RU2648425C2 - Способ повышения износостойкости торцовых поверхностей колец из жаропрочных сплавов импульсного торцового уплотнения (иту), работающего в криогенных средах (варианты) - Google Patents

Способ повышения износостойкости торцовых поверхностей колец из жаропрочных сплавов импульсного торцового уплотнения (иту), работающего в криогенных средах (варианты) Download PDF

Info

Publication number
RU2648425C2
RU2648425C2 RU2016106530A RU2016106530A RU2648425C2 RU 2648425 C2 RU2648425 C2 RU 2648425C2 RU 2016106530 A RU2016106530 A RU 2016106530A RU 2016106530 A RU2016106530 A RU 2016106530A RU 2648425 C2 RU2648425 C2 RU 2648425C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloy
rings
electroerosive
mechanical seal
discharge energy
Prior art date
Application number
RU2016106530A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016106530A (ru
Inventor
Вячеслав Борисович Тарельник
Василий Сигизмундович Марцинковский
Андрей Валерьевич Белоус
Алексей Николаевич Жуков
Original Assignee
Василий Сигизмундович Марцинковский
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Василий Сигизмундович Марцинковский filed Critical Василий Сигизмундович Марцинковский
Priority to RU2016106530A priority Critical patent/RU2648425C2/ru
Publication of RU2016106530A publication Critical patent/RU2016106530A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2648425C2 publication Critical patent/RU2648425C2/ru

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23HWORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H9/00Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)
  • Sealing Devices (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области электрофизической и электрохимической обработки, в частности к электроэрозионному легированию, и может применяться для обработки поверхностей элементов импульсных торцовых уплотнений (ИВУ), работающих в криогенных средах. Один вариант способа включает обработку торцовых поверхностей колец из жаропрочного никелевого сплава ХН58МБЮД методом электроэрозионного легирования графитовым электродом и последовательное нанесение слоев комбинированного электроэрозионного покрытия вида сплав ВК8 - сплав ВК8 - Cu или вида сплав ВК8 - сплав ВК8 - Ni, причем первый и второй слои из твердого сплава ВК8 наносят при энергии разряда Wu=0,2 Дж и Wu=0,04 Дж, соответственно, а третий слой из меди или никеля наносят при энергии разряда Wu=0,04 Дж. Второй вариант способа включает обработку торцовых поверхностей колец из бериллиевой бронзы БрБ2 методом электроэрозионного легирования графитовым электродом и последующее нанесение электроэрозионного покрытия из хрома при энергии разряда Wu=0,4 Дж. Изобретение обеспечивает повышение износостойкости торцовых поверхностей колец импульсного торцового уплотнения, работающего в криогенных средах, за счет обеспечения заданных триботехнических и механических свойств в поверхностных слоях импульсного торцового уплотнения. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

