the artificially created near-well reservoir zone on the productive characteristics of the well] Naukovyi visnyk Ivano–Frankivskoho natsionalnoho tekhnichnoho universytetu nafty i hazu. № 1. pp. 14–19 (in Ukrainian).
17. Koutsokeras L. E. and Abadias G. (2012). Intrinsic stress in ZrN thin films: Evaluation of grain boundary contribution from in situ wafer curvature and ex situ x-ray diffraction techniques. J. Appl. Phys. Vol. 111. P. 093509.
18. Leonidov L. D. J. (1987). Erosion of pump metals Flower metals, 6, 26–28
19. Lyashenko B.A., Solovykh Ye.K., & Mirnenko V.I. (2010). Optymizatsiia tekhnolohii nanesennia pokryttiv po kryteriiakh mitsnosti ta znosostiikosti [Optimization of coating technology according to the criteria of strength and wear resistance]. Kiyev: IPP NAN Ukrainy (in Ukrainian).
20. Lyskanych M.V., Artym V.I., Hrydzhuk Ya.S., Dzhus A.P. (2012). Metodyka vyznachennia dovhovichnosti elementiv burylnoi kolony v umovakh vibratsiinoho navantazhuvannia [Methodology for determining the durability of drill string elements under vibration loading conditions] Rozvidka ta rozrobka naftovykh i hazovykh rodovyshch. № 2. pp. 113–119 (in Ukrainian).
21. Lytvynenko O.A., Nekoz O.I., Kavun V.P. (2010). Kavitatsiina stiikist keramichnykh konstruktsiinykh materialiv [Cavitation resistance of ceramic structural materials] Zbirnyk naukovykh prats VAT “UkrNDIVohnetryviv imeni A. S. Berezhnoho” № 110. Kharkiv: “Karavela”. pp.115–118 (in Ukrainian).
22. Mamazhonov M., Shakirov B., Matyakubov B., Makhmudov A. (2022). Polymer materials used to reduce waterjet wear of pump parts Journal of Physics: Conference Series 2176 012048
23. Mirnenko V.I., Tkach M.Ya., Pylypiv L.D. (2017). Pidvyshchennia pratsezdatnosti zamkovykh rizbovykh ziednan burylnoi kolony impulsnym vakuumnym hazotermotsyklichnym ionno– plazmovym azotuvanniam [Increasing the performance of lock threaded joints of a drill string by pulsed vacuum gas-thermocyclic ion-plasma nitriding] Naftohazova enerhetyka. № 2. pp. 13–21 (in Ukrainian).
24. Mironov Yu. V., Danylchuk Yu. V., Lie K. K. (2014). Analiz yemnosti rezervuariv tsyrkuliatsiinykh system burovykh ustanovok [Analysis of the capacity of the reservoirs of circulation systems of drilling rigs] Rozvidka ta rozrobka naftovykh i hazovykh rodovyshch. № 1. pp. 151–160 (in Ukrainian).
25. Movchan V. P., Berezhnyi M. M. Osnovy metalurhii [Basics of metallurgy]. Dnipropetrovsk: Porohy. 2001. 336 s. (in Ukrainian).
26. Mozghovyi O., Posviatenko E., Posviatenko N., Russkykh V. (2019). Odna iz prychyn poshkodzhennia shesterennykh hidromashyn [One of the causes of damage to gear hydraulic machines] Aktualni problemy matematyky, fizyky i tekhnolohii: zb. nauk. pr. Vinnytskyi derzhavnyi pedahohichnyi universytet imeni Mykhaila Kotsiubynskoho. Vinnytsia: TOV “Tvory”. Vyp. 16. pp. 135–138 (in Ukrainian).
