Вдосконалення технології відновлення колінчастих валів шляхом застосування плазмових покриттів на основі електроерозійних матеріалів

Брик, Олександр Вікторович
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8383
Title:	Вдосконалення технології відновлення колінчастих валів шляхом застосування плазмових покриттів на основі електроерозійних матеріалів
Authors:	Рудь , Максим Петрович Брик, Олександр Вікторович
Issue Date:	2024
Abstract:	Кваліфікаційна робота магістрана тему:«Вдосконалення технології відновлення колінчастих валів шляхом застосування плазмових покриттів на основі електроерозійних матеріалів» містить 107 с., 36 ілюстрацій, 21 формула, 26 таблиць, 17 використаних літературних джерела. Об’єкт дослідження − зношені колінчасті вали двигунів автомобілів КрАЗ, відновлені за рекомендованою технологією застосуванням електроерозійних матеріалів. Предмет дослідження – технологія відновлення зношених колінчастих валів плазмо-порошковим наплавленням з використанням електроерозійних матеріалів. Мета дослідження − наукове обґрунтування застосування ефективної технології для відновлення зношених деталей автомобілів шляхом застосування нових плазмових покриттів на основі електроерозійних матеріалів;встановлення залежності впливу властивостей електроерозійних матеріалів на властивості плазмових покриттів відновлених деталей автомобілів, що дозволяє домогтися необхідної якості поверхні; встановлення взаємозв'язків характеристик плазмових покриттів і експлуатаційних властивостей відновлених колінчастих валів, зокрема ресурсу, втомної міцністю, зносостійкість. Методи дослідження – плазменно-порошкова наплавка з використанням в якості наплавочного матеріалу електроерозійного порошку, отриманого з відходів швидкорізальної сталі марки Р6М5 методом електроерозійного диспергування в вуглецевмісної робочої рідини (гасі). Проаналізовано на підставі результатів здійснених комплексних виробничих випробувань обгрунтовані результативність застосування рекомендованої технології. Відновлені поверхні шийок колінчастого вала менш схильні до зносу в зв'язку з досягненням мінімальних втрат на тертя, необхідної втомної міцності і адгезії наплавленого покриття з основним металом, а також високих зносостійкості і мікротвердості Встановлено таким чином, навіть на малих підприємствах з невеликими програмами відновлення колінвалів економічний ефект від застосування розробленого нового технологічного проекту вельми значний. Актуальність роботи: теоретичні, технологічні та технічні рішення, що дозволяють отримувати зносостійкі покриття на колінчастих валах автомобілів, що вимагають ремонту, шляхом застосування плазмових покриттів на основі електроерозійних матеріалів, що забезпечують заданий ресурс. Сукупність результатів експериментальних досліджень впливу властивостей електроерозійних матеріалів, отриманих з відходів швидкорізальних сталей методом електроерозійного диспергування, на ресурс відновлених колінчастих валів і фізико-механічні властивості плазмових покриттів на колінчастих валах
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8383
Appears in Collections:	274 Автомобільний транспорт (Автомобільний транспорт)
Files in This Item:
File	Description	Size	Format
Брик О.В..pdf Restricted Access		3.64 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy
Show full item record
Extracted text
 
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
18006, м. Черкаси, бул. Шевченка, 460, тел./факс (0472) 71 00 92 
 
                                                         ЗАТВЕРДЖУЮ 
                                                                          зав. кафедри автомобілів та  
технологій їх експлуатації,  
професор 
                                                                          ______________ Л.А. Тарандушка 
                                                                          «___» __________________2024 р. 
 
 
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА МАГІСТРА 
«Вдосконалення технології відновлення колінчастих валів 
шляхом застосування плазмових покриттів на основі 
електроерозійних матеріалів»  
 
 
 
Керівник роботи:  
доцент, к.т.н.                                              _______________               М.П. Рудь 
                  (посада)                                                                                                     (підпис)                                           (Ініціали, прізвище) 
 
Виконавець: 
студент 2 курсу, гр. мАВ-39                           
спеціальності 274 –   Автомобільний транспорт 
                                                                             _______________  _____О.В. Брик__  
                                                                                                             (підпис)                     (Ініціали, прізвище) 
 
 
2024 
  
2 
 
 
ЗМІСТ 
РЕФЕРАТ ................................................................................................................. 5 
ВСТУП ..................................................................................................................... 7 
РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ СТАНУ ПИТАННЯ, МЕТА І ЗАВДАННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ
 ................................................................................................................................. 11 
1.1 Аналіз дефектів колінчастих валів КрАЗ ..................................................... 13 
1.2 Огляд методів відновлення зношених деталей автомобілів ....................... 15 
1.2.1 Метод «ремонтних розмірів» та інші ......................................................... 19 
1.2.2 Зварювання, наплавлення ............................................................................ 20 
1.2.3 Полімерні покриття ...................................................................................... 21 
1.2.4 Перспективні методи відновлення ............................................................. 22 
1.3 Відновлення та зміцнення зношених деталей плазмовим наплавленням . 23 
1.3.1 Обґрунтування вибору типу наплавлення ................................................. 25 
1.4 Матеріали, які використовуються для плазмового наплавлення ............... 29 
РОЗДІЛ 2 ТЕОРЕТИЧНІ ПЕРЕДУМОВИ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ 
ВІДНОВЛЕННЯ ЗНОШЕНИХ ШИЙОК КОЛІНЧАСТИХ ВАЛІВ ................ 34 
2.1 Закономірності зношування деталей, що утворюють пари тертя, і шляхи 
зменшення їх зносу ............................................................................................... 34 
2.2 Вплив якості поверхні на експлуатаційні властивості деталей.................. 37 
2.3 Шляхи поліпшення якості поверхонь ........................................................... 39 
2.4 Теоретичні аспекти забезпечення довговічності відновлених колінчастих 
валів ........................................................................................................................ 41 
2.5 Фактори, що впливають на підвищення ресурсу відновлених колінчастих 
валів ........................................................................................................................ 45 
2.6 Постановка факторного експеременту з метою визнпчення оптимальних 
параметрів відновлення зношених колінчастих валів наплавленням ............. 46 
РОЗДІЛ 3 МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ .............. 50 
3.1 Методика отримання електроерозійного порошку з відходів сталі Р6М5 50 
3 
 
3.2 Методика дослідження гранулометричного складу електроерозійного 
порошку зі сталі Р6М5 .......................................................................................... 52 
3.3 Методика досліджень форми і морфології поверхні частинок 
електроерозійного порошку зі сталі Р6М5 ......................................................... 54 
3.4 Методика проведення рентгеноспектрального мікроаналізу частинок 
електроерозійного порошку зі сталі Р6М5 ......................................................... 55 
3.5 Методика проведення рентгеноструктурного аналізу електроерозійного 
порошку зі сталі Р6М5 .......................................................................................... 58 
3.6 Методика дослідження спечення електроерозіонного порошку зі сталі 
Р6М5 ....................................................................................................................... 59 
3.7 Методика дослідження мікроструктури, елементного складу та 
мікротвердості спеченого зразка ......................................................................... 62 
3.8 Об'єкт відновлення - колінчастий вал двигуна КрАЗ -740 ......................... 63 
3.8.1 Колінчастий вал КрАЗ, зміцнений струмами високої частоти ............... 66 
3.8.2 Дослідження ремонтопридатності колінчастих валів двигунів КрАЗ.... 66 
3.9 Методика проведення наплавочних робіт .................................................... 67 
3.10 Методика дослідження трибологічних характеристик покриттів, 
отриманих плазмовою наплавкою електроерозійнного порошку зі сталі Р6М5
 ................................................................................................................................. 69 
3.10.1 Методика проведення мікроскопічного аналізу ..................................... 69 
3.10.2 Методика проведення аналізу зносостійкості покриттів ....................... 70 
3.10.3 Методика проведення аналізу мікротвердості ........................................ 75 
3.11 Методика проведення виробничих випробувань ...................................... 75 
РОЗДІЛ 4 РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ І ЇХ 
АНАЛІЗ .................................................................................................................. 76 
4.1 Результати дослідження гранулометричного складу електроерозійнного 
порошка зі сталі Р6М5 .......................................................................................... 76 
4.2 Результати дослідження форми і морфології частинок порошка із стали 
Р6М5 ....................................................................................................................... 78 
4.3 Результати проведення рентгеноспектрального мікроаналіза частинок 
сталі Р6М5 .............................................................................................................. 79 
4 
 
4.4 Результати проведення рентгеноструктурного аналізу порошків зі сталі 
Р6М5 ....................................................................................................................... 82 
4.5 Результати дослідження спікливості ............................................................. 83 
4.6 Результати дослідження мікроструктури, елементного складу та 
мікротвердості спеченого зразка ......................................................................... 86 
4.7 Результати дослідження плазмових покриттів ............................................ 89 
4.7.1 Мікроскопічний аналіз ................................................................................ 89 
4.7.2 Аналіз характеристик зносостійкості і шорсткості зразків ..................... 90 
4.7.3 Аналіз мікротвердості .................................................................................. 94 
4.8 Результати виробничих випробувань............................................................ 95 
РОЗДІЛ 5 РЕАЛІЗАЦІЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕНЬ І ЇХ ТЕХНІКО-
ЕКОНОМІЧНА ОЦІНКА ..................................................................................... 96 
5.1 Експлуатаційні випробування колінчастих валів, відновлених за 
рекомендованою технологією .............................................................................. 96 
5.2 Технологічні рекомендації ............................................................................. 96 
5.3 Розрахунок економічної ефективності технології відновлення зношених 
колінчастих валів ................................................................................................... 98 
ВИСНОВКИ ......................................................................................................... 103 
ПЕРЕЛІК ДЖЕРЕЛ ПОСИЛАННЯ .................................................................. 106 
 
  
5 
 
РЕФЕРАТ 
 
Кваліфікаційна робота магістрана тему:«Вдосконалення технології 
відновлення колінчастих валів шляхом застосування плазмових покриттів на 
основі електроерозійних матеріалів» містить 107 с., 36 ілюстрацій, 21 
формула, 26 таблиць, 17 використаних літературних джерела. 
Об’єкт дослідження − зношені колінчасті вали двигунів автомобілів 
КрАЗ, відновлені за рекомендованою технологією застосуванням 
електроерозійних матеріалів. 
Предмет дослідження – технологія відновлення зношених колінчастих 
валів плазмо-порошковим наплавленням з використанням електроерозійних 
матеріалів. 
Мета дослідження − наукове обґрунтування застосування ефективної 
технології для відновлення зношених деталей автомобілів шляхом 
застосування нових плазмових покриттів на основі електроерозійних 
матеріалів;встановлення залежності впливу властивостей електроерозійних 
матеріалів на властивості плазмових покриттів відновлених деталей 
автомобілів, що дозволяє домогтися необхідної якості поверхні; встановлення 
взаємозв'язків характеристик плазмових покриттів і експлуатаційних 
властивостей відновлених колінчастих валів, зокрема ресурсу, втомної 
міцністю, зносостійкість. 
Методи дослідження – плазменно-порошкова наплавка з використанням 
в якості наплавочного матеріалу електроерозійного порошку, отриманого з 
відходів швидкорізальної сталі марки Р6М5 методом електроерозійного 
диспергування в вуглецевмісної робочої рідини (гасі). 
Проаналізовано на підставі результатів здійснених комплексних 
виробничих випробувань обгрунтовані результативність застосування 
рекомендованої технології. Відновлені поверхні шийок колінчастого вала 
менш схильні до зносу в зв'язку з досягненням мінімальних втрат на тертя, 
необхідної втомної міцності і адгезії наплавленого покриття з основним 
металом, а також високих зносостійкості і мікротвердості. 
6 
 
Встановлено таким чином, навіть на малих підприємствах з невеликими 
програмами відновлення колінвалів економічний ефект від застосування 
розробленого нового технологічного проекту вельми значний. 
Актуальність роботи: теоретичні, технологічні та технічні рішення, що 
дозволяють отримувати зносостійкі покриття на колінчастих валах 
автомобілів, що вимагають ремонту, шляхом застосування плазмових 
покриттів на основі електроерозійних матеріалів, що забезпечують заданий 
ресурс. Сукупність результатів експериментальних досліджень впливу 
властивостей електроерозійних матеріалів, отриманих з відходів 
швидкорізальних сталей методом електроерозійного диспергування, на ресурс 
відновлених колінчастих валів і фізико-механічні властивості плазмових 
покриттів на колінчастих валах. 
 
  
7 
 
ВСТУП 
 
Ремонт автомобілів існує з часу створення автопарку як об'єктивна 
необхідність приведення ТЗ (транспортних засобів) до належного технічного 
стану. Зміст ремонту полягає в усуненні несправностей і відновлення ресурсу 
ТЗ, а головне завдання ремонтного виробництва полягає в економічно 
ефективному відновленні надійності машин шляхом як найповнішого 
використання залишкової довговічності їх деталей [1]. 
Ремонтне виробництво включає заводи по ремонту автомобілів, 
тракторів, бронетехніки, транспорту та ін. За своєю потужністю, функцій і 
завдань це виробництво є галуззю національного господарства, яка, по суті, 
здійснює вторинне виробництво ТЗ. В даний час в експлуатації знаходиться 
більше відремонтованих ТЗ, ніж нових [1]. 
Сучасна промисловість може задовольнити потребу в запасних частинах 
для підтримки машинно-тракторного парку в працездатному стані. Однак 
вартість нових запасних частин, найчастіше, виявляється досить високою. 
Одним з підходів до вирішення проблеми є організація добре налагодженого 
на підприємствах ремонтного процесу відновлення зношених деталей, в тому 
числі, колінчастих валів. В даний час основним видом ремонту, що становить 
70-75%, є перешліфовка колінчатих валів на ремонтні розміри, і лише 20-25% 
загального обсягу становить відновлення цих деталей способами наплавлення 
до номінальних розмірів. Значного збільшення обсягів відновлення 
колінчастих валів можна досягти не тільки, вдосконалюючи існуючі методи 
відновлення, але і впроваджуючи нові ефективні технологічні прийоми 
відновлення. Наприклад, новий підхід до класифікації тріщин на шийках 
колінчастих валів та  відновлення валів з прогинами дозволяє відновлювати 
раніше браковані вироби тим самим повернути в експлуатацію додатково 
7…10% деталей [1, 2]. 
Основними причинами виникнення несправностей автомобіля є: 
зношування поверхонь тертя (абразивного, корозійного, молекулярного); 
деформації і поломки деталей; порушення посадки або співвісності деталей; 
8 
 
обгорання робочих поверхонь деталей двигуна через перевищення його 
допустимого теплового режиму; утворення накипу в системі охолодження, 
нагару в камері згоряння (стінки головки циліндрів, днище поршня, головки 
клапанів); відкладення смолистих речовин у всмоктуючому трубопроводі 
карбюраторного двигуна при застосуванні неякісного палива; застосування 
палив і мастильних матеріалів, що не відповідають вимогам нормативно-
технічних документів, з вмістом в них механічних домішок [3]. 
До факторів, що впливає на виникнення несправностей автомобіля, 
також відносяться: конструктивні або виробничі дефекти (неправильний вибір 
матеріалу деталей або посадок, незадовільна якість механічної і термічної 
обробки та ін.). Зовнішні впливають фактори (дорожні, кліматичні та інші 
умови експлуатації); якість і чистота вживаних палив і мастильних матеріалів; 
кваліфікація водія; своєчасність і якість проведення ТО і ТР; раціональна 
організація технічної експлуатації автомобілів на АТП; способи зберігання 
автомобіля і умови пуску двигуна в зимовий час. 
Деталі, що працюють в умовах високих температур, крім зношування 
стиранням, піддаються також дії хімічної корозії і викривлення. 
Так, наприклад, значний знос верхньої частини циліндрів відбувається 
не тільки в результаті стирання металу в парі «гільза - верхні поршневі кільця» 
через погіршення змащення під впливом високих температур, але і в 
результаті хімічної корозії деталей в умовах контакту з гарячими газами. Знос 
поверхонь зубів шестерень і підшипників кочення відбувається під дією 
молекулярно механічного та зношування втомленням металу [2, 3]. 
Більшість несправностей в силовому та інших агрегатах і механізмах 
автомобіля виникає внаслідок зносу деталей - циліндрів і поршнів, шатунних 
і корінних шийок колінчастого вала, робочих поверхонь клапанів двигуна і ін. 
Можливі ушкодження, що порушують справний стан складових частин 
автомобіля, але вони виникають відносно рідко, тому для попередження 
несправностей не слід допускати появи граничних зносів. 
9 
 