Description

Изобретение относится к области электрофизической и электрохимической обработки, в частности к электроэрозионному легированию, и может применяться для обработки поверхностей элементов импульсных торцевых уплотнений (ИТУ).
До последнего времени считалось, что ИТУ работоспособны только в жидких средах. Однако проведенные теоретические и экспериментальные исследования показали, что эти уплотнения работоспособны в жидкостях и в газах. Были выполнены уникальные исследования импульсных уплотнений при сверхвысоких режимных параметрах pv>400 МПа⋅м/с в криогенной жидкости (жидкий азот, t=-195°С), которые показали, что такие уплотнения малочувствительны к теплофизическим свойствам и температуре рабочей среды. Все это позволяет сделать вывод об универсальности импульсных уплотнений и их большой практической ценности [Громыко Б.М., Колпаков А.В., Чернов А.Е. Опыт разработки импульсных торцовых уплотнений для быстроходных турбонасосов // Труды 9-й Международной конференции «Герметичность, вибронадежность и экологическая безопасность насосного и компрессорного оборудования». - Т. 1. - Сумы. - 1999. - С. 151-159].
Учитывая то, что при высоких и сверхвысоких давлениях, экстремальных температурах (от высоких до криогенных), в агрессивных средах и т.п., где применение в разъемных соединениях уплотнений из неметаллических материалов ограниченно или невозможно, укрепляется убежденность в целесообразности применения металлических уплотнений, для которых практически нет ограничений, кроме прочности самого материала элементов уплотнений и термостойкости материала покрытий [Громыко Б.М., Матвеев Е.М., Постников И.Д., Митюков Ю.В., Михалев И.А., Сорокин В.А., Петренко Р.И. Опыт разработки и эксплуатации металлических уплотняющих элементов для работы в широком диапазоне температур и давлений / Там же, с. 38-51]. В качестве материалов используют, в том числе, такие жаропрочные материалы, как никелевые сплавы, например никелевый сплав ЭК61 (ХН58МБЮД), и бериллиевую бронзу БрБ2. При этом следует отметить, что уплотнения, имеющие резиновые уплотнители вторичного уплотнения, не работоспособны в криогенных средах.
Для роторных машин, перекачивающих криогенные среды, предложено ИТУ, способное надежно работать в криогенных средах высокого давления при больших скоростях вращения и на нестационарных режимах с малыми протечками от 0,1 до 0,7 л/с, в зависимости от геометрических размеров торцовой пары [Патент Российской Федерации на изобретение №2187727 С2. 7 F16J 15/34. Торцевое импульсное уплотнение. / Громыко Б.М., Каторгин Б.И., Кириллов В.В., Колпаков А.В., Марцинковский В.А., Матвеев Е.М., Постников И.Д., Чернов А.Е., Степанова М.А. / Опубл. 20.08.2002, Бюл. №23], прототип. Кольца указанного уплотнения выполнены из никелевого сплава ХН58МБЮД или из бериллиевой бронзы БрБ2. Рабочие торцовые поверхности колец имеют покрытие из высокотвердого материала типа нитрида титана TiN или твердого сплава ВК8. Такие решения совместно с другими позволяют применять ИТУ в турбонасосных агрегатах (ТНА) жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).
Однако следует отметить, что нитрид титана TiN и твердый сплав ВК8 имеют не только высокую твердость, но и довольно высокий коэффициент трения 0,4-0,7, поэтому их применение в парах трения без специальных прирабатывающих покрытий нежелательно.
Расширение области применения импульсных уплотнений в сторону повышения режимных параметров вызвало необходимость создания новых, композиционных материалов типа «основа - покрытие», сочетающих защитные свойства покрытий с механической прочностью основы.
Перспективным способом повышения износостойкости колец ИТУ является формирование на рабочих торцовых поверхностях методом ЭЭЛ квазимногослойных комбинированных покрытий, сочетающих смазывающие и антиизносные свойства. Такими покрытиями являются комбинированные электроэрозионные покрытия (КЭП), включающие в себя твердые износостойкие и мягкие антифрикционные материалы.
Для увеличения толщины и сплошности покрытия были предложены квазимногослойные КЭП, формируемые в последовательности ВК8+Cu+ВК8.
Наиболее предпочтительным является КЭП, где первый и последний слои из твердого сплава ВК8 наносят при Wu=0,2 Дж, а медь - при Wu=0,08 Дж. В этом случае толщина упрочненного слоя увеличивается до 30-40 мкм, микротвердость находится на уровне 8740 МПа, а сплошность составляет 100% [Тарельник В.Б. Разработка технологии повышения качества поверхностных слоев импульсных торцовых уплотнений, работающих в различных средах, методом электроэрозионного легирования // Электронная обработка материалов. - 2000. - №4. - С. 7-11], прототип.
Однако КЭП на образцах из никелевого сплава ХН58МБЮД, сформированные в последовательности Cu+ВК8 и ВК8+Cu+ВК8, не обеспечивают желаемой микротвердости в поверхностном слое.
Для создания в поверхностных слоях ИТУ заданных триботехнических и механических свойств создан способ повышения износостойкости торцовых поверхностей колец из жаропрочных сплавов импульсного торцового уплотнения (ИТУ), работающего в криогенных средах.
Заявляемый способ, как и соответствующие способы, известные из уровня техники, включает обработку торцовых поверхностей колец методом электроэрозионного легирования графитовым электродом (ЦЭЭЛ) перед нанесением на них электроэрозионных покрытий, но при котором, в соответствии с заявляемым техническим решением, квазимногослойное комбинированное электроэрозионное покрытие (КЭП) состава, формируемого в последовательности ВК8+ВК8+Cu или ВК8+ВК8+Ni, наносят на торцовые поверхности колец из никелевого сплава ХН58МБЮД, а на торцовые поверхности колец из бериллиевой бронзы БрБ2 наносят электроэрозионное покрытие из хрома.
При этом первый и второй слои из твердого сплава ВК8 наносят на торцовые поверхности колец из никелевого сплава ХН58МБЮД при энергии разряда Wu=0,2 Дж и Wu=0,04 Дж, соответственно, а третий слой из меди или никеля наносят при энергии разряда Wu=0,04 Дж. Причем покрытие из хрома наносят на торцовые поверхности колец из бериллиевой бронзы БрБ2 при энергии разряда Wu=0,4 Дж.
Проводились металлографические исследования ЭЭЛ образцов из никелевого сплава ХН58МБЮД и медного сплава - бериллиевой бронзы БрБ2 с шероховатостью поверхности Ra=0,5 мм и твердостью после окончательной термообработки - 400 и 370НВ, соответственно.
В данном случае положительные результаты, при упрочнении никелевого сплава ХН58МБЮД, обеспечивают КЭП, сформированные в последовательности ВК8+ВК8+Cu и BK8+BK8+Ni.
Анализ технологии формирования покрытия на сплаве ХН58МБЮД показал, что при нанесении слоя из твердого сплава ВК8, из-за залипания электрода, сплошность поверхности низкая и находится в пределах 70-80%. Для устранения залипания электрода и увеличения сплошности покрытия упрочняемая поверхность подвергалась предварительной обработке графитовым электродом при Wu=0,1 Дж. После чего шероховатость поверхности составила Ra=0,6-0,8 мкм.
Для получения более плотных и менее шероховатых покрытий процесс поверхностного легирования твердым сплавом ВК8 проводили в два этапа. Сначала осуществляли более жесткий режим при Wu=0,2 Дж, что позволяло внедрить в обрабатываемую поверхность большое количество упрочняющего материала. Однако шероховатость упрочняемой поверхности в этом случае была неприемлемо высокой: Ra=4,8 мкм. На втором этапе применяли более мягкий режим при Wu=0,04 Дж, при котором были сглажены наиболее выступающие вершины покрытия, нанесенного на первом этапе, и увеличилась его сплошность. Шероховатость «выглаженной» поверхности составила Ra=1,6 мкм. Третий слой - из меди или никеля - наносился также при Wu=0,04 Дж. Шероховатость в этом случае еще более снизилась до Ra=0,8…1,0 мкм, микротвердость находилась на уровне 9270 и 9850 МПа, соответственно, а сплошность слоя достигла 100%.
Результаты металлографических исследований КЭП никелевого сплава ХН58МБЮД представлены в табл. 1.
Figure 00000001
В случае ЭЭЛ бронзы БрБ2 твердым сплавом ВК8 микротвердость поверхностного слоя существенно ниже, чем микротвердость основного металла, и составляет 1650 МПа. По мере углубления микротвердость плавно возрастает и на глубине 15…20 мкм соответствует твердости основного металла. Сплошность слоя невысока и составляет ~70%.
При легировании БрБ2 хромом при Wu=0,4 Дж получают поверхностный слой толщиной 10…40 мкм и микротвердостью до 11020 МПа. Ниже располагается переходная зона (~25 мкм) микротвердостью 2100…2500 МПа. Сплошность слоя достигает 100%.
Результаты металлографических исследований покрытий на бериллиевой бронзе БрБ2 представлены в таблице 2.
Figure 00000002
Таким образом, предлагается новый способ повышения качества рабочих поверхностей колец ИТУ, работающего в криогенных средах, изготовленных из никелевого сплава ХН58МБЮД и бериллиевой бронзы БрБ2, путем нанесения на них покрытий состава ВК8+ВК8+Cu и ВК8+ВК8+Ni для никелевого сплава и хрома для бериллиевой бронзы БрБ2, после их обработки методом ЭЭЛ графитовым электродом.