27. Niță A., Petrescu M.G., Dumitru T., Burlacu A., Tănase M., Laudacescu E., Ramadan I. (2023). Experimental Research on the Wear Behavior of Materials Used in the Manufacture of Components for Cement Concrete Mixers. Materials, 16, 2326. https://doi.org/10.3390/ma16062326
28. Posviatenko E.K., Kropivnyi V.M., Posviatenko N.I., Russkykh V.V. (2017). Remont shesterennykh nasosiv hidrosystem dorozhnikh mashyn [Repair of gear pumps of hydraulic systems of road vehicles] Bulletin of Kharkov national avtomobile and highway university. Collection of Soientific Works. Kh.: KhNAHU. Issue 38. P. 113–117 (in Ukrainian).
29. Ropyak L., Schuliar I., Bohachenko O. (2016). Influence of technological parameters of centrifugal reinforcement upon quality indicators of parts. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. Volume 1, Issue 5. P. 53–62. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.59850
30. S. Ben Slima. (2012). Ion and Gas Nitriding Applied to Steel Tool for Hot Work X38CrMoV5 Nitriding Type: Impact on the Wear Resistance. Materials Sciences and Applications, Scientific Research Publishing, 9 (3): 640.
31. Samotugina Yu.S., Lyashenko B.A. and Bezumova O.О. (2021). Influence of Plasma Modification Technology on Structure Formation Mechanisms and Wear Resistance of High Carbon Steels and Cast Irons. Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 43, No. 8: 1105–1119, DOI: 10.15407/mfint.43.08.1105.
32. Sarzhanov B.O. (2021). Rozrobka ekolohichno bezpechnykh metodiv vidnovlennia shnekiv mashyn tekhnolohichnoho tsyklu utylizatsii hnoiu [Development of ecologically safe methods of restoration of machine screws of the technological cycle of manure utilization]. – Dysertatsiia na zdobuttia naukovoho stupenia doktora filosofii. Sumskyi natsionalnyi ahrarnyi universytet, Sumy. 246 p. (in Ukrainian).
33. Shatskyi I.P., Perepichka V.V., and Ropyak L.Ya. (2020). On the Influence of Facing on Strength of Solids with Surface Defects. Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 42, No. 1: 69–76, DOI: 10.15407/mfint.42.01.0069.
34. Shu-Hung Yeh, Liu-Ho Chiu, Heng Chang. (2011). Effects of Gas Nitriding on the Mechanical and Corrosion Properties of SACM 645 Steel, Engineering, Scientific Research Publishing,9 (3): 942 DOI: 10.4236/eng.2011.39116.
35. Shylina O.P. (2017). Zmitsnennia stalevykh ta chavunnykh detalei termoreahuiuchymy sumishamy [Strengthening of steel and cast iron parts with thermosetting mixtures] VMT, Sich, vyp. 2, pp. 115–119. (in Ukrainian).
36. Shymchuk S.P. (2008). Metod doslidzhennia protyznosnykh vlastyvostei mastylnykh materialiv pry radialnykh kolyvanniakh valu. [A method of researching anti-wear properties of lubricants during radial vibrations of the shaft] Avtoreferat dysertatsii na zdobuttia naukovoho stupenia kandydata tekhnichnykh nauk. Kyiv. 16 p. (in Ukrainian).
37. Skoblo T.S., Rybalko N.N., Tykhonov A.V., & Martynenko A.D. (2019). Analyz sposobiv vyhotovlenyia, zmitsnennia ta vidnovlennia lap kultyvatora [Analysis of methods of manufacturing, strengthening and restoration of cultivator paws]. Tekhnichnyy servis ahropromyslovoho, lisovoho ta Transportnoho Kompleksiv, 15, 60–85 (In Ukrainian).
38. Skoblo T.S., Sidashenko O.I., Saichuk O.V. (2019). Korpusni detali z chavuniv ta yikh yakisni pokaznyky: Monohrafiia [Casing parts made of cast iron and their quality indicators: Monograph] / Pid red. d.t.n. prof. Skoblo T.S. Kh: Disa plius. 282 p. (in Ukrainian).
39. Sposib vyrobnytstva prokatnykh valkiv [Method of production of rolling rolls]: pat. Ukraina № 105761 MPK B22D 23/00, B21B 27/00. u2015 07442. zaiavl. 24.07.2015.; opubl. 11.04.2016., Biul. № 7 (in Ukrainian).