Викладене вище підтверджує, що тема магістерського дослідження є 
актуальною і спрямована на вирішення науково-практичного завдання, що має 
важливе народногосподарське значення. 
Наукова новизна кваліфікаційної магістерської роботи полягає: 
- в науковому обґрунтуванні застосування ефективної технології для 
відновлення зношених деталей автомобілів шляхом застосування нових 
плазмових покриттів на основі електроерозійних матеріалів; 
- у встановленні залежності впливу властивостей електроерозійних 
матеріалів на властивості плазмових покриттів відновлених деталей 
автомобілів, що дозволяє домогтися необхідної якості поверхні; 
- у встановленні взаємозв'язків характеристик плазмових покриттів і 
експлуатаційних властивостей відновлених колінчастих валів, зокрема 
ресурсу, втомної міцністю, зносостійкість. 
Теоретична і практична значущість полягає в дослідженні і розробці 
технологій: 
- отримання металевого порошку швидкорізальної сталі 
електроерозійним диспергуванням в гасі, придатного для плазмо-
порошкового наплавлення (ППН) зношених шийок колінчастих валів; 
- відновлення і зміцнення зношених шийок колінчастих валів двигунів 
автомобілів ППН з використанням електроерозійних матеріалів, що 
забезпечують цим деталям високі експлуатаційні властивості, в тому числі 
високу зносостійкість в умовах абразивного зношування. Розроблена 
технологія відрізняється технологічної гнучкістю, дешевизною, простотою, не 
вимагає використання дорогих і дефіцитних матеріалів і обладнання, а також 
відповідає вимогам екологічної безпеки. Пропонована технологія може бути 
використана для відновлення широкої номенклатури деталей автомобілів, 
тракторів та інших машин. 
Об'єкт дослідження. Зношені колінчасті вали двигунів автомобілів 
КрАЗ, відновлені за рекомендованою технологією застосуванням 
електроерозійних матеріалів. 
10 
 
Предмет дослідження – технологія відновлення зношених колінчастих 
валів плазмо-порошкового наплавленням з використанням електроерозійних 
матеріалів. 
Структура і обсяг роботи. Кваліфікаційна робота магістра складається зі 
вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та 
додатків. Загальний обсяг роботи становить 107 сторінок, в тому числі 26 
таблиць, 36 рисунків. Список використаної літератури включає в себе 17 
літературних джерел. 
Положення, що виносяться на захист 
1. Теоретичні, технологічні та технічні рішення, що дозволяють 
отримувати зносостійкі покриття на колінчастих валах автомобілів, що 
вимагають ремонту, шляхом застосування плазмових покриттів на основі 
електроерозійних матеріалів, що забезпечують заданий ресурс. 
2. Сукупність результатів експериментальних досліджень впливу 
властивостей електроерозійних матеріалів, отриманих з відходів 
швидкорізальних сталей методом електроерозійного диспергування, на ресурс 
відновлених колінчастих валів і фізико-механічні властивості плазмових 
покриттів на колінчастих валах. 
  
11 
 
РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ СТАНУ ПИТАННЯ, МЕТА І ЗАВДАННЯ 
ДОСЛІДЖЕНЬ 
 
Значне число поломок автомобілів обумовлено зносом робочих 
поверхонь (до 55%), через пошкодження з ладу виходить близько 18% деталей 
і приблизно 8% відмов викликано різними тріщинами. Перше місце серед всіх 
поломок деталей автомобілів займає безпосередньо двигун автомобіля, це 
близько 48%. Близько 80% всіх пошкоджених деталей можна відновити при 
зносі близько 0,3 мм, їх працездатність повністю може бути відновлена за 
допомогою нанесення на них тонкого покриття. Завдяки операціям по 
відновленню поверхні і подальшій механічній обробці можна ще 
неодноразово використовувати деталь [4]. 
Предмет науки про ремонт машин складають закономірності підготовки 
та організації виробництва по ремонту машин, що забезпечує необхідну якість 
і задану кількість відремонтованої техніки з найменшими витратами праці, 
енергії та матеріалів. Ремонтне виробництво володіє істотними відмінностями 
від машинобудівного виробництва, що визначає необхідність вивчення його 
специфічних процесів, в тому числі відновлення властивостей, втрачених 
машинами протягом їхньої тривалої експлуатації [4, 5]. 
Основне джерело економічної ефективності ремонту полягає у 
відновленні зношених деталей. При відновленні використовують 
доремонтного матеріали і форми деталей. Заготовки ремонту, отримані в 
результаті розбирання і очищення машини, значно дешевше заготовок 
машинобудування, виготовлених в ливарному або ковальсько-штампового 
виробництвах. При відновленні деталі обробляють менше число поверхонь, 
що пояснює меншу трудомісткість обробки. Обґрунтований процес 
відновлення забезпечує отримання деталі з властивостями, близькими до 
властивостей нової деталі або перевершують їх. 
Відновлення зношених деталей в системі вторинного виробництва машин 
є природоохоронною та ресурсозберігаючих виробництвом. Пов'язано це з 
тим, що витрати значно скорочуються в порівнянні з виготовленням 
12 
 
аналогічних нових деталей. Одним з основних джерел економії ресурсів є 
витрати на придбання матеріалів. Середні витрати на придбання матеріалів 
при виробництві нових деталей становлять приблизно 45%, а при відновленні 
7% від повної собівартості деталі. Щоб відновлення працездатності зношеної 
деталі стало можливим, потрібно в 6 разів менше технологічних маніпуляцій 
на відміну від виготовлення нової деталі. Великий науковий внесок в 
технологію відновлювального виробництва внесли В.І. Кальченко, В.В. 
Кальченко, В.І. Венжега, О.М.Чередніков, О.А. Лудченко [1, 6, 7]. 
Однак після ремонту напрацювання техніки з відновленими деталями 
поступається її нормативної напрацювання, вона в 1,5-2,5 рази менше 
напрацювання нових виробів. На частку усунення відмов припадає до 60% 
загальних витрат на підтримання машин у працездатному стані, а 
напрацювання на складний відмову в середньому на 30% нижче нормативних 
значень. Ці показники пояснюються тим, що відновне виробництво в 
кількісному і якісному відносинах оснащено тільки на 15-25% в порівнянні з 
підприємствами з виготовлення машин. У той же час досвід ремонту літаків, 
суден і тепловозів, автомобілів і двигунів силами заводів-виробників, а також 
досвід ремонту машин зарубіжними фірмами свідчать про можливість 
досягнення післяремонтного напрацювання об'єктів не менше, ніж у нових 
виробів, а найчастіше при відновленні деталей їх ресурс значно вище, ніж при 
виробництві, причому витрати не перевищують 60% витрат на їх виробництво. 
Практика показує, що науково обґрунтовані технологія і організація 
відновлення деталей дозволяють досягти нормативної напрацювання техніки, 
а в окремих випадках і перевершити напрацювання нових виробів [1-4]. 
Колінчастий вал є однією з основних дорогих деталей двигуна, в значній 
мірі визначають його ресурс. Особливо швидко виходять з ладу колінчаті вали 
дизельних двигунів. Їх середня експлуатаційна навантаження при виконанні 
багатьох сільськогосподарських робіт 95-98%, навантаження бензинових 
двигунів, що працюють в більш легких умовах – 50…60% [6, 7]. 
Питомий тиск на найбільш навантажені шатунні шийки колінчастих 
валів дизельних двигунів досягає 30 МПа, а у бензинових 8-10 МПа. В процесі 
13 
 
експлуатації опір втоми дизельних колінчастих валів знижується на 25-30% 
[2]. 
Потреба в колінчастих валах при капітальному ремонті стає дедалі 
більше. Крім того, економічно недоцільно здавати в утиль таку складну і 
дорогу деталь, як колінчастий віл. Основна причина вибракування колінчатих 
валів дизельних двигунів - знос шийок і їх поломки в області галтелі. 
Виникнення тріщин на галтелях і на відстані до 6 мм від них значно знижує 
втомну міцність, вали з такими дефектами не підлягають відновленню. 
Зношені вали з перешліфуватими корінними і шатунними шийками на 
всі ремонтні розміри, але придатні для відновлення шляхом нанесення 
покриттів до номінальних розмірів, складають 65-75%. 
 
1.1 Аналіз дефектів колінчастих валів КрАЗ 
 
Статистика за видами зносів і дефектів колінчастих валів, котрі вступили 
з двигунами КрАЗ в капітальний ремонт на ТОВ «Центр розкрою металу» м. 
Дніпро, показує (табл. 1.1) структуру дефектів, їх повторюваності і поєднанні 
[8, 9]. 
Таблиця 1.1 - Розподіл основних дефектів колінчастих валів 
Найменування дефектів Частка, % 
Заусенці на шатунних шийках через прокручення вкладишів 34,92 
Тріщини на шиях  9,41 
Прогин осі колінчастого вала більше 0,9 мм (за 3-ою корінною шийкою) 5,05 
Заусенці на корінних шийках 4,54 
Немає галтелі на шиях (неякісна перешліфовка) 5,76 
Втомне руйнування колінчастого валу 0,7 
 
Перші чотири дефекта, зазначені в таблиці, як правило, зустрічаються 
одночасно. Колінчасті вали з задирками по шийкам мають тріщини і прогин 
осі. 
За даними компанії WarrantyDirect в результаті аналізу експлуатаційних 
дефектів колінчастих вала двигуна КрАЗ було встановлено, що з 11 
найменувань дефектів найбільш поширеними дефектами були наступні: 
14 
 
- деформація колінчастого вала (69%); 
- провертання, заусенець або аварійний знос корінних і (або) шатунних шийок 
(22%); 
- тріщини на корінних і (або) шатунних шийок (7%); 
- ослаблення посадки, зминання штифтів, руйнування різьблення під болти 
кріплення маховика (19%) [10, 11]. 
 
          
 
Рисунок 1.1 - Зображення заусенеців на шийці колінчастого вала 
 
Середня величина відхилення від номінального діаметра в зоні 
найбільшого зносу (при нормальному зносі) корінних шийок становить 0,027 
мм, а шатунних 0,029 м. Биття середньої шийки для нормально зношених валів 
знаходиться в межах від 0,02 мм до 0,17 мм, при цьому середня величина биття 
становить 0,054 мм, а для аварійного зносу в межах від 0,040 мм до 0,730 мм, 
при середній величині биття – 0,227 мм [11]. 
Причинами задирки шийок можуть бути кілька чинників. Це може 6ути 
масляне голодування при роботі корінних і шатунних підшипників 
колінчастого вала, а також перевищення похибки форми шийок більше 0,05 
мм. Основне значення має несуча здатність шийок, що залежить від трибо-
технічні пари [10, 11]. 
Колінчасті вали з втомного руйнування становили 1,1%. В основному 
руйнування відбуваються при домінуючому впливі вигину в площині 
кривошипа. Переважна кількість (92%) зруйнованих колінчастих валів мали 
супутні дефекти експлуатаційного і технологічного походження. Найбільш 
15 
 
небезпечними є поєднання дефектів заусенців і тріщина, а також заусенців і 
підріз галтелі. Крім того, майже у чверті зруйнованих валів були приховані 
дефекти в зоні змикання штампа, що послужили початку розвитку руйнування. 
Частина руйнувань (17%) була посилена конструкцією і якістю виготовлення 
порожнини грязьовика. 
Аналіз результатів стендових випробувань опору втоми показав, що ці 
колінчаті вали мають значний запас міцності. У той же час їх показники 
істотно залежали від постачальників сталі. Найбільш високі значення 
моментів витривалості мали колінчаті вали зі сталі ПрАТ «Дніпроспецсталь». 
При випробуваннях нормально зношених валів з шийками ремонтних розмірів 
значущого зниження опору втоми не було виявлено, що можна пояснити 
загартуванням галтелів [11]. 
Колінчастий вал автомобіля є його важливою внутрішньою частиною, і 
якість деталі, а також належний догляд значно впливають на термін служби. 
Тривала робота колінчастого вала безпосередньо залежить від стану 
корінних і шатунних шийок. 
 
1.2 Огляд методів відновлення зношених деталей автомобілів 
 
Для відновлення повної працездатності зношених деталей необхідно, 
щоб вони мали початкові розміри, геометричну форму і поверхневі 
властивості, перш за все твердість, оскільки всі властивості серцевини, як 
правило, зберігаються, якщо не брати до уваги окремих випадків зародження 
втомних тріщин. При цьому взаємозамінність деталей і посадки сполучень 
відновлюються повністю. 
Відновлення геометричної форми і розмірів деталей можливо при 
виконанні наступних технологічних операцій: нарощування по-поверхневих 
шарів матеріалу замість зношеного; пластичне деформування для відновлення 
розмірів зношених ділянок деталі; заміна частини деталі і установка 
додаткових елементів; видалення частини матеріалу після обробки її 
поверхневих шарів. До операції по відновленню фізико-механічних 
16 
 
властивостей матеріалу деталей слід віднести усунення дефектів і зміцнення 
матеріалу тим чи іншим видом обробки для ослаблення шкідливого впливу 
мікропошкодження в найбільш відповідальних ділянках деталей. Технологічні 
способи відновлення деталей можна представити у вигляді двох груп: способи 
нарощування і способи обробки. До способів нарощування відносяться 
способи, при яких зношений матеріал деталі компенсують нанесенням інших 
матеріалів, в тому числі і синтетичних. До них відносяться зварювання і 
наплавлення, наплавлення, металізація, пайка, нанесення електролітичних 
металопокриттів і полімерних матеріалів [5-7]. 
Розподіл відновлюваних деталей в % до загальної кількості деталей 
автомобілів за формою зношуються поверхонь представлено в таблиці 1.2. 
Ще одним наслідком порушення норм експлуатації є викривлення 
деталей. При викривленні в «постраждалих» деталях, наприклад в голівках 
блоків двигунів, виникають структурні зміни і великі внутрішні напруги. 
Механічні пошкодження, тріщини, пробоїни, задирки, а також вм'ятини 
і скручування спостерігаються в найбільш навантажених місцях рам, в 
корпусних деталях різних механізмів. Тріщини можуть з'являтися в 
радіаторах, в голівках блоків, а також на стінках блоків, наприклад при 
замерзанні охолоджуючої рідини. 
Таблиця 1.2 - Розподіл відновлюваних деталей 
Знос Відсотки, % 
Великих отворів 7,7 
Малих отворів  31,0 
Шийок валів і осей  11,5 
Шпонкових канавок і шліців  5,5 
Фасонних поверхонь  10,3 
Різьбові поверхні  5,0 
Викривлення площин 18 
Інші види зносу 11 
Разом 100 
 
В результаті впливу зазначених та інших подібних численних факторів 
виникає необхідність в заміні деталі. Поряд з установкою нових запчастин, в 
17 
 