Claims (2)

1. Способ обработки торцовых поверхностей колец импульсного торцового уплотнения, работающего в криогенных средах, включающий обработку торцовых поверхностей колец из жаропрочного никелевого сплава ХН58МБЮД методом электроэрозионного легирования графитовым электродом и последовательное нанесение слоев комбинированного электроэрозионного покрытия вида сплав ВК8 - сплав ВК8 - Cu или вида сплав ВК8 - сплав ВК8 - Ni, причем первый и второй слои из твердого сплава ВК8 наносят при энергии разряда Wu=0,2 Дж и Wu=0,04 Дж соответственно, а третий слой из меди или никеля наносят при энергии разряда Wu=0,04 Дж.
2. Способ обработки торцовых поверхностей колец импульсного торцового уплотнения, работающего в криогенных средах, включающий обработку торцовых поверхностей колец из бериллиевой бронзы БрБ2 методом электроэрозионного легирования графитовым электродом и последующее нанесение электроэрозионного покрытия из хрома при энергии разряда Wu=0,4 Дж.
RU2016106530A 2016-02-24 2016-02-24 Способ повышения износостойкости торцовых поверхностей колец из жаропрочных сплавов импульсного торцового уплотнения (иту), работающего в криогенных средах (варианты) RU2648425C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016106530A RU2648425C2 (ru) 2016-02-24 2016-02-24 Способ повышения износостойкости торцовых поверхностей колец из жаропрочных сплавов импульсного торцового уплотнения (иту), работающего в криогенных средах (варианты)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016106530A RU2648425C2 (ru) 2016-02-24 2016-02-24 Способ повышения износостойкости торцовых поверхностей колец из жаропрочных сплавов импульсного торцового уплотнения (иту), работающего в криогенных средах (варианты)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016106530A RU2016106530A (ru) 2017-08-30
RU2648425C2 true RU2648425C2 (ru) 2018-03-26