40. Storozhenko M.S. (2017). Effect of Molybdenum Additions on the Structurization of Fe–Mo Alloys and Contact Interaction in the TiB2–(Fe–Mo) Systems. Powder Metall Met Ceram 55, 617–624. https://doi.org/10.1007/s11106-017-9847-y
41. Student M.M., Hvozdetskyi V.M., Stupnytskyi T.R. & Dzioba Y. V. (2017). Development of Electrometallic Equipment and Newest Consumables for Applying Protective and Reductive Coatings to Parts of Machinery Used in Mining. Transport, and Food Processing Industries. Science and Innovation, 13 (6), 34–38. doi: 10.15407/scine13.06.034
42. Student М.М., Dovhunyk V.M., Posuvailo V.M., Koval’chuk I.V. and Hvozdets’kyi V.M. (2017). Friction Behavior of Iron-Carbon Alloys in Couples with Plasma-Electrolytic Oxide-Ceramic Layers Synthesized on D16T Alloy. Materials Science, 53, No. 3: 359. https://doi.org/10.1007/s11003-017-0083-x
43. Tarel’nik V.B., Paustovskii A.V., Tkachenko Y.G. et al. (2017) Electric-spark coatings on a steel base and contact surface for optimizing the working characteristics of babbitt friction bearings. Surf. Engin. Appl.Electrochem. 53, 285–294. https://doi.org/10.3103/S1068375517030140
44. Tarel’nik V.B., Paustovskii A.V., Tkachenko Y.G., Martsinkovskii V.S., Konoplyanchenko E.V., Antoshevskii В. (2017). Electric-spark coatings on a steel base and contact surface for optimizing the working characteristics of babbitt friction bearings. Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 53 (3), pp. 285–294. https://doi.org/10.3103/S1068375517030140
45. Tarelnyk V. B., Gaponova O. P. and Konoplianchenko Ye. V. (2022). Electric-Spark Alloying of Metal Surfaces with Graphite. Progress in Physics of Metals, 23, No. 1: 27–58
46. Tarelnyk V. B., Gaponova O. P., Loboda V. B., Konoplyanchenko E. V., Martsinkovskii V. S., Semirnenko Yu. I., Tarelnyk N. V., Mikulina M. A. and Sarzhanov B. A. (2021). Improving Ecological Safety when Forming Wear-Resistant Coatings on the Surfaces of Rotation Body Parts of 12Kh18N10T Steel Using a Combined Technology Based on Electrospark Alloying. Surf. Eng. Applied Electrochemistry, 57: 173.
47. Tarelnyk V. B., Gaponova O. P., Melnyk V. I., Tarelnyk N. V., Zubko V. M., Vlasovets V. M., Konoplianchenko Ie. V., Bondarev S. G., Radionov O. V., Mayfat M. M., Okhrimenko V. O. and Tkachenko A. V. (2023) The Surfaces Properties of Steel Parts with Wear-Resistant Coatings of the 1М and 90 % ВК6 + 10 % 1M Composition Applied by the Method of Electrospark Alloying with the Use of Special Technological Environments. Pt. 1. The Strengthened-Surfaces’ Structural
State Features. Metallofiz. Noveishie Tekhnol. vol. 45, pp. 683-706
48. Tarelnyk V., Konoplianchenko I., Gaponova O., Sarzhanov B. (2020). Assessment of Hydroabrasive Wear Resistance of Construction Materials with Functional Coatings, which are Formed by Resource-Saving and Environmentally Friendly Technologies. Key Engineering Materials. vol 864, p. 265–277. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.864.265
49. Tarelnyk V., Martsynkovskyy V., Gaponova O., Konoplianchenko I., Belous A., Gerasimenko V., Zakharov M. (2017). New method for strengthening surfaces of heat treated steel parts. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 233 (1), art. no. 012048. https://doi.org/10.1088/1757-899X/233/1/012048