усьому світі все більше наростають тенденції по організації відновлення 
працездатності зношених деталей різними методами. 
Основним завданням, яке ставлять перед собою більшість ремонтних 
підприємств, є максимально можливе зниження собівартості ремонту 
агрегатів і автомобілів. Дослідження, які були проведені в сфері ремонтного 
фонду, показують, що найчастіше близько 25% деталей є зношеними, 
приблизно 20…45% є придатними і залишилися 30…55% деталей придатні 
для відновлення. Навіть відсоток застарілих і не придатних для подальшої 
експлуатації деталей можна знизити в рази, при використанні ефективних 
способів відновлення і дефектації агрегатів і запчастин автомобілів. 
Якщо розділити умовно всі деталі, які найбільш часто піддаються 
відновленню, то 53,3% всіх відновлюваних деталей мають циліндричну 
форму, як зовнішню, так і внутрішню. 12,7% всіх відновлюваних деталей 
доводиться на частку різьбових деталей, і приблизно по 10% - на зубчасті 
(шестерінки, зірочки і ін.) І шліцьові (вали, втулки) деталі. Найрідше 
відновлюють плоскі деталі, всього в 6,5% випадків з 100% ремонтованих 
деталей. Це пов'язано з відносно невисокою вартістю подібних деталей при 
серійному виробництві та достатньою складністю їх відновлення [1, 12]. 
Якщо розглядати сам процес відновлення, то на першій стадії необхідна 
ретельна очистка деталі. Якщо не приділити чистоті належної уваги, то, 
наприклад при наплавленні залишився бруд, швидше за все, може викликати 
утворення пор і раковин. А при покритті гальванічними або хімічними 
способами жирові або інші забруднення призводять до відшарування цих 
покриттів при експлуатації. 
На наступному етапі проводять дефектацію деталей, спочатку зовнішнім 
оглядом, а потім – використовуючи універсальний вимірювальний інструмент. 
Виявляють тріщини, забоїни, вм'ятини, ділянки, значно постраждали від 
корозії, поверхні і посадки, що мають істотне вироблення. Для виявлення 
прихованих дефектів, перевірки на герметичність, а також для визначення 
правильності взаємного положення деталей, що існують спеціальний 
18 
 
вимірювальний інструмент і типові пристосування. Від ретельності 
проведення дефектації в значній мірі залежить якість відновленої деталі. 
Звичайно, багато прихованих дефектів в польових умовах виявити 
складно. Тому, скажімо, при підозрі на виникнення внутрішніх тріщин в 
суцільних деталях їх бажано виявляти магнітним способом за допомогою 
універсальних магнітних дефектоскопів. На спеціалізованих підприємствах, 
як правило, є подібне обладнання. Для виявлення внутрішніх дефектів в 
деталях з кольорових металів використовують люмінесцентну дефектоскопію. 
В екстрених випадках тріщини добре виявляються обробкою знежиреної 
поверхні металу гасом, в який додається трансформаторне масло і скипидар, 
приблизно 150 і 50 г на 1 л гасу відповідно. Обробивши таким розчином деталь 
і витримавши 5-10 хв., Гас з деталі витирають насухо і на досліджувану 
поверхню наносять шар крейди. Залишки розчину гасу обов'язково виступлять 
на тріщинах і покажуть величину і форму дефекту [1, 2, 4]. 
Численність технологічних способів, що застосовуються при 
відновлення деталей, пояснюється різноманітністю дефектів, котрі три 
усунення яких вони застосовуються. Характерними дефектами деталей є: знос, 
який обумовлює порушення розмірів, форми і взаємного положення робочих 
поверхонь; механічні пошкодження у вигляді залишкових деформацій, 
тріщин, обломів, рисок, викришування, пробоїн; пошкодження 
антикорозійного покриття, завданих забарвленням, гальванічними і хімічними 
способами обробки. Більшість деталей з такими дефектами в процесі ремонту 
повинні бути відновлені. Метою ремонту є відновлення наступних якостей 
деталі: міцності; форми і розмірів деталей; якості поверхневого шару; 
шорсткості поверхні; захисних покриттів [5, 6, 12, 13]. 
Основні способи відновлення деталей: механічна обробка, спосіб 
ремонтних розмірів, додаткових деталей, тиску, зварювання і наплавлення, 
хромування, нанесення пластів заліза, синтетичних матеріалів і ін. Всі ці 
способи, хоча і не є рівнозначними, використовуються в ремонтному 
виробництві в більшій чи щонайменше в залежності від його обсягу, 
оснащеності та ін. [14]. 
19 
 
1.2.1 Метод «ремонтних розмірів» та інші 
 
Найбільш поширеним дефектом, як уже згадувалося, є знос поверхонь. 
Тому і основний напрямок технологій відновлення полягає в доведенні 
зношених поверхонь до початкових параметрів. Для цього застосовуються 
типові технологічні прийоми - зварювання, пайка, наплавлення, наплавлення 
метало покриттів, осадження металу, нанесення полімерних матеріалів і деякі 
інші. 
При виборі способу відновлення слід звернути увагу на ряд питань. 
Наприклад, за допомогою поверхневого наплавлення можна отримати бажану 
твердість поверхні, підвищити зносостійкість робочої поверхні деталі, 
мінімізувати можливі перешкоди для втомлюваногофактора, посилити 
антикорозійні якості, тому матеріал наплавлення, так само як і спосіб його 
нанесення - найважливіший етап відновлення. Але, якщо прийнято рішення 
про нанесення покриття на дефектну поверхню, необхідно з'ясувати, наскільки 
метал деталі поєднується з нанесеним покриттям, а також як до цього покриття 
«поставиться» поверхню сполучної деталі. Також необхідно знати, чи можна 
обраним методом і матеріалом створити таку товщину покриття, яка б 
компенсувала знос і припуск на подальшу обробку [14-16]. 
Метод «ремонтних розмірів» небажаний там, де деталі інтенсивно 
зношуються і, відповідно, часто ремонтуються або змінюються. При ремонті, 
вибраковувати одну деталь пари, доводиться міняти і парну деталь. А ще часто 
буває, що ремонтник не знає про ремонтні розміри деталі і готує для заміни 
стандартну деталь. Потім в терміновому порядку доводиться вирішувати що 
робити, шукати нову запчастину. В кінцевому підсумку нескладний ремонт 
може затягнутися [2, 5, 6]. 
Більш універсальним є інші метод «постановки додаткового елемента». 
В цьому випадку зношені отвори і вали обробляються до відновлення 
правильної геометричної форми, а потім в отвір, або на вал, встановлюються 
втулки, що відновлюють вихідні креслярські посадочні розміри сполучених 
деталей. 
20 
 
1.2.2 Зварювання, наплавлення 
 
Технологічні процеси зварювання і наплавлення займають головне місце 
при ремонті автомобільних деталей, цими способами відновлюють майже 70% 
всіх ремонтованих деталей. Найбільш простий і поширений вид зварювання - 
ручна дугова. З її допомогою заварюють тріщини, приварюють різні ремонтні 
вставки в деталі, а також наплавляють зносостійкі матеріали. Але при дугового 
зварювання виділяється велика кількість тепла. Деталі, навіть значної маси, 
після зварювальних дій можуть деформуватися, тобто вони викривляються, 
змінюється їх співвісність і геометрична форма [1-7]. 
Вплив дугового зварювання має цілий ряд небажаних наслідків для 
відновлюваної деталі: крім викривлення, окислюється метал, поглинається 
азот, згорають легуючі добавки. В результаті знижується твердість 
зовнішнього шару деталі. За рахунок поглинання азоту збільшується міцність 
зварного шва, але шов майже не пластичний [13, 17]. 
З метою виключення негативних наслідків дугового зварювання вже 
розроблені і продовжують удосконалюватися різні методи зварювання. Так, 
для заварки тріщин і при роботі з тонкими листами оптимальними варіантами 
вважаються використання газового, а також контактного зварювання. 
Для якісного зварювання великогабаритних і масивних деталей 
найкраще використовувати термітне і електрошлакове зварювання. Для 
роботи з кольоровими металами розроблені ультразвукове і магнітно-
імпульсне зварювання, а для зварювальних робіт з корозійностійкої сталі 
рекомендується використовувати високочастотне і аргонодугове зварювання. 
Останнє, до речі, часто використовується для зварювання та наплавлення 
алюмінію. Зварювальні технології сьогодні дозволяють зварювати навіть 
чавунні деталі, причому таким чином, що їх після зварювання можна вільно 
обробляти, а міцність металу шва не нижче міцності основного металу [15-16]. 
Наплавлення, як вид зварювання, дозволяє отримати на поверхні деталі 
шар матеріалу необхідної товщини і потрібного хімічного складу, з заданими 
параметрами твердості, зносостійкості, пластичності. Основний обсяг, 
21 
 
близько 1/3 всіх відновлювальних операцій, пов'язаних з наплавленням, 
виконують наплавленням під шаром флюсу. Цей вид наплавлення 
використовують, коли потрібно наплавить шар товщиною понад 3 мм. Метод 
часто використовується при наплавленні деталей ходової гусеничних машин - 
ковзанок, цапф, роликів, осей і ін. 
Швидкість наплавлення прямо залежить від товщини шару наплавлення 
і необхідної якості поверхні, a твердість наплавленого металу пов'язана з 
вибором матеріалу [17]. 
У меншій мірі застосовуються, в основному для різних спеціальних 
робіт, вібродугове наплавлення, наплавлення порошковим дротом без флюсу, 
електроконтактне наплавлення, плазмове наплавлення. Специфічними видами 
відновлення є також гальванічне наплавлення, електрошлакове наплавлення і 
заливка деталей рідким металом, а також газопламеневого нанесення 
порошкових матеріалів [15]. 
 
1.2.3 Полімерні покриття 
 
Матеріали з пластмас успішно використовують сьогодні для нанесення 
на дефектні поверхні з метою відновлення розмірів і поліпшення герметизації. 
Пластикове покриття знижує шум, створюваний тертям, створює додатковий 
корозійний захист. Наносяться пластмаси гарячим пресуванням, литтям під 
тиском і ще деякими способами. 
Пластмасові покриття ефективно зарекомендували себе при нанесенні 
на чавун, бронзу, сталь. Зазвичай зносостійкі акрилові пластмаси 
застосовують для відновлення посадок зубчастих коліс, шківів. Застигла 
пластмаса не боїться контактів з бензином, різними моторними маслами. Для 
підвищення зносостійкості і зменшення коефіцієнта тертя до складу пластмаси 
додають до 10% порошку графіту [1, 2]. 
Сьогодні пластмасами різного складу успішно відновлюють вироблені 
поверхні підшипників ковзання, закладають забоїни і заусенці, в тому числі і 
за допомогою установки накладок, що закріплюються епоксидним клеєм. 
22 
 
Епоксидні пластмаси ефективно використовуються при закладенні тріщин в 
корпусних деталях. Пластмаса, що складається з епоксидної смоли і графіту, 
або каоліну, застосовується при відновленні внутрішньої поверхні зношених 
гільз гідравлічних і пневматичних приводів. 
 
1.2.4 Перспективні методи відновлення 
 
До перспективних способів можна віднести такий оригінальний спосіб 
відновлення, який, правда, ще застосовують обмежено, як детонаційне 
наплавлення. Розробники постаралися використовувати енергію детонації, 
наявну в деяких газах. На відновлювану поверхню наноситься металевий або 
металізований порошок, що складається з суміші карбідів вольфраму і титану. 
Під час вибуху ацетілено-кисневої суміші, тривалістю 0,23 сек., На ремонтної 
поверхні утворюється покриття товщиною 0,007 мм. Покриття з порошків з 
елементами вольфраму і титану має велику твердість і дуже високу 
зносостійкість. Метод передбачає можливість нанесення багатошарового 
покриття загальною товщиною 0,02-0,4 мм. Перевагою методу перед 
аналогами є те, що ремонтуюча поверхня не нагрівається вище 250 оС, а в 
результаті наплавлення утворюється покриття з високою міцністю, 
зчепленням і малою пористістю, не вище 1%. Крім того, метод технологічно 
не складний і економічно вигідний навіть при ремонті окремих деталей [2]. 
Економія металу і захист від корозії в поєднанні з підвищенням 
надійності – це той ефект, який ми отримуємо при вірно обраному способі 
відновлення зношених деталей і вузлів. Маючи в своєму розпорядженні 
сучасні набори методів ремонту, відновлення може реально поліпшити 
початкові експлуатаційні властивості деталей. 
  
23 
 
1.3 Відновлення та зміцнення зношених деталей плазмовим 
наплавленням 
 
Багато шляхо-будівельних підприємств через високу вартість і дефіциту 
запасних частин широко застосовують відновлені деталі. В якості 
"відновника" можна використовувати неметалеві і металеві покриття, які за 
своїм складом відрізняються один від одного. Подібне покриття дозволяє 
надавати виробам необхідні їм діелектричні, теплові, фізичні та інші 
характеристики [16]. 
Залежно від потреби в запасних частинах і технічної оснащеності 
підприємства роботи по відновленню деталей можуть виконуватися різними 
способами, як власними силами, так і в ремонтних організаціях. 
До таких способів відносяться наплавлення: ручна дугова, під шаром 
флюсу, порошковими дротами, вібродугова, плазмова, лазерна, в середовищі 
захисних газів. Одним з найбільш ефективних і при цьому універсальних 
сучасних способів покриття матеріалів захисним шаром визнається 
наплавлення плазмовою дугою [1-4]. 
Переваги цього способу: 
• простота, наявність необхідного обладнання, доступність витратних 
матеріалів; 
• плазмовий потік дозволяє наносити різні за своїми параметрами 
матеріали, причому в кілька шарів (за рахунок цього метал можна обробляти 
різними покриттями, кожен з яких має власні захисні особливості); 
• енергетичні властивості плазмової дуги допускається регулювати в 
широких межах, так як вона вважається самим гнучким джерелом тепла; 
• потік плазми характеризується дуже високою температурою, завдяки 
чому він без зусиль розплавляє навіть ті матеріали, які характеризуються 
підвищеною тугоплавкістю; 
• геометричні параметри і форма деталі для наплавлення не обмежують 
технічні можливості плазмового способу і не знижують його результативність. 
 
24 
 
Недоліки - сильне нагрівання деталей і, як наслідок, у багатьох випадках 
їх викривлення, невисокі експлуатаційні властивості наплавленої поверхні. 
Суть застосування плазми досить проста. Для покриття 
використовується матеріал у вигляді дроту або гранульованого дрібного 
порошку, який подається в струмінь плазми, де він спочатку нагрівається, а 
потім розплавляється. Саме в розплавленому стані захисний матеріал і 
потрапляє на поверхню деталі. У той же самий час відбувається і її 
безперервний нагрів [1-4]. 
Наплавлення під шаром флюсу характеризується високою 
продуктивністю, можливістю отримувати наплавлений шар товщиною до 10 
мм. Недоліки: високий нагрів, а також значне перемішування основного і 
присадочного матеріалів. 
Вібродугове наплавлення застосовується на багатьох підприємствах 
через простоту устаткування, можливості відновлювати як зовнішні, так і 
внутрішні поверхні. Однак якість наплавлення невисока, відновлювана 
поверхня нерідко виходить з порами і неоднорідною твердістю [13]. 
Наплавлення в середовищі захисних газів плавиться, набула 
найбільшого поширення на ремонтних підприємствах через малу вартості, 
доступності витратних матеріалів, можливості відновлення не тільки сталевих 
і чавунних, але і бронзових і біметалевих деталей. До недоліків слід віднести 
підвищене розбризкування і значний термічний вплив. 
Лазерне наплавлення – прогресивний, високотехнологічний спосіб. 
Воно характеризується слабким нагріванням наплавлюваної деталі і високою 
якістю наплавлення. В даний час не знайшла широкого застосування через 
високу собівартість відновлення деталей, необхідності обслуговування 
належною кваліфікацією та дотримання вимог з техніки безпеки [17]. 
  