Family

ID=59798499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016106530A RU2648425C2 (ru) 2016-02-24 2016-02-24 Способ повышения износостойкости торцовых поверхностей колец из жаропрочных сплавов импульсного торцового уплотнения (иту), работающего в криогенных средах (варианты)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2648425C2 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2698811A1 (fr) * 1992-12-03 1994-06-10 Snecma Electrode d'usinage par électrolyse, procédé de fabrication de l'électrode et procédé d'usinage par l'électrolyse.
RU2187727C2 (ru) * 2000-09-11 2002-08-20 ОАО "НПО Энергомаш им.академика В.П.Глушко" Торцовое импульсное уплотнение
RU2410212C2 (ru) * 2009-02-24 2011-01-27 Василий Сигизмундович Марцинковский Способ обработки сопрягаемых поверхностей стальных и/или чугунных деталей
RU2501986C2 (ru) * 2012-02-06 2013-12-20 Василий Сигизмундович Марцинковский Способ изготовления неподвижного соединения типа вал-ступица стальных деталей (варианты)

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2698811A1 (fr) * 1992-12-03 1994-06-10 Snecma Electrode d'usinage par électrolyse, procédé de fabrication de l'électrode et procédé d'usinage par l'électrolyse.
RU2187727C2 (ru) * 2000-09-11 2002-08-20 ОАО "НПО Энергомаш им.академика В.П.Глушко" Торцовое импульсное уплотнение
RU2410212C2 (ru) * 2009-02-24 2011-01-27 Василий Сигизмундович Марцинковский Способ обработки сопрягаемых поверхностей стальных и/или чугунных деталей
RU2501986C2 (ru) * 2012-02-06 2013-12-20 Василий Сигизмундович Марцинковский Способ изготовления неподвижного соединения типа вал-ступица стальных деталей (варианты)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
В.Б. Тарельник и др. Электроэрозионное легирование - метод восстановления деталей роторных машин, Biсник СумДУ, N1(73), 2005. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016106530A (ru) 2017-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tarel’Nik et al. Increase in the reliability and durability of metal impulse seals. Part 2
CN110678675B (zh) 活塞环及制造方法
US11143302B2 (en) Sliding element for internal combustion engines
Bell Surface engineering: its current and future impact on tribology
Bordeasu et al. Cavitation Erosion of HVOF Metal-ceramic Composite Coatings Deposited onto Duplex Stainless Steel Substrate
Ragutkin et al. Some aspects of antifriction coatings application efficiency by means of finishing nonabrasive antifriction treatment
Cardoso et al. Performance of diamond-like carbon coatings (produced by the innovative Ne-HiPIMS technology) under different lubrication regimes
RU2648425C2 (ru) Способ повышения износостойкости торцовых поверхностей колец из жаропрочных сплавов импульсного торцового уплотнения (иту), работающего в криогенных средах (варианты)
Chen et al. Effect of carburizing and nitriding duplex treatment on the friction and wear properties of 20CrNi2Mo steel
GB2565320A (en) Gradient method to deposit hard and lubricant coatings
RU2648434C2 (ru) Способ обработки контактирующих уплотнительных поверхностей элементов из жаропрочных сплавов импульсного торцового уплотнения (иту), работающего в криогенных средах (варианты)
UA121847U (uk) Спосіб обробки торцевої поверхні кільця з жароміцного сплаву імпульсного торцевого ущільнення, що працює в кріогенних середовищах
BR102016021649A2 (pt) A hydraulic fracturing pump and a method for the manufacture of a symbol
RU2631439C2 (ru) Способ повышения износостойкости рабочих поверхностей стальных колец импульсных торцевых уплотнений
RU2696423C1 (ru) Узел торцевого импульсного уплотнения, работающий в криогенных средах, (варианты) и способ его изготовления
Padgurskas et al. Tribological properties of combined molybdenum coatings formed by electric-spark alloying on stainless steel
OlT et al. Pre-surface preparation features when applying wear resistant composite sprayed coatings.
Konoplianchenko et al. Increasing the efficiency of running-in the titanium nitride nanostructures formed on R6M5 and 12KH18N10T steels by sulphidizing with electric spark alloying method
Tarelnvk et al. Alternative methods for forming sliding surfaces of face impulse seals
Sachek et al. Modification of the tribocouplings by spraying metal coatings to improve their fretting resistance
Mednikov et al. Metallographic studies results of 20kH13 steel samples with textured relief, modified surface and protective coating
Haponova et al. The Formation of CS Coatings by Electrospark Alloying with the Use Special Process Media
Tarasevych et al. Check for updates Influence of the Stochastic Nature Parameters of Throttle Channels on Characteristic of Automatic Balancing Device of the Centrifugal Pump
Szkodo et al. On the durability of the hydraulic satellite motor working mechanism in overload condition
RU2765925C1 (ru) Способ обработки бронзовых вкладышей подшипников скольжения (варианты)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200225