50. Tarelnyk V., Martsynkovskyy V., Gaponova O., Konoplianchenko I., Dovzyk M., Tarelnyk N., Gorovoy S. (2017). New sulphiding method for steel and cast iron parts IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 233 (1), art. no. 012049. https://doi.org/10.1088/1757-899X/233/1/012049
51. Tarelnyk V.B., Gaponova O.P., Konoplianchenko Ye.V., Martsynkovskyy V.S., Tarelnyk N.V. and Vasylenko O.O. (2019). Improvement of Quality of the Surface Electroerosive Alloyed Layers by the Combined Coatings and the Surface Plastic Deformation. III. The Influence of the Main Technological Parameters on Microgeometry, Structure and Properties of Electrolytic Erosion Coatings. Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 41, No. 3: 313–335, https://doi.org/10.15407/mfint.41.03.0313
52. Tarelnyk V.B., Gaponova O.P., Konoplianchenko Ye.V., Martsynkovskyy V.S., Tarelnyk N.V., Vasylenko O.O. (2019). Improvement of quality of the surface electroerosive alloyed layers by the combined coatings and the surface plastic deformation. I. Features of formation of the combined electroerosive coatings on special steels and alloys, Metallofizika i Noveishie Tekhnologii, 41 (1), pp. 47-69. https://doi.org/10.15407/mfint.41.01.0047
53. Tarelnyk V.B., Gaponova O.P., Loboda V.B., Konoplyanchenko E.V., Martsinkovskii V.S., Semirnenko Yu.I., Tarelnyk N.V., Mikulina M.A., Sarzhanov B.A. (2021). Improving Ecological Safety when Forming Wear-Resistant Coatings on the Surfaces of Rotation Body Parts of 12Kh18N10T Steel Using a Combined Technology Based on Electrospark Alloying. Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 57: 173. https://doi.org/10.3103/S1068375521020113
54. Tarelnyk V.B., Konoplianchenko I.V., Gaponova O.P., Sarzhanov O.A., Antoszewski B. (2020). Effect of Laser Processing on the Qualitative Parameters of Protective Abrasion-Resistant Coatings. Powder Metallurgy and Metal Ceramics, 58 (11-12), pp. 703–713.
55. Trembach B.O., Sukov M.G., Vynar V.A., Trembach I.O., Subbotina V.V., Rebrov O.Yu., Rebrova O.M. and Zakiev V.I. (2022). Effect of Incomplete Replacement of Cr for Cu in the Deposited Alloy of Fe–C–Cr–B–Ti Alloying System with a Medium Boron Content (0.5 % wt.) on its Corrosion Resistance. Metallofizika i Noveishie Tekhnologii, 44, No. 4: 493; https://doi.org/10.15407/mfint.44.04.0493
56. Ukrainska radianska entsyklopediia [Ukrainian Soviet encyclopedia] : u 12 t. / hol. red. M. P. Bazhan ; redkol.: O. K. Antonov ta in. – 2-he vyd. – K. : Holovna redaktsiia URE, 1974–1985. (in Ukrainian).
57. Ulugojaev K. Kh. (1989). Removal of axial pumps, Tashkent: Mehnat
58. Umanskyi O., Storozhenko M., Baglyuk G., Melnyk O., Brazhevsky V., Chernyshov O., Terentiev O., Gubin Yu., Kostenko O., Martsenyuk I. (2020). Structure and Wear Resistance of Plasma-Sprayed NiCrBSiC–TiCrC Composite Powder Coatings. Powder Metallurgy and Metal Ceramics, 59, № 7-8: 434–444. https://doi.org/10.1007/s11106-020-00177-y
59. Yar-Mukhamedova G.S., Sakhnenko N.D., Ved’, M. V., Yermolenko, I. Y., & Zyubanova, S. I. (2017). Surface analysis of Fe-Co-Mo electrolytic coatings. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 213, 012019. doi: 10.1088/1757-899x/213/1/012019