25 
 
1.3.1 Обґрунтування вибору типу наплавлення 
 
Останнім часом все більшого поширення отримують плазмові 
технології. Відновлення деталей плазмовим наплавленням організовано на 
підприємствах Києва і Київської області, Дніпра, Харкова, Запоріжжя, Одеси. 
Плазмове наплавлення забезпечує високу працездатність деталей за 
рахунок відмінної якості наплавленого металу, його однорідності, а також 
сприятливої структури, яка визначається специфічними умовами кристалізації 
металу зварювальної ванни. 
З існуючих способів плазмового наплавлення найбільш універсальним є 
плазмо-порошкове наплавлення. Завдяки характерному для плазмового 
наплавлення малому проплавленню основного металу, необхідна твердість і 
заданий хімічний склад наплавленого металу забезпечується вже на відстані 
0,3…0,5 мм від поверхні сплаву, що дозволяє обмежитися одношаровим 
наплавленням там, де електродуговим способом необхідно наплавить 3…4 
шари [16]. 
Можливість нанесення тонких шарів з малим термічним впливом на 
основний метал - важлива перевага плазмової порошкового наплавлення. Зона 
між основним і наплавлений металом при наплавленні нікелевих сплавів 
становить 50 ... 100 мкм, а кобальтових - 100 ... 150 мкм. Ширина зони 
перегріву з великим аустенітний зерном при плазмовому порошковому 
наплавленню становить 0,2…0,3 мм. Це вигідно відрізняє її від індукційного 
наплавлення, де основний метал неминуче піддається сильному нагріванню з 
утворенням великого зерна, що може стати причиною втомного руйнування 
деталей в процесі експлуатації. При плазмо-порошковому наплавленні 
присадкою служать кулясті гранульовані металеві порошки, які подаються в 
плазмотрон транспортуючим газом за допомогою спеціального живильника 
[17]. 
 
 
 
26 
 
Таблиця 1.3 - Основні показники способів наплавлення 
Спосіб нанесення Товщина шару, мм Продуктивність, кг/год Міцність з'єднання, 
покриття МПа 
Електродуговий з 
самозахищеними 0,5...3,5 1,0...3,0 450 
дротами 
Електродуговий під 
шаром флюсу 1,0...5,0 0,3…3,0 550 
Електродуговий в 
середовищі діоксиду 0,5...3,5 1,5...4,5 550 
вуглецю 
Електродуговий в 
середовищі аргону 0,5 ... 2,5 0,3…3,6 450 
Вібродуговий 0,5…1,5 0,3...1,5 400 
Газопламеневий 0,5 ... 3,5 0,15…2,0 480 
Плазмовий 
(порошковий) 0,5 ... 5,0 1…12 490 
 
В даний час плазмово-порошкове наплавлення знайшло широке 
застосування при виготовленні і ремонті клапанів і сідел ДВЗ. 
У комплект обладнання для плазмової обробки входять наступні вузли: 
плазмотрон; механізм транспортування порошкових і дротяних матеріалів; 
пульт управління, в якому зосереджені вимірювальні, регулювальні і 
блокувальні пристрої; джерело живлення дуги; джерело і приймач 
охолоджуючої води; комплекс комунікацій, що з'єднує окремі вузли установки 
і забезпечує підведення до плазмотрону газів, електроенергії, води, що 
охолоджує. 
Існують два типи плазмотронів - з дугою непрямої і дугою прямої дії. У 
плазмотронах з дугою непрямої дії плазмовий струмінь створюється між 
вольфрамовим електродом і соплом. Застосовуються вони для наплавлення та 
нагріву поверхні деталі. У плазмотронах прямої дії плазмова струмінь 
збуджується між вольфрамовим електродом і наплавлюваною деталлю. 
Плазмотрони цього типу застосовуються для зварювання, наплавлення і 
різання металів. У зв'язку з тим, що порушити електричну дугу безпосередньо 
між вольфрамовим електродом і деталлю важко, спочатку збуджується 
чергова дуга між вольфрамовим електродом і наплавлюваною деталлю. 
Подається плазма, утворюючий газ, який, проходячи через зону горіння 
електричної дуги, нагрівається до температури утворення плазми, тобто коли 
до такого стану, коли газ стає електропровідним. Холодні стінки сопла 
27 
 
плазмотрона і електромагнітне поле, що виникає навколо струменя, сприяють 
обтисненню струменя. Невеликий перетин плазмового струменя, і її висока 
теплопровідність призводять до різкого підвищення щільності струму і, отже, 
температури газу і швидкості його закінчення. При торканні факела струменя 
поверхні деталі відбувається автоматичне запалювання основної дуги між 
вольфрамовим електродом і виробом. При стійкому горінні основної дуги 
чергова дуга відключається. Як плазмо-утворючий газ застосовується аргон, 
гелій, азот, водень і їх суміші. Аргон плазма в залежності від сили струму дуги 
і витрати плазма утворюючого газу має найбільш високу температуру 
15000...30000 °С і швидкість витікання з сопла 1000 ... 1200 м/с [17]. 
Сила струму в черговій дузі 15…25 А, а в основний дузі 150…200 А, 
робоча напруга 40…45 В. Витрата плазми утворюючого газу аргону становить 
1,5…2,5 л/хв. 
Важливою особливістю плазмового наплавлення є відмінне формування 
наплавлених валиків, стабільність і хороша відтворюваність їх розмірів [14]: 
статистично встановлено, що у 95% наплавлених деталей відхилення товщини 
наплавленого шару від номінального розміру не перевищує 0,5 мм. Це 
дозволяє істотно скоротити витрати матеріалів наплавлення, час наплавлення, 
а також (завдяки малим припускам) витрати на механічну обробку 
наплавлених деталей. 
Плазмове наплавлення забезпечує високу працездатність деталей за 
рахунок відмінної якості наплавленого металу, його однорідності, а також 
сприятливої структури, яка визначається специфічними умовами кристалізації 
металу зварювальної ванни. 
Продуктивність плазмо-порошкового наплавлення в значній мірі 
залежить від типорозміру виробу, товщини наплавленого шару, 
гранулометричного складу порошків і інших факторів та знаходиться в межах 
від 0,5 до 3,4 кг/год, товщина наплавленого шару – від 1,5 до 4.5 мм. 
Проплавлення основного металу дуже незначне, якщо підтримується 
оптимальне співвідношення між струмом плазмової дуги і подачею порошку. 
Завдяки характерному для плазмового наплавлення малому проплавленню 
28 
 
основного металу необхідна твердість і заданий хімічний склад наплавленого 
металу забезпечується вже на відстані 0,3…0,5 мм від поверхні сплаву, що 
дозволяє обмежитися одношаровим наплавленням там, де електродуговим 
способом необхідно наплавить 3…4 шари. У наплавлювальних плазмотронах 
можна використовувати три схеми введення порошку в дугу: 
- розподілений через кільцеву щілину між соплами; 
- локальний бічний через канал (канали) в торці сопла; 
- аксіальний через порожнистий електрод. 
У промислових установках застосовують два перших способи, останній, 
незважаючи на переваги з точки зору використання порошку, поки не знайшов 
поширення через малу надійності і низької стійкості електрода, через отвір в 
якому повинен подаватися присадний порошок [15]. 
Товщина наплавлення за кілька проходів матеріалу може досягати 10 
мм, що дає можливість відновлювати деталі з великим зносом, однак найбільш 
ефективні наплавляючі шари до 2 мм при глибині проплавлення основного 
металу до 0,4...0,6 мм. 
Плазмове наплавлення дозволяє не тільки наплавляти зношені поверхні 
і забезпечувати високі фізико-механічні властивості покриттів, але і усувати 
експлуатаційні дефекти у вигляді тріщин (зазвичай глибиною до 3 мм). 
Технологія плазмового наплавлення дозволяє підвищити міцність від 
утоми гранично зношених колінчастих валів дизельних двигунів з 60 до 
83…92% від міцності нових, зносостійкість наплавлених шарів не нижче 
нових [6]. 
Наплавлені поверхні колінчастих валів обробляються на 
круглошліфувальних або токарних верстатах. Колінчасті вали, відновлені цим 
способом, можуть працювати в умовах великих знакозмінних і динамічних 
навантажень [14]. 
Виходячи з цього, можна зробити висновок про те, що ні вакуумний, ні 
гальванічний, ні будь-який інший варіант наплавлення не може зрівнятися за 
своєю ефективністю з плазмовим. 
 
29 
 
1.4 Матеріали, які використовуються для плазмового наплавлення 
 
Властивості наплавленого металу, що залежать в основному від його 
хімічного складу, повинні відповідати умовам роботи деталі. Деталь при 
роботі відчуває комплекс руйнівних впливів, проте завжди існує ведучий вид 
зносу, якому, головним чином, зобов'язаний чинити опір наплавлений метал. 
В процесі експлуатації існує кілька найбільш часто зустрічаючих видів 
зносу деталей машин. Абразивний знос відбувається при ковзанні в зоні тертя 
твердих абразивних частинок; які, проникаючи, руйнують поверхню тертя 
шляхом мікро-подряпини, мікрорізання і місцевого фактичного 
деформування. Газо-абразивний знос виникає при переміщенні потоком газу 
твердих частинок. Останні теж руйнують поверхню металу зрізанням, 
викришуванням, вибиванням часткою, багаторазовим місцевим пластичним 
деформуванням. Гідро-абразивний знос відрізняється від газо-абразивного 
тим, що носієм абразивного середовища є не газ, а рідина [6, 12, 13]. 
Кавітаційна ерозія викликається механічним впливом гідравлічних 
ударів потоку рідини, і внаслідок чого дрібні частки металу відриваються від 
поверхні виробу і несуться. При певних умовах в обтічні деталі шару рідини 
виникають зони зниженого тиску, що призводять до зародження так званих 
кавітаційних бульбашок, коли бульбашки замикаються, по поверхні металу 
відбуваються гідравлічні удари, що руйнують її. Термічна втома, яка виникає 
в результаті дії циклічних нагрівів і охолоджень, призводить до утворення на 
поверхні деталі сітки тріщин. 
Знос при терті металу об метал залежить від тиску, швидкості відносного 
переміщення тертьових поверхонь і співвідношення їх твердості. Цей вид 
зносу поділяють на окислювальний і знос схоплюванням. При 
окислювальному зносі на поверхнях, що труться виникають крихкі плівки 
окислів, що утворюють при руйнуванні тонкий абразивний порошок. Знос 
схоплюванням більш інтенсивний. При малих швидкостях ковзання, високих 
питомих навантаженнях і відсутності мастила виникає пластична деформація, 
яка веде до появи ділянок холодного зварювання або схоплювання. Наступний 
30 
 
розрив місць схоплювання призводить до утворення наростів, що викликають 
швидке зношування тертьових поверхонь. При високих швидкостях ковзання 
і відсутності мастила процес зносу йде ще інтенсивніше, так як високий нагрів 
і розм'якшення полегшують процес схоплювання і налипання частинок на 
більш міцний метал. Звичайно, присутність ударних навантажень і високі 
температури підсилюють всі види зносу [6, 12, 13]. 
В даний час відомо більше 80 наплавлювальних сплавів на основі 
нікелю. Нікелеві сплави характерні високим опором зносу в поєднанні з 
жаростійкістю і стійкістю проти корозії. Зміст хрому в них коливається в 
межах 1 - 29%. Важливими легуючими елементами є бор і кремній, зміст яких 
зазвичай становить 1…4%. Присадки бору і кремнію знижують температуру 
плавлення хромонікелевих сплавів і надають йому здатність до 
самофлюсування. Одночасно ці елементи підвищують твердість і 
зносостійкість наплавленого металу. Вуглець і залізо містяться в цих сплавах 
в невеликих кількостях (до 1% вуглецю і до 4,5% заліза). У деяких сплавах є 
також в невеликих кількостях вольфрам, молібден, марганець, мідь і інші 
легуючі елементи [15]. 
Найбільшого поширення для плазмового наплавлення отримали 
порошки самофлюсуючі Ni-Cr-Si-B-C – сплавів [15]. Їх застосовують для 
наплавлення  дисків, клинів, золотників і сідел арматури різного призначення; 
валів, захисних втулок, ущільнювальних кілець і опорних дисків відцентрових 
насосів; розподільних валів, клапанів і сідел ДВС; деталей металургійного 
устаткування і ін. Наплавлений ними метал має гарну зносостійкість при 
нормальній (кімнатній) і підвищених температурах, особливо в умовах тертя 
металу по металу, жароміцність і жаростійкість. Він також стійкий проти 
корозії в розчинах деяких кислот (оцтової, мурашиної, лимонної і ін.), В 
каустичній соді і інших агресивних середовищах. Зі збільшенням вмісту 
вуглецю, бору і кремнію твердість наплавленого металу підвищується від 35 
HRC до 60 HRC. При цьому структура його змінюється від доевтектичних, що 
складається з твердого розчину на основі нікелю і складної евтектики, до 
31 
 
заевтектичних, в якій поряд з цими структурними складовими виявляються 
також бориди хрому, складні карбіди і карбобориди. 
В даний час відомо більше 60 марок стеліти [16]. Однак для плазмо-
порошкового наплавлення найбільше застосування отримали лише деякі з них. 
Хром надає сплавам окалиностійкість, підвищує твердість, міцність і 
жароміцність, при його вмісті більше 34% утворюються 
інтерметаліднекобальто-хромове з'єднання, поява якого призводить до 
крихкості сплавів. Підвищенню жароміцності сприяє також вольфрам. Його 
вміст коливається в досить широких межах (4…23%) і залежить від 
призначення сплаву. Зміст вуглецю зазвичай не перевищує 2,5%. У стеліти 
також вводять невеликі присадки (0,5…2,0%) бору, ніобію та інших елементів. 
Наприклад, присадка бору в порошку ПН - АН 34 надає наплавленого металу 
підвищені твердість і зносостійкість, а також стійкість проти утворення 
кристалізаційних тріщин, але знижує корозійну стійкість в розчинах деяких 
кислот. Жаростійкість наплавленого металу при легуванні його бором 
практично не змінюється. 
Структура наплавленого металу, який зазвичай містить близько 30% Сr, 
залежить головним чином від вмісту в ньому вуглецю і вольфраму. 
Застосовувані для наплавлення стеліти є доевтектичними сплавами, структура 
яких складається з твердого розчину і подвійної евтектики, що складається з 
карбідів Сr23С6 і твердого розчину, збагаченого кобальтом [14]. 
В даний час для боротьби зі всілякими видами зносу в промисловості 
застосовується понад ста різноманітних наплавлювальних матеріалів. 
Наплавлювальні матеріали класифікують з урахуванням здатності 
протистояти абразивному зносу і ударних навантажень на п'ять основних груп: 
1 - для наплавлення деталей, що працюють в умовах абразивного зношування 
без ударних навантажень; 2 для наплавлення деталей, що працюють в умовах 
абразивного зношування з незначними ударними навантаженнями; 3 - для 
наплавлення деталей, що працюють в умовах абразивного зношування з 
незначним ударним навантаженням; 4 - для наплавлення деталей, що 
працюють в умовах абразивного зношування з дуже великим ударним 
32 
 
навантаженням; 5 - для наплавлення деталей, що працюють в умовах гідро-
абразивного зношування. 
Для сплавів на залізній основі такі легуючі елементи, як С, Cr, Mn, Ni 
застосовують при всіх видах абразивного зношування. 
Для деталей, що працюють в умовах абразивного зношування з 
ударними навантаженнями різного ступеня динамічності, використовуються 
наплавочні матеріали на нікелевій основі, леговані С, Cr, Fе, Mn, В, З, W, і 
сплави з карбідом бору і боридів хрому [15] . 
Для абразивного зношування без ударних навантажень і з незначними 
ударними навантаженнями застосовуються сплави на основі карбідів: WC, ВС, 
ТІС, ТаС, CrC. Дані матеріали мають досить високу вартість. 
Гранульовані порошки (ПГ), що застосовуються при плазмовому 
наплавленні, отримують розпиленням струменя рідкого металу водою 
високого тиску або азотом. За гранулометричним складом розрізняють 
порошки: великі (розмір часток 1,25…0,8 мм), середні (0,8…0,4 мм), дрібні 
(0,40…0,16 мм) і дуже дрібні (менше 0,16 мм). Для плазмового наплавлення 
застосовують порошки з розміром частинок 0,04…0,4 мм. 
Промисловістю випускаються наступні гранульовані порошки на 
залізній і нікелевої основах (головним чином високохромисті) ПР (ГОСТ 
21448-75), СНГН (ТУ 48-19-212-76), ВСНГН (ТУ 48-19-214-76), НПЧ (ТУ 48-
19-40-73}, а також наплавочні суміші С-2М, БХ, КБХ, ФБХ 6-2 (ГОСТ 21448-
75}, ПС (ТУ 48-19-122-74), ГОСТ 12448-75, ГОСТ 11546-75: ПГ-С1 (ПН-
У30Х28Н4С4); ПГ-СР2 (ПН ХН80С2Р2); ПГ-АН1 (ПН-У25Х30СР); ПГ-СР3 
(ПН-У25Х30СР); ПГ-СР4 (ПН-ХН80С4Р4); ФБХ 6-2; КБХ і ін. [15]. 
Для плазмового наплавлення застосовують також різні суміші порошків, 
що готуються механічним змішуванням розмелених феросплавів, вуглецевих 
матеріалів, а також карбідів і боридів. 
Для зміцнення деталей, що працюють в умовах інтенсивного 
зношування, методом плазмо-порошкового наплавлення в даний час 
використовуються порошкові матеріали, в структурі яких містяться 
високотверді (карбіди, бориди і ін.) фази і щодо пластична матриця [16]. 
33 
 
При відновленні колінчастих валів двигунів СМД, А-41 в результаті 
проведених комплексних досліджень композицій наплавлювальних матеріалів 
було виявлено, що найбільший опір втоми (93% від рівня нових) [7, 10] мають 
колінчаті вали, наплавлені наступними композиціями: 
- СВ-08МХ або СВ-08Г2С 80-85% і ПР-Н70Х17С4Р4 20-15% (Наплавлення 
шийок, HRC 45-50); 
- СВ-ОЕМХ або СВ-08Г2С 70-73% і ПР-Н70Х17С4Р4 30-35% (Наплавлення 
галтелів, HRC 34-38). 
Наплавлення колінчатих валів двигунів ЯМЗ-238НБ, ЯМЗ-240Б 
рекомендується виконувати композиціями: 
- СВ-15ГСТЮЦА 75-80% і ПР-Н70Х17С4Р4 25-20% (наплавлення шийок, 
HRC 50-55); 
- СВ-15ГСТЮЦА 65-70% і ПР-Н70Х17С4Р4 35-30% (для наплавлення 
жолобників, HRC 38-42). 
Альтернативою промисловому випуску порошків і композиціям є 
електроерозійні матеріали, отримані з різних металевих відходів. Вони можуть 
знайти широке застосування в авторемонтному виробництві, в тому числі, і 
для відновлення колінчастих валів двигунів автомобілів. Це знизить вартість 
відновлювальних робіт, вирішить проблему ресурсозбереження та 
забезпечить при цьому високий рівень фізичних і експлуатаційних 
властивостей відновлених деталей. 
  
34 
 
РОЗДІЛ 2 ТЕОРЕТИЧНІ ПЕРЕДУМОВИ ПІДВИЩЕННЯ 
ЕФЕКТИВНОСТІ ВІДНОВЛЕННЯ ЗНОШЕНИХ ШИЙОК 
КОЛІНЧАСТИХ ВАЛІВ 
 
2.1 Закономірності зношування деталей, що утворюють пари тертя, і 
шляхи зменшення їх зносу 
 
Причина зношування сполучених деталей - робота сил тертя. Під дією 
цих сил відбувається багаторазове деформування ділянок контактної поверхні, 
їх зміцнення і знеміцнення, виділення теплоти, зміна структури, розвиток 
процесів втоми, окислення і ін. [6]. 
Складність процесів, що протікають в зоні контакту, зумовила 
виникнення різних теорій зовнішнього тертя. Найбільш повна силова 
взаємодія твердих тіл пояснює молекулярно-механічна (адгезійно-
деформаційна) теорія тертя. 
 
Таблиця 2.1 - Класифікація видів зношування 
Спосіб впливу при зношуванні Вид зношування 
Механічний Абразивне, адгезійне, гідро- і газо-абразивне, ерозійне, гідро- і газо-
ерозійне, кавітаційне, утомлююче, фреттіш-процес 
Корозійно механічний Окислювальне, фреттинг-корозійне 
 
Сила тертя так само, як і інша важлива фрикційна характеристика- 
коефіцієнт тертя f, за визначенням дорівнює відношенню сили тертя до 
нормального навантаження N: f = F / N, визначаються як сума двох складових 
 
F = Fg+ Fag; f=fg+ fad; (2.1) 
де g - деформаційні складові тертя; 
               ag - адгезійні складові тертя 
 
35 
 
Деформаційна складова тертя зростає пропорційно величині відносного 
впровадження нерівностей h/R (h - глибина впровадження, R - радіус 
впровадження нерівності). Величина h/R і відповідно Рп і fn зростають зі 
збільшенням шорсткості поверхні, навантаження і знижуються зі збільшенням 
твердості і модуля пружності матеріалу. Розрізняють три види механічної 
взаємодії: 1) пружнє контактування; 2) пластичне деформування; 3) 
мікрорізання. 
Інтенсивність зносу мінімальна при пружному контактуванні. При 
пластичній деформації інтенсивність зносу збільшується на кілька порядків. 
Це обумовлено тим, що ділянки поверхні під впливом пластичної деформації 
інтенсивно зміцнюється і після вичерпання запасу пластичності крихко 
руйнуються. Цьому ж сприяє і посилення адгезійної взаємодії. Мікрорізання 
відноситься до неприпустимих механізмів зношування, так як викликає 
інтенсивне руйнування поверхневого шару. Мікрорізання, можливо, не тільки 
упровадилися нерівностями, але і сторонніми твердими частинками. Такий 
вид руйнування поверхні називають абразивним зношуванням [4]. 
Адгезійна складова тертя пропорційна безрозмірному параметру т0 / НВ 
(т0 - міцність на зріз адгезійного зв'язку). Можливі два види адгезійної 
взаємодії: 1) схоплювання і руйнування поверхневих плівок; 2) схоплювання 
металевих поверхонь, що супроводжується заїданням, тобто глибинним 
вириванням. 
Схоплювання металевих поверхонь виникає між чистими від плівок 
(ювенільними) поверхнями тертя, наприклад, в умовах вакууму або при 
руйнуванні плівок пластичною деформацією в місцях контакту. 
Між очищеними ділянками утворюються адгезійні зв'язки, які за 
міцністю перевершують міцність одного з матеріалів пари тертя. Зріз 
відбувається в менш міцному матеріалі в глибині від місця схоплювання. На 
одній поверхні тертя утворюються поглиблення, на іншій-вирвані частки, які 
повторно схоплюються і борознять труться поверхні, викликаючи їх 
інтенсивне руйнування, а іноді через велике тепловиділення і зварювання. 
36 
 
Руйнування поверхонь тертя при схоплюванні (заїданні) називають 
адгезійним зношуванням. Це найбільш небезпечний і швидкоплинний вид 
зношування, який служить головною причиною відмови в роботі багатьох 
вузлів тертя [8]. 
Молекулярно-механічна теорія тертя визначає два основних шляхи 
підвищення зносостійкості матеріалу: 1) збільшення твердості поверхні, що 
треться; 2) зниження міцності адгезійного зв'язку. 
Умови рідинного змащення порушуються через несприятливі режими 
роботи механізмів. До них відносяться періоди притирки, а також пуску і 
зупинок машин. У цих випадках виникає граничне тертя, при якому поверхні 
розділяються лише тонкою масляною плівкою. Контактні напруги і нагрів 
здатні руйнувати цю плівку і викликати схоплювання. У цих умовах 
вирішального значення набуває забезпечення сумісності пари, що треться. Під 
сумісністю розуміють властивість матеріалів запобігати схоплювання при 
роботі без мастильного матеріалу або в умовах порушення цілісності 
масляного шару [11]. 
Внаслідок адгезії частинки металу спочатку відокремлюються від 
поверхні, потім окислюються киснем середовища і перетворюються в абразив. 
Основні методи захисту від цього виду зношування - підвищення 
твердості контактуючих поверхонь (цементацією, азотуванням), застосування 
мастильних матеріалів, лаків, плівкових покриттів з полімерів, що 
ускладнюють металевий контакт поверхонь тертя і доступ до нього кисню [9]. 
Для пар тертя в зонах фактичного дотику питома зсувна міцність 
молекулярних зв'язків описується залежністю: 
 
                                   ���� = ����0 + ���� ∙ ��������                                                         (2.2) 
 
де ����0 - питома зсувна міцність молекулярних зв'язків при екстраполяції 
нормального фактичного тиску до нуля; 
���� - коефіцієнт зміцнення молекулярного зв'язку; 
�������� ~ НВ - фактичний тиск на контакті. 
37 
 
Відомо, що в прироблених парах тертя теоретичне значення контурного 
тиску більше, ніж фактичне, і вони працюють в режимі зовнішнього тертя з 
пружною деформацією [8]. 
Для таких пар теоретичне значення коефіцієнта тертя розраховується за 
формулою: 
 
2 0,5
                        ���� = 1,5 �����0∙����г∙�1−����2�� + ����                                                (2.3) 
Е����пр
 
де Е����пр- наведений модуль пружності матеріалів пари тертя Е����1 і  Е����2, 
 
                                         Е = Е����1∙Е����2
����пр ,                                                  (2.4) 
Е����1+Е����2
 
����г- коефіцієнт гістерезисних втрат. 
Пара працює при зовнішньому терті, якщо: 
 
                               ℎг ≤ 1 �1 − 2�����                                                             (2.5) 
?̅?�� 2 ����0
 
де ����0 - межа плинності приповерхневих шарів більш м'якій поверхні; 
ℎг- глибина впровадження одиничної нерівності; 
?̅?��- середній радіус кривизни вершин одиничної нерівності. 
Залежно від механічних і фрикційних властивостей зносостійкі 
матеріали підрозділяють на три групи: 1) матеріали з високою твердістю 
поверхні; 2) антифрикційні матеріали, що мають низький коефіцієнт тертя 
ковзання; 3) фрикційні матеріали, що мають високий коефіцієнт тертя 
ковзання [6]. 
Важливо відзначити, що оптимально підібрані матеріали і технології 
нанесення плазмових покриттів відновлюваних з'єднань, можуть поліпшити 
триботехнічні характеристики вузла. 
2.2 Вплив якості поверхні на експлуатаційні властивості деталей  
38 
 
 
Вплив шорсткості поверхонь сполучених деталей на їх знос в основному 
проявляється в процесі притирки. У період нормальної експлуатації знос 
визначається фізико-механічними властивостями поверхневого шару і 
режимами роботи пари, що треться (швидкістю ковзання, навантаженням, 
характером мастила). Особливо великий знос спостерігається при частих 
пусках машин, коли порушується режим змащення поверхонь тертя. Нерідко 
це пов'язано з їх задирками і схоплюванням. 
Для підвищення зносостійкості деталей, що труться шляхом зменшення 
первинного зносу доцільно створювати поверхні ковзання, шорсткість яких 
відповідає шорсткості поверхонь прироблених деталей. 
На первинний знос сполучених деталей впливають форма і висота 
мікронерівностей, напрямок нерівностей (штрихів обробки), щодо 
направлення ковзання поверхонь, хвилястість і макрогеометричні відхилення 
поверхонь тертя. Вплив цих факторів по-різному проявляється при сухому, 
граничному та рідинному терті. Гостровершинні мікронерівності зношуються 
швидше плосковершинних. Гарне утримання мастила забезпечується шаром 
пористого хрому, пористою структурою металокерамічних деталей, а також 
системою дрібних маслоутримуючих каналів, одержуваних 
вібронакатуванням. 
Великий вплив на знос пари, що треться, надають хвилястість і 
макрогеометричні похибки сполучених поверхонь. Ці дефекти зменшують 
поверхні контакту і збільшують питомі навантаження в порівнянні з 
розрахунковими, що обумовлює підвищений знос поверхонь сполучення.     
Зменшуючи хвилястість і макрогеометричні похибки, можна збільшити термін 
служби з'єднання. 
На зменшення зносу впливають твердість, структура і хімічний склад 
поверхневого шару. Наявність в шарі залишкових напружень стиску трохи 
зменшує знос, а залишкових напружень розтягу - збільшує. Це вплив більше 
проявляється при пружному контакті і менше при пружнопластичному. Знос 
змінює залишкові напруги в поверхневому шарі деталі. Залишкові напруги 
39 
 
розтягнення при зносі знімаються, і виникає напруга стиснення. Залишкові 
стискають напруги в поверхневому шарі підвищують довговічність деталей, 
які працюють за принципом кочення. Це обумовлено тим, що позаду котиться 
ролика в матеріалі сполученої деталі (шийці вала, кільці підшипника) 
виникають напруги розтягнення. 
Шорсткість поверхні впливає на умови мастила, тертя, теплопровідність 
і герметичність стиків, відбивну і поглинаючу здатність поверхонь, опір 
протіканню газів і рідин в трубопроводах, опір кавітаційного руйнування в 
гідравлічних машинах і інші характеристики поверхонь і сполучень. 
 
2.3 Шляхи поліпшення якості поверхонь 
 
Якість поверхні деталей машин залежить в основному від методу і 
режимів проведення чистової обробки. При певних умовах поверхневий шар 
може бути зміцнений, а іноді ослаблений; тому шляхом технологічного впливу 
необхідно в поверхневому шарі створювати такі механічні властивості і 
залишкові напруги, які найбільшою мірою відповідають умовам тривалої і 
надійної експлуатації. Цілеспрямоване формування поверхневого шару з 
заданими властивостями в процесі виготовлення деталі є однією з 
найважливіших задач технології машинобудування [1, 2]. 
1) Дробоструйне наклепування застосовують для підвищення межі 
витривалості деталей зі сталі і кольорових сплавів, а також для зміцнення 
зварних швів. Наклепуванню піддають пружини, листи ресор, зубчасті колеса 
та інші деталі складних форм після їх остаточної обробки. На якість поверхні 
впливають розмір і швидкість руху дробу, а також кут, під яким вона вдаряє 
оброблювану поверхню, витрата дробу і тривалість обробки. Глибина наклепу 
досягає 0,5 - 1,5 мм, вихідна твердість підвищується на 20…50%, в 
поверхневому шарі утворюються стискають напруги 50-80 кгс / мм2, а під ним 
- розтягують. Термін служби пружин підвищується в 1,5 - 2 рази, зубчастих 
коліс в 2,5 рази, ресор в 10 - 12 разів. Після обробки дробом шорсткість 
поверхні Ra 3,2…0,8 мкм; шорсткість грубооброблених (вихідних) поверхонь 
40 
 
зменшується, а чистооброблених, збільшується. Обробці піддають 
незагартовані і термооброблені деталі, використовуючи чавунну або сталеву 
дріб діаметром 0,4 - 2 мм. Тривалість обробки не більше 10 хв; її виробляють 
в спеціальних камерах за допомогою пневматичних або відцентрових 
дрібометів [9]. 
2) обкатування роликами і кульками застосовують для обробки і 
зміцнення деталей. Обкатування циліндричних поверхонь роблять сталевими 
загартованими або твердосплавними роликами; рідше сталевими кульками, 
закріпленими в держаку. Обкатування перехідних поверхонь і канавок 
здійснюють радіусними роликами, а консольно- закріплених нежорстких 
деталей (при обробці на автоматах) за допомогою трьох роликових головок.    
Обкатування роликами після чистової обробки лезовим інструментом 
зменшує висоту мікронерівностей в 2 - 3 рази і збільшує несучу поверхню.      
Після обкатування обточених деталей зі сталі 45 ущільнювальними роликами 
їх межа витривалості може бути підвищений в 2 рази. Якщо метою обробки є 
зміцнення поверхні, то сили обкатування збільшують; проте в цьому випадку 
дещо знижується точність обробки. 
За критеріями працездатності і причин виходу деталей машин з ладу їх 
можна розбити на три групи. 
До першої групи належать деталі, працездатність яких лімітується 
зносостійкістю поверхонь, які труться. Залежно від виду зносу слід 
застосовувати різні методи зміцнення. При абразивному зносі ефективні 
зміцнення поверхонь загартуванням; хіміко-термічною обробкою (цементація, 
азотування, ціанування, сульфідування і ін.); наплавленням; гальванічне 
(хромування, аерація і ін.). При корозійно і молекулярно-механічному зносі 
крім перерахованих методів можна застосовувати зміцнення поверхнево-
пластичним деформуванням зі створенням більшої глибини наклепу, 
зміцнення поверхні загартуванням, які й хіміко-термічною обробкою, а також 
комбінацію останніх методів з наступним наклепом [7]. 
До другої групи належать деталі, що виходять з ладу в результаті зносу 
поверхонь, що труться і руйнування поверхонь контакту. За характером 
41 
 
роботи вони є средньонавантаженні і схильні до змінного напруження. Явища 
втоми у цих деталей спостерігаються головним чином в поверхневих шарах 
металу. Рекомендовані методи зміцнення: поверхнево-пластичне 
деформування (глибина наклепу 0,5 мм і більше), поверхневе загартування, 
хіміко-термічна обробка (самостійно і в комбінації з наклепом). 
До третьої групи належать важко навантажені деталі. Їх матеріал 
схильний до змінним напруженням, величина яких може бути вище межі 
витривалості. Деталі цієї групи виходять з ладу в результаті явищ втоми, що 
викликають руйнування по всьому перетину деталі. Методи зміцнення: 
поверхнево-пластичне деформування (дробоструминний наклеп карбування 
обкатування роликами), поверхневе загартування, хіміко-термічна обробка і 
поєднання двох останніх методів з наступним наклепуванням [5]. 
Застосування методів зміцнюючої технології підвищує довговічність 
машин, скорочує потребу в матеріалах і запасних частинах, дозволяє 
зменшити габаритні розміри і масу деталей внаслідок підвищення допустимих 
напружень, а також знижує витрати на виготовлення і експлуатацію машин.  
 
2.4 Теоретичні аспекти забезпечення довговічності відновлених 
колінчастих валів 
 
Для довговічності відновлених деталей необхідно враховувати 
особливості і технологію окремих способів наплавлення, а також різні 
параметри деталей: матеріал, поверхневу твердість, характер навантаження і 
ін. 
Відомо, що автомобільні деталі, що підлягають відновленню, 
виготовляються з конструкційних вуглецевих і легованих сталей і, як правило, 
термічно оброблені на високу твердість, працюють переважно на знос при 
значних навантаженнях, у багатьох випадках знакозмінних. При відновленні 
деталей зварюванням і наплавленням деталі піддаються великим тепловим 
впливам. При цьому важливо забезпечити деталей необхідні жорсткість, 
міцність і зносостійкість. У цьому відношенні велику роль відіграють глибина 
42 
 
проплавлення основного металу, величина зони термічного впливу, структура 
наплавленого шару і якість його поверхні і ін. [9]. При наплавленні деталей 
горіння дуги супроводжується виділенням великої кількості теплоти. Деталь 
піддається швидкому місцевому нагріванню. Кількість теплоти в калоріях, 
введене в одиницю часу в метал деталі (ефективна теплова потужність дуги), 
може бути визначено за рівнянням: 
 
                                ����еф = �������� = 0,24І������������                                             (2.6) 
 
де ����еф - ефективна теплова потужність дуги, кал / с; 
��������- повна теплова потужність дуги, кал / с; 
0,24 - коефіцієнт переведення електричних величин в теплові, кал�Вт ∙ с; 
I - сила струму дуги, А 
�������� - напруга дуги, В; 
���� - ефективний к.к.д. процесу нагріву, рівний відношенню ���� = ����еф 
����
Кількість теплоти, що передається металу деталі в одиницю часу на 
одиницю довжини, залежить від режимів наплавлення. На початку 
наплавлення теплової процес носить нестійкий характер, тому що кількість 
теплоти, що надходить від дуги, більше кількості теплоти, що відводиться в 
основний метал за рахунок теплопровідності. Після закінчення деякого часу 
надходження теплоти і її відведення врівноважуються і тепловий процес стає 
стійким [5]. 
При наплавленні деталей для забезпечення їх міцності важливо знати 
глибину проплавлення основного металу і величину зони термічного впливу. 
Деталі автомобілів, відновлювані наплавленням, термічно оброблені і в 
більшості своїй працюють на знос, тому важливо знати не тільки величини 
проплавлення основного металу і зони термічного впливу, але і швидкість 
охолодження наплавленого металу, від якої залежить структура наплавлення. 
У разі наплавлення валика на деталь швидкість охолодження можна визначити 
за формулою: 
43 
 
 
2
                                            ������������ = 2�������� (����������������−����0)
����                                     (2.7) 
еф�����н
 
де ���������������� - температура найменшої стійкості аустеніту при розпаді в 
ізотермічних умовах. Для різних сталей ����������������знаходитьсь в межах 450-650, а 
для більшості сталей ���������������� = 550 ℃; 
����0 - температура деталі, ℃. 
Від режиму наплавлення в великій мірі залежить глибина проплавлення 
і зона термічного впливу, а від температури деталі і режимів наплавлення - 
швидкість охолодження наплавленого металу, тобто основні показники, що 
визначають міцність і зносостійкість деталі і її довговічність в експлуатації. 
Звідси ясно, наскільки важливо дотримуватися режими наплавлення в процесі 
відновлення деталей. 
Зносостійкість наплавленого металу визначається використовуваними 
матеріалами, режимами наплавлення і специфічними особливостями, 
властивими кожному із способів наплавлення окремо: захисним газом при 
наплавленні в середовищі захисних газів, або флюсом при наплавленні під 
флюсом, або охолоджувальною рідиною - при вібродуговому наплавленні. 
Витрати цих матеріалів впливають на якість наплавленого металу і 
визначаються режимами наплавлень. 
Співпрацювання покриттів залежить від вихідних характеристик 
наплавленого металу - мікротвердості і шорсткості поверхні. Покриття з 
низькими вихідними значеннями зазначених характеристик відрізняються 
гіршим притиранням. 
Наплавлення під флюсом в авторемонтному виробництві найбільше 
застосування знаходить для відновлення колінчастих валів. При цьому на 
різних підприємствах застосовуються різні технологічні процеси. Існують три 
варіанти технологічних процесів наплавлення шийок колінчастих валів [3]. 
1. наплавка дротом НП-30ХГСА, під флюсом АН-348-А, нормалізація, 
проточка шийок, гарт т.в.ч., шліфування та полірування; 
44 
 
2. наплавка дротом НП-80, високотемпературний відпуск, проточка 
шийок, гартування т.в.ч., шліфування та полірування шийок; 
3. Наплавлення шийок пружинним дротом 2 класу з вмістом С 0,7…0,8% 
під легуючим флюсом, попереднє і остаточне шліфування та полірування 
шийок. 
Твердість шийок HRC: нових валів 56…60; відновлених по 1 варіанту 
48…50; по 2 варіанту 47…52; по 3 варіанту 46…59. За зносостійкості метал 
всіх трьох наплавлень поступається еталону - сталі 45, загартованої т.в.ч. 
Перший варіант технологічного процесу забезпечує більш надійні результати 
[3]. 
При вібродуговому наплавленні високовуглецевим дротом типу НП-80 
зносостійкість наплавленого металу виходить досить високою, поступається 
все ж хрому і Сталь 45. загартованого ТВЧ до HRC56…62. Неоднорідність 
структури і нерівномірна твердість наплавленого металу сприяють 
підвищенню питомих тисків на контактних ділянках поверхнях, що труться і 
розвитку більш високих температур. Тверді частинки, що відділяються в 
процесі тертя, надають зношування виражений абразивний характер. 
Особливо значне (до 40% і більше) зниження втомної міцності 
нормалізованої Сталь 45 спостерігається при вібродуговому наплавленні. 
Причиною такого великого зниження втомної міцності є структурна 
неоднорідність наплавленого металу (наплавка дротом з вмістом С = 
0,7…0,8%) і великі розтягують напруги. Тому відновлення деталей, що 
працюють при знакозмінних навантаженнях - недоцільно [13, 15]. 
Однак з усього сказаного можна зробити висновок, що відновлювати 
деталі, в тому числі і що працюють при знакозмінних навантаженнях, різними 
способами наплавлення не слід. Подальше після наплавлення зміцнення 
деталей різними способами, пластичним поверхневим  деформуванням 
(наклепом) або електрохімічним способом дозволяє значно підвищити 
міцність від утоми деталей. Застосовуючи той чи інший із зазначених 
способів, найбільш доцільний за конструктивними особливостями деталей і 
45 
 
фізико-механічними властивостями наплавленого металу, можна досягти 
високої довговічності відновлених деталей. 
 
2.5 Фактори, що впливають на підвищення ресурсу відновлених 
колінчастих валів 
 
Теоретичні та експериментальні дослідження по відновленню 
колінчастих валів тракторних двигунів плазмовим наплавленням дозволили 
отримати високий опір втоми (82…93% від рівня нових) і довести ресурс їх 
роботи в виробничих умовах до рівня, близького до нових. 
На основі позитивних результатів досліджень і виробничого досвіду з 
урахуванням відомих положень металознавства, технології зварювання 
визначені основні фактори, що сприяють підвищенню ресурсу відновлених 
колінчастих валів. 
Для утворення напружень стиску при наплавленні шийок і жолобників, 
необхідно в наплавленном шарі отримати мартенситну, аустенітно-
мартенситну або близьку до них структуру. Для отримання мартенситної 
структури обраними композиціями слід при наплавленні до 
низьковуглецевого дроту додавати 15…20% порошкового твердого сплаву на 
нікелевій основі (ПР-Н70Х I7C4P4 або ПР-Н73Х16С3Р3). При додаванні 
менше 13% порошку в наплавленого металу утворюються пори 20-30% -
структура переходить в аустенітно-мартенситну. 
При утриманні в композиції більш 30% порошку твердого сплаву 
структура виходить аустенітна, яка утворює напруги розтягнення. 
Таким чином, наплавку шийок колінчатого вала для отримання завдання 
структур слід виконувати рекомендованими 0,6-0,64 мм/хв при чорновому і 
0,23-0,55 мм/хв при чистовому шліфуванні. Собівартість відновлення валів 
6000 грн. 
Досвід промислового використання показує, що плазменно-порошкове 
наплавлення дозволяє підвищити якість, надійність і довговічність 
наплавлених деталей, поліпшити умови праці. У порівнянні з ручним 
46 
 
наплавленням на 30-50% підвищується продуктивність праці, на 50-70% 
скорочується витрата наплавочних матеріалів і приблизно на 50% витрати 
електроенергії. 
 
2.6 Постановка факторного експерименту з метою визначення 
оптимальних параметрів відновлення зношених колінчастих валів 
наплавленням 
 
Визначення оптимальних параметрів процесу наплавлення і розміру 
часток наплавочного матеріалу, проводили постановкою повного факторного 
експерименту за значенням твердості отриманого покриття. Для постановки 
факторного експерименту були обрані рівні та інтервали варіювання факторів 
(табл. 2.2). 
Таблиця 2.2 - Рівні та інтервали варіювання 
Найменування Фактори 
Х1 (середній розмір часток, мкм) Х2 (U, В) Ха (I, А) 
Основний рівень 25 32,5 160 
Інтервал варіювання 10 2,5 20,0 
Верхній рівень (+) 35 35 180 
Нижній рівень (-) 15 30 140 
 
Матриця планування експерименту представлена в таблиці 2.3. 
Таблиця 2.3 - Матриця планування експерименту 
Номер Порядок Х0 Х  (Середній розмір Х2 Х3 Y 
досліду реалізації 1
досліду (Середовище) частинок мкм) (U, В) (I, А) (HRC) 
1 4 + + + + 55,6 
2 3 + - + + 53,1 
3 8 + + - + 55,9 
4 5 + - - + 51,0 
5 7 + + + - 49,7 
6 2 + - + - 48,9 
7 1 + + - - 47,8 
8 6 + - - - 50,3 
 
Для визначення дисперсії параметра оптимізації було проведено три 
досліду при знаходженні чинників на основних рівнях (гас). 
47 
 
Отримані значення параметра оптимізації ��������, його середнє значення ?́?�� , 
відхилення значень параметра оптимізації від його середнього значення �������� −
?́?��  і квадрати їх відхилень наведені в табл. 2.4. 
Таблиця 2.4 - Допоміжна таблиця для розрахунку 
Номер 
досліду �������� ?́?�� (�������� − ?́?��) (�������� − ?́?��)2 
1 56,2 0 0 
2 56,4 +0,2 0,04 
3 56,0 3 1����
� = ���� = 56,2 -0,2 0,04 
���� 3
�(���� − ?́?��)2 0,08 
����
 
Дисперсія параметра оптимізації: 
2
                                     ���� = ∑3 (�������� − ?́?��)
����2 ����=1 �2                                               (2.8) 
 
��������2 = 0,04 
Знаходимо коефіцієнти моделі: 
∑
                                                         ���� = ��������
0                                                  (2.9) 
����
  
∑
                                                      ���� = ��������������������
1                                                    (2.10) 
����
 
����0 = 51,5;����1 = 0,7; ����2 = 0,4;����3 = 2,4 
 
Середня квадратична помилка в визначенні коефіцієнтів регресії: 
2 1�2
                                                    ����{���� ���� ����
����} = � ������                                       (2.11) 
 
2 1�2
����{��������} = ����� �����8� = 0,07 
Інтервал коефіцієнтів регресії при числі степенів f=2 
∆���� = ±��������{��������} 
48 
 
                                         ∆���� = ±4,3 ∙ 0,07 = ±0,3                                         (2.12) 
 
Всі коефіцієнти регресії по абсолютній величині більше допустимого 
інтервалу, тому їх можна призначити статично значущими. 
Таким чином, отримали модель у вигляді полінома першого ступеня: 
Y= 51,5 + 0,7Х1+ 0,4X2+ 2,4Х3. 
Згідно з отриманою моделю, параметр оптимізації зростає зі збільшенням 
значень факторів Х1, Х2 і Х3. Причому найбільший вплив робить параметр 
Х3, тобто сила струму, що подається на деталь. 
Перевірку адекватності моделі виробляли по F-критерієм Фішера. Для 
обчислення дисперсії адекватності склали допоміжну табл. 2.5. 
Таблиця 2.5 - Допоміжна таблиця для розрахунку ����2ад 
Номер досліду yj y�  y − y�  �y − y��2ȷ j ȷ j ȷ  
1 55,6 55,92 -0,32 0,1 
2 53,1 52,45 0,65 0,42 
3 55,9 55,67 0,23 0,05 
4 51,0 51,78 -0,78 0,6 
5 49,7 49,86 -0,16 0,25 
6 48,9 48,57 0,33 0,11 
7 47,8 47,55 0,25 0,06 
8 50,3 50,47 -0,17 0,03 
��y − y��2 1,62 
j ȷ
 
2 �yj − y� 2
���� j�
ад = �
����� − (���� + 1)� 
 
                                        ����2 = 1,62
ад ��8 − (3 + 1)� = 0,4                               (2.13) 
 
2
�������� = ����ад� 0,4
����2 = �0,04 = 10 
����
 
49 
 
Табличне значення ����Т - критерію при 5% рівні значущості і числах 
ступенів свободи для чисельника 4 і для знаменника 2 рівне 19,3. �������� < ����Т. 
Отже, модель адекватна. 
Отримане рівняння було використано для крутого сходження по 
поверхні відгуку. Круте сходження починали з нульової точки (основні рівні): 
Х1 = 25 мкм, Х2 = 32,5 В, Х3 = 160 А (табл. 2.6). Крок руху для фактора Х1  взяли 
рівним 1,5 мкм. Вирахували крок руху для Х2 = 0,2, фактор Х3 = 10,3. 
Таблиця 2.6 - Розрахунок крутого сходження 
Найменування Х1 (середній розмірок частинок, мкм) Х2  (U, В) Х3 (I, А) Y (HRC) 
Основний рівень 25 32,5 160 — 
Коефіцієнт bi 0,7 0,3 2,4 — 
Інтервал варіювання �������� 10 2,5 20,0 — 
�������� ∙ ��������  7 0,75 48 — 
Крок ∆���� 1,5 0,2 10,3 — 
округлений крок 2 1 10 — 
уявний експеримент 27 33,5 170 — 
уявний експеримент 29 34,5 180 — 
Реалізований досвід 9 31 35,5 190 57,3 
уявний досвід 33 36,5 200 — 
Реалізований досвід 10 35 37,5 210 49 
Реалізований досвід 11 37 38,5 220 47,1 
 
Після закінчення експерименту на нових рівнях було отримано 
максимальне значення параметра оптимізації Y, яке склало 57,3 HRC. Таким 
чином, оптимальними параметрами для процесу відновлення колінчастого 
вала методом ППН є: середній розмір наплавляються металевих частинок 31 
мкм, напруга 35,5 В, сила струму на деталі 190 А. 
  
50 
 
РОЗДІЛ 3 МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ 
 
Швидкорізальні сталі мають ряд дуже цінних властивостей, завдяки 
яким їх ефективно використовують для виготовлення зносостійкого ріжучого 
інструменту. 
Одним з найбільш перспективних методів переробки практично будь-
якого струмопровідного матеріалу, в тому числі і БРС, що відрізняється 
відносно невисокими енергетичними затратами і екологічною чистотою 
процесу, є метод електроерозійного диспергування (ЕЕД). 
 
3.1 Методика отримання електроерозійного порошку з відходів сталі 
Р6М5 
Електроерозійна обробка заснована на вириванні частинок матеріалу з 
поверхні імпульсом електричного розряду. Якщо задано напругу (відстань) 
між електродами, зануреними в рідкий діелектрик, то при їх зближенні 
(збільшенні напруги) відбувається пробій діелектрика - виникає електричний 
розряд, в каналі якого утворюється плазма з високою температурою. 
Удосконаленням методу електроерозійного диспергування в нашій 
країні займалися такі вчені, як Б.М. Золотих, К. К. Намітоков, М.Н. Машкіна 
та ін. У зарубіжній літературі Японії, США, Англії, Чехії, Словаччини, 
Німеччини та ін. [12] опублікований ряд досліджень, які тривають донині. 
В якості робочої рідини застосовується вода дистильована (ГОСТ 6709-
72) і гас освітлювальний (ТУ 3840158-10-90), як рідини, що мають найбільш 
простий хімічний склад, досить високу охолоджуючу здатність, а також 
відносно низьку вартість. 
Таблиця 3.1 - Властивості робочих рідин 
Робоча рідина Щільність, г/см3 Температура Кінематична Питомий опір, Ом Діелектрична 
при 20 °С кипіння, в'язкість см проникність при 25 
 °С  40°С, м2/с °С 
вода 
дистильована 1000 100 1 105...106 78,53 
гас 
освітлювальний 780 140 8 1012 2 
 
51 
 
Так як в основі процесу ЕЕД лежать теплові процеси впливу на 
диспергований матеріал, то швидкість електричної ерозії і характер механізму 
евакуації будуть залежати від теплофізичних параметрів процесу 
(теплопровідності, теплоємності, температури і теплоти плавлення і 
випаровування, питомої ваги і питомого електричного опору матеріалів 
електродів, виду робочої рідини і її фізико-механічних характеристик), а також 
від тривалості, амплітуди, шпаруватості і частоти проходження імпульсів, 
зазору між електродами, умов евакуації продуктів ерозії і ряду інших факторів. 
Описаний процес ЕЕД представлений нижче (рис. 3.1). Імпульсна 
напруга генератора імпульсів 1 прикладається до електродів 2 і 3 і далі до 
шматків БРС 6. При досягненні напруги певної величини відбувається 
електричний пробій робочої рідини 5, що знаходиться в між електродному 
просторі з утворенням каналу розряду 7. Завдяки високій концентрації 
теплової енергії матеріал в точці розряду 8 плавиться і випаровується, РЖ 
випаровується і оточує канал розряду газоподібними продуктами розпаду 9 
(газовим міхуром). 
 
 
                                        а)                                                      б) 
 
Рисунок 3.1 - Процес ЕЕД: 
а - схема реактора установки; б - схема процесу; 1 - генератор імпульсів; 2, 3 
- електроди; 4 - краплі розплавленого матеріалу; 5 - робоча рідина; 6 – 
пластини твердого сплаву; 7 - канал розряду; 8 - точка розряду, 9 - газова 
бульбашка. 
 
52 
 
Під впливом розвиваються в каналі розряду і газової бульбашки значних 
динамічних сил, краплі розплавленого матеріалу 4 викидаються за межі зони 
розряду в РЖ, яка оточує електроди, і застигають в ній, утворюючи сферичні 
або еліптичні частки порошку. 
Розроблений технологічний процес отримання порошків з відходів 
швидкорізальної сталі методом ЕЕД, що включає наступні основні операції: 
1. Збір та сортування відходів швидкорізальної сталі за марками 
(хімічним складом). 
2. Очищення відходів (від забруднень, стружки). 
3. Завантаження відходів швидкорізальної сталі в реактор і підключення 
електродів. 
4. Заливка в реактор робочої рідини (води дистильованої або гасу 
освітлювального). 
5. Вибір режимів диспергування (напруги, ємності конденсаторів і 
частоти проходження імпульсів). 
6. Електроерозійне диспергування. 
7. Відстоювання і слив робочої рідини. 
8. Відділення нанорозмірною фракцією центрифугуванням. 
9. Хімічна очистка порошку (при необхідності). 
10. Прожарювання порошку в печі при температурі 150 - 200 ° С протягом 
20-30 хвилин. 
11. Контроль якості. 
 
3.2 Методика дослідження гранулометричного складу 
електроерозійного порошку зі сталі Р6М5 
 
Отримані методом електроерозійного диспергування в гасі порошки з 
відходів швидкорізальних сталей проаналізували за допомогою лазерного 
аналізатора розмірів частинок «Analysette22 NanoTec» (рисунок 3.2) для 
визначення розподілу отриманих частинок порошку за розмірами. Лазерна 
дифракція має низку важливих переваг, таких як короткий час аналізу, хороша 
53 
 
відтворюваність і точність, просте калібрування, великий діапазон вимірювань 
(від 0,01 до 2000 мкм) і висока універсальність. 
 
 
Рисунок 3.2 - Лазерний аналізатор розмірів частинок 
«Analysette22 NanoTec» 
В аналізаторах, що визначають розподіл часток за розмірами за 
допомогою лазерної дифракції, використовується фізичний принцип 
розсіювання електромагнітних хвиль. Конструкція складається з лазера, через 
вимірювальний осередок спрямованого на детектор. За допомогою 
диспергуючих  пристроїв частки подають в вимірювальну комірку і проходять 
крізь лазерний промінь. Світло, розсіяний пропорційно розміру часток, за 
допомогою лінзи фокусується на детектор. За розподілом розсіяного світла за 
допомогою комплексної математики розраховують розподіл часток по їх 
розмірам. В результаті отримують об'ємні частки, відповідні еквівалентним 
діаметрам за лазерної дифракції. 
Нижня межа чутливості при малих кількостях дрібних і великих 
частинок в розподілах їх за розмірами (в межах діапазону вимірювань) - 3%. 
Відтворюваність згідно ISO13320-1 d50 <1%. 
Розподіл за розмірами мікрочастинок порошку визначався 
диспергуванням в рідині з ультразвуком. Диспергування проводилося за 
методом Фраунгофера відповідно до ФР 1.27.2009.06762 в два етапи. Спочатку 
проводилося вимірювання фону - для того, щоб знизити вплив вимірюваній 
рідині. Потім - вимір розподілу часток за розміром: зразок досліджуваного 
об'ємом близько 1-5 г поміщали в модуль для диспергування в рідини (об'ємом 
54 
 
500 мл). Вимірювання починалося автоматично, як тільки значення абсорбції 
досягало зазначеної величини. Діапазон вимірювання - 0,1 [мкм] - 1021,87 
[мкм]; дозвіл - 102 каналу (20/383 мм); абсорбція - 10,00%; тривалість 
вимірювання - 90 (сканів); регуляризація - середня модель. 
В результаті вимірювання отримують криві розподілу часток за 
розміром: диференціальні, кумулятивні і ін., а також форму частинки 
(коефіцієнт елонгації: мінімальний, середній, максимальний). 
 
3.3 Методика досліджень форми і морфології поверхні частинок 
електроерозійного порошку зі сталі Р6М5 
 
 Для вивчення форми і морфології мікрочастинок були виконані знімки 
на растровому електронному мікроскопі «QUANTA 600 FEG» (рисунок 3.3). 
За допомогою растрової електронної мікроскопії можливо проводити 
безпосередній аналіз частинок порошку з досить високою роздільною 
здатністю. У растровому електронному мікроскопі досягається велика 
глибина фокуса, що дозволяє спостерігати об'ємне зображення досліджуваної 
структури. 
QUANTA600 FEG (виробник FEI (Голландія)) - електронно-іонний 
скануючий мікроскоп з електронно-променевою колоною, оснащеної 
вольфрамовим катодом, прискорююче напруження від 200 еВ до 30 кВ, дозвіл 
(при оптимальному WD) 3,5 нм при 35 кВ; 3,5 нм при 30 кВ в режимі 
природного середовища; <15 нм при 1 кВ в режимі низького вакууму. Іонна 
колона Magnumс галієві рідинно-металічним джерелом іонів, прискорює 
напруга від 5 кВ до 30 кВ, дозвіл 20 нм. Система оснащена 5-й осьовим 
моторизованим столиком 50х50х25 мм, газовими інжекційними системами 
для напилення провідників і діелектриків, а також для травлення зразків. 
55 
 
 
 
Рисунок 3.3 - Растровий електронний мікроскоп «QUANTA600 FEG» 
 
Мікроскоп дозволяє отримувати зображення різних об'єктів зі 
збільшенням, що перевищує 100000 крат, з великим числом елементів 
розкладання (пікселів). Він призначений для виконання різних досліджень з 
мінімальними витратами часу на препарування об'єктів, забезпечуючи їх 
спостереження з винятковою глибиною різкості. 
QUANTA600 FEG дозволяє працювати з різноманітними типами зразків 
(в тому числі непроводящими, забрудненими, вологими зразками і зразками, 
здатними до газовиділення при вакуумуванні). 
За допомогою растрової електронної мікроскопії є можливість 
безпосереднього аналізу частинок порошку з досить високою роздільною 
здатністю. У растровому електронному мікроскопі досягається велика 
глибина фокуса, що дозволяє спостерігати об'ємне зображення досліджуваної 
структури. 
 
3.4 Методика проведення рентгеноспектрального мікроаналізу 
частинок електроерозійного порошку зі сталі Р6М5 
 
РСМА виконаний за допомогою енергодисперсійного аналізатора 
рентгенівського випромінювання фірми EDAX, вбудованого в растровий 
електронний мікроскоп QUANTA600 FEG. 
56 
 
Під рентгеноспектральним мікроаналізом розуміють визначення 
елементного складу мікрооб'єкті, що порушується в них характерне 
рентгенівське випромінювання. Для аналізу характеристичного спектра в 
рентгеноспектральному мікроаналізі використовують два типи спектрометрів 
(безкристальний, або з кристалом-аналізатором), базою для РСМА служить 
електронно-оптична система растрового електронного мікроскопа. 
При взаємодії електронного зонда із зразком (рис. 3.4) одним з 
порушуваних сигналів є рентгенівське випромінювання, яке можна розділити 
на характеристичне і гальмівне. 
 
 
 
Рисунок 3.4 - Ефекти взаємодії електронного променя з об’єктом:  
1 - електронний промінь; 2 - об'єкт; 3 - відбиті електрони; 4 - вторинні 
електрони; 5 - Оже-електрони; 6 – струм поглинаючих електронів;  
7 - електрони,які пройшли; 8 - катодно-люмінесцентне випромінювання; 
 9 - рентгенівське випромінювання 
 
Гальмівне рентгенівське випромінювання виникає внаслідок 
гальмування первинних електронів в електричному (кулоновському) полі 
атомів аналізованого матеріалу. Кінетична енергія первинних електронів в 
цьому випадку частково або повністю перетворюється в енергію 
рентгенівського випромінювання. Відповідно випромінювання має 
безперервний спектр з енергією від нуля до енергії падаючого електрона, і 
тому його ще називають безперервним рентгенівським випромінюванням. При 
рентгеноспектральному мікроаналізі гальмівне випромінювання небажано, 
57 
 
так як вносить основний вклад у збільшення рівня фону і не може бути 
виключено. 
При проникненні первинних електронів в зразок вони гальмуються не 
тільки електричним полем атомів, але і безпосереднім зіткненням з 
електронами атомів матеріалу. В результаті цього первинні електрони можуть 
вибивати електрони з внутрішніх K-, L- або М- оболонок, залишаючи атом 
зразка в енергетично збудженому стані. Утворені вакансії заповнюються 
переходами електронів з більш високих енергетичних рівнів. Атом переходить 
в основний стан, надлишкова енергія виділяється у вигляді кванта 
рентгенівського випромінювання. Оскільки енергія виникає кванта залежить 
тільки від енергії беруть участь в процесі електронних рівнів, а вони є 
характерними для кожного елемента, виникає характерне рентгенівське 
випромінювання. Так кожен атом має цілком певне кінцеве число рівнів, між 
якими можливі переходи тільки певного типу, характерне рентгенівське 
випромінювання дає дискретний лінійчатий спектр. 
 Рентгеноспектральним мікроаналізом не вдається визначити в складі 
сплаву легкі елементи з порядковим номером менше 4. Виникають такі 
труднощі і з виявленням елементів, коли на лінії К-серії одного елемента 
накладаються лінії L- або М-серії іншого елемента. Важливою 
характеристикою РСМА є його локальність, тобто обсяг речовини, в якому 
порушується характеристичне рентгенівське випромінювання. Він 
визначається в першу чергу діаметром електронного зонда на зразку і 
залежить від прискорюючої напруги і хімічного складу матеріалу. 
Аналіз розподілу елементів може бути виконаний в якісному, 
напівкількісному і кількісному вигляді. Якісний аналіз визначає тип 
елементів, що входять до складу досліджуваного ділянки зразка. Якщо зразок 
має кілька фаз (ділянок), хімічний склад яких невідомий, то виконується 
якісний аналіз кожної фази. Якісний аналіз зазвичай використовується для 
визначення характеру розподілу елементів по площі шліфа. Після якісного 
аналізу часто проводять кількісний аналіз в окремо вибраних точках, за 
отриманими даними програмне забезпечення дозволяє визначити тип фази 
58 
 
виходячи з її хімічного складу. Напівкількісний аналіз реалізується, якщо 
потрібно визначити розподіл елементів вздовж ліній (лінійний аналіз). 
Лінійний аналіз виконується методом крокового сканування, тобто шляхом 
послідовного проведення аналізу в окремих точках. Таким чином, 
здійснюється кількісне визначення концентрації елементів із заданою 
точністю. 
Точок на рисунку відповідають спектри характерного рентгенівського 
випромінювання. На спектрі кожному хімічному елементу відповідає пік 
певної висоти. 
 
3.5 Методика проведення рентгеноструктурного аналізу 
електроерозійного порошку зі сталі Р6М5 
 
Вивчення представленого зразка проводили на аналітичному 
рентгенівському діфрактометре ARL 9900 IntellipowerWorkstation (Рисунок 
3.5) за методом порошку в діапазоні подвійних кутів 2����8 ÷ 80°. 
 
Рисунок 3.5 – Діфрактометр ARL9900 Workstation 
 
Обробка даних, розрахунок концентрацій фазового і послідовного 
аналізу елементів, здійснюється за допомогою програмних комплексів: 
59 
 
UniQuant5.56, Siroquantversion3.0, ICDDDDVIEW2010, ICDDPDF-2 
Release2010, Difwin, CrystallographicaSearchMatch. 
Зйомку дифрактограми послідовного аналізу елементів 
рентгенофлуоресцентним спектрометром, зразків, проводили з повною 
системою дифракції XRD12-ти позиційним магазином з використанням 
програм OXSASі WinXRD, при параметрах, зазначених в таблиці 3.2. 
 
Таблиця 3.2- Параметри аналітичного рентгенівського 
діфрактометраARL9900 
Радіус гониометра 178 мм 
Щілина Соллера на первинному пучку 2,5° 
Щілина Соллера на вторинному пучку 2,5° 
Довжина фокусу 12 мм 
 
Для дослідження був представлений зразок у вигляді тонкодисперсного 
порошку темного кольору, має однорідний склад і без присутності видимих 
включень. 
Підготовка зразка здійснювалася методом пресування, як підкладку 
застосовували борну кислоту H3BO3. 
 
3.6 Методика дослідження спечення електроерозіонного порошку зі 
сталі Р6М5 
 
Спечений зразок отримували ізостатичним пресуванням порошку на 
пресі «EPSI» з наступним спіканням в високотемпературній печі «Nabertherm» 
(рисунок 3.6). 
 
60 
 
 
 
Рисунок 3.6 - Високотемпературна піч «Nabertherm» 
При гідростатичному пресуванні порошок засипається в гумову 
оболонку, поміщають її в робочу камеру гідростата, в якій створюють 
необхідний тиск рідиною (рисунок 3.7) за допомогою насоса високого тиску. 
В якості рідини може використовуватися масло, вода, гліцерин. При 
цьому виді пресування майже відсутнє тертя частинок порошку об стінки 
оболонки, так як ті з них, які прилягають до оболонки, переміщаються разом з 
нею. 
В результаті були отримані спресовані зразки, готові до подальшого 
спікання. 
 
Рисунок 3.7 - Схема гідростатичного пресування порошків  
1 - корпус камери гідростата; 2 - кришка; 3 - манометр; 4 - еластична 
оболонка; 5 - порошкова шихта; 6 - рідина; 7 - подача рідини від насоса 
високого тиску 
 
61 
 
Для спікання порошкових сплавів застосовують електропечі з 
металевим опором, з вугільними опорами у вигляді труб і високочастотні. При 
спіканні вольфраму, молібдену, твердих сплавів, магнітних і електротехнічних 
матеріалів застосовують водень. Температура спікання становить приблизно 
2/3 температури плавлення металу, наприклад для міді 800-850 °С, для заліза 
- 1050 ... 1150 °С. Тривалість спікання приблизно 2-3 год. Розрізняються два 
основних типи спікання - спікання однокомпонентної системи, спікання 
багатокомпонентної системи з утворенням або без утворення рідкої фази. При 
спіканні відбуваються такі пиляння: підвищення температури збільшує 
рухливість атомів, відбувається зміна контактної поверхні частинок, яка 
здебільшого збільшується; відбувається зняття напружень в місцях контакту і 
рекристалізація, що супроводжується зростанням зерна через контактні 
поверхні; відновлюються оксиди і видаляються адсорбовані гази і рідини, і 
внаслідок контакт стає металевим. Спікання проводилося при t = 950 °С tплав = 
1450 оС) протягом 1 год в вакуумі під тиском Р = 300 МПа [3]. 
Для порівняння якісних характеристик матеріалу до і після спікання був 
проведений ряд вимірів на щільність. 
Дослідження щільності виконували на гелієвому піктометрі 
AccuPyc1340 (АККУПІК 1340) (рисунок 3.8). Це швидкий, повністю 
автоматичний прилад, який забезпечує високошвидкісне і високоточне 
вимірювання об'єму та обчислення істинної щільності порошків, твердих 
матеріалів, паст, концентрованих суспензій і рідин з низьким тиском пари, що 
мають обсяги від 0.01 до 350 см3. Час аналізу 2-3 хв. 
 
Рисунок 3.8 - Гелієвий пікнометр AccuPyc1340 
 
62 
 
Без втручання оператора збираються дані, виконуються обчислення, 
точно і достовірно відображаються отримані результати. Принцип роботи 
приладу полягає в приміщенні зразка в калібровану камеру, наповнену гелієм. 
Молекули газу проникають в найдрібніші пори зразка. Тобто зразок витісняє 
обсяг газу, що дорівнює об'єму тільки істинно твердої фази. Якщо попередньо 
був введений вага зразка, то прилад обчислює його щільність. 
 
3.7 Методика дослідження мікроструктури, елементного складу та 
мікротвердості спеченого зразка 
 
Дослідження мікроструктури і елементного складу зразків проведено 
методами растрової електронної мікроскопії з використанням растрового 
електронного мікроскопа Quanta200 3D. 
Quanta 200 3D - електронно-іонний скануючий мікроскоп з електронно-
променевою колоною, оснащеної вольфрамовим катодом, прискорює напруга 
від 200 еВ до 30 кВ, дозвіл (при оптимальному WD) 3,5 нм при 35 кВ; 3,5 нм 
при 30 кВ в режимі природного середовища; <15 нм при 1 кВ в режимі 
низького вакууму. Іонна колона Magnumс галієві жідкометалліческім 
джерелом іонів, прискорює напруга від 5 кВ до 30 кВ, дозвіл 20 нм. Система 
оснащена 5-й осьовим моторизованим столиком 50х50х25 мм, газовими 
інжекційними системами для напилення провідників і діелектриків, а також 
для травлення зразків. Прилад ідеальний для аналізу внутрішньої будови 
об'єктів. До складу приладу включено програмне забезпечення для 
автоматизованої підготовки проб до аналізу на просвічуючому мікроскопі. 
Випробування твердості покриттів по мікрошліф проводили за 
допомогою автоматичної системи аналізу мікротвердості DM-8 за методом 
мікро- Віккерса при навантаженні на индентор 300 г відповідно до ГОСТу 
9450-76 (Вимірювання мікротвердості вдавленням алмазних наконечників). 
Автоматизований мікротвердомерAFFRIDM-8 (по Віккерсу) забезпечує 
проведення вимірювань мікротвердості в автоматичному режимі з побудовою 
кривих розподілу мікротвердості (рисунок 3.9). Використання автоматичної 
63 
 
системи аналізу зображення PRECIDUR® дозволяє проводити вимірювання в 
ручному режимі або повністю автоматизувати процес вимірювання 
мікротвердості. Вбудована цифрова камера дозволяє не тільки візуалізувати 
на моніторі комп'ютера досліджувану поверхню зразка, а й проводити 
фотографування залишкових відбитків після мікроінденторування. 
 
 
Рисунок 3.9 - Мікротвердомер AFFRIDM-8 
 
Технічні характеристики і додаткові опції: индентор по Віккерсу, 
пам'ять розрахована на 999 вимірювань, вбудована функція перекладу 
одиниць виміру, відповідає нормам ISO, JISі ASTM, загальні збільшення: 
100х, 400х, автоматична турель (полегшує роботу оператора, шляхом 
автоматичного вибору индентора і об'єктивів) , функція автоматичного 
повернення в задану позицію по завершенню робочого циклу. 
 
3.8 Об'єкт відновлення - колінчастий вал двигуна КрАЗ -740 
 
Азотований колінчастий вал двигуна Євро-2 КрАЗ-740 (рис. 3.10) 
виготовлений з високоякісної сталі і має п'ять корінних і чотири шатунні 
шийки, пов'язані щоками і пов'язані перехідними галтелями. Для рівномірного 
чергування робочих ходів шатунні шийки колінчастого вала розташовані під 
кутом 90°. 
64 
 
Зміцнення колінчастого вала виробляється азотуванням на глибину 
0,5...0,7 мм, твердість зміцненого шару не менше 600 HV. 
Підведення масла до шатунних шийок проводиться через отвори в 
корінних шийках. 
 
 
Рисунок 3.10 - Азотований колінчастий вал КрАЗ 
 
Для врівноваження сил інерції і зменшення вібрацій колінчастий вал має 
шість противаг, відштампованих заодно зі щоками колінчастого вала. Крім 
основних противаг, є додатковий знімний противагу, напресованими на вал, 
його кутове розташування щодо колінчастого вала визначається шпонкою. 
На хвостовику колінчастого вала виконана шийка, по якій центрируется 
шестерня колінчастого вала і маховик. На задньому торці колінчастого вала 
виконано десять різьбових отворів М16х1,5-6Н для кріплення шестерні 
колінчастого вала і маховика, на передньому торці виконано вісім різьбових 
отворів M12x1,25-6H для кріплення гасителя крутильних коливань [11]. 
Номінальні діаметри шийок колінчастого вала: корінних 95-0,015 мм; 
шатунних 80-0,013 мм. 
Для відновлення двигуна передбачені вісім ремонтних розмірів 
вкладишів (табл. 3.3, 3.4.). 
 
65 
 
Таблиця 3.3 - Таблиця ремонтних вкладишів нижньої головки шатуна 
Позначення Діаметр шатунной Діаметр отвору в кривошипної 
шийки, мм головцішатуна, мм 
740.60-1004058 Р01 79,75 85 
740.60-1004058 Р02 79,5 85 
740.60-1004058 Р03 79,25 85 
740.60-1004058 Р10 80 85,5 
740.60-1004058 Р11 79,75 85,5 
740.60-1004058 Р12 79,5 85,5 
740.60-1004058 Р13 78,25 85,5 
 
Таблиця 3.4 - Таблиця ремонтних вкладишів корінних підшипників 
колінчастого вала 
Позначення Діаметр корінний шийки, мм Діаметр отвору в блоці 
циліндрів, мм 
1005170 Р01 
1005171 Р01 94,75 100 
1005170 Р02 
1005171 Р02 95,5 100 
1005170 Р03 
1005171 Р03 94,25 100 
1005170 Р10 
1005171 Р10 95 100,5 
1005170 Р11 
1005171 Р11 94,75 100,5 
1005170 Р12 
1005171 Р12 95,5 100,5 
1005170 Р13 
1005171 Р13 94,25 100,5 
  
66 
 
3.8.1 Колінчастий вал КрАЗ, зміцнений струмами високої частоти 
 
На двигунах рівня Євро-3 застосовується той же колінчастий вал з 
маркуванням 740.50-1005020, проте з 2008 року для двигунів потужністю до 
320 к.с. включно допускається застосування колінчастих валів зміцнених 
струмами високої частоти з відповідним маркуванням 740.50-1005020-10 [11]. 
Так само в зв'язку з високими питомими навантаженнями, що діють на 
підшипники в двигунах нового покоління, вкладиші двигунів Євро-3 мають 
конструктивні відмінності від раніше випущених, спрямовані на підвищення 
їх працездатності, при цьому змінена маркування вкладишів на 740.60-
1004058 (шатунні), 740.60-1005170 і 740.60-1005171 (корінні). 
При ремонті колінчастого вала допускається перешліфовка корінних і 
шатунних шийок зі зменшенням їх діаметрів на 0,25 мм і застосуванням 
відповідних ремонтних типорозмірів корінних і шатунних вкладишів. 
 
3.8.2 Дослідження ремонтопридатності колінчастих валів двигунів 
КрАЗ 
 
Дослідження проводилося в НТЦ ВАТ «КрАЗ». Об'єкти дослідження: 
- колінчастий вал з зміцненим іонним азотуванням в ВАТ «КрАЗ». 
Заміри мікротвердості виконані в НТЦ, протокол досліджень від 25.06.2004 р 
[8]; 
- колінчастий вал з зміцненням індукційної загартуванням. Заміри 
мікротвердості виконані в НТЦ, протокол досліджень від 07.07.2004 р [8]. 
Дослідження ремонтопридатності колінчастих валів проводилося за 
допомогою виміру мікротвердості по HV0,3 по перетинах, перпендикулярних 
до досліджуваних поверхнях. 
В якості технологічного параметра була обрана мікротвердість 453 HV. 
За результатами замірів будувався графік розподілу мікротвердості по глибині 
зміцненого шару для кожного колінчастого вала. Величина 453 HV- 
мінімальна твердість, яка допускається на шатунних і корінних шийках 
67 
 
колінчастих валів з зміцненням індукційної загартуванням після ремонту 
двигунів КрАЗ. Підтвердженням правильності вибору такої мікротвердості є 
випробування на надійність в обсязі 1000 годин роботи двигуна КрАЗ-740.11-
240, випробування № 311439 ВАТ «НІІТавтопром». Після закінчень 
випробування двигуна колінчастий вал знаходиться в працездатному стані, 
твердість поверхні шийок становить 454 ... 524 HV [8, 9, 11]. 
 
3.9 Методика проведення наплавочних робіт 
 
З метою підвищення зносостійкості, довговічності деталей, економії 
метала і зниження трудовитрат особливо доцільно застосовувати наплавочні 
тверді порошкові сплави. Одним з ефективних механізованих способів 
нанесення покриттів різної товщини порошковими матеріалами, що 
забезпечують мінімальну глибину проплавлення, високу міцність зчеплення 
покриття з основою і мінімальний припуск на механічну обробку, є плазмова 
наплавка. Плазмова наплавка характеризується високою температурою 
стислої дуги близько 10000 - 20000 оС, локальним введенням в виріб теплоти і 
широким діапазоном її регулювання [13]. 
Якість наплавлення шийок залежить від вибору матеріалів дроту, флюсу 
та режимів наплавлення. Виробничі випробування показали, що 
зносостійкість наплавленого шару виходить вище, ніж у Сталь 45. При цьому 
досягається задовільна стабільність дуги, хороше формування наплавлених 
валиків, мала схильність до утворення пір і хороша відділення шлакової кірки. 
Для наплавлення шатунних шийок застосовують спеціальні 
нерегульовані центрозміщувачі, поворотні головки і призми. 
Перед цією операцією масляні канали закривають сумішшю - пісок 
кварцовий сухий, вогнетривка глина, їдкий натр, рідке скло. Суміш швидко 
твердне на повітрі, тому її вводять в отвори безпосередньо перед 
наплавленням. Після наплавлення шийок канали залишаються незаплавлені. 
68 
 
По довжині шийку наплавляють в два прийоми: від лівої галтелі шийки 
до середини за масляне отвір і далі від правої галтелі до стику з наплавлений 
металом (з невеликим перекриттям). 
Такий прийом дозволяє отримати якісний шар наплавленого металу в 
галтелях шийок (без пір, раковин і флюсових включень), гарне проплавлення 
галтелі і зберегти постійний крок наплавлення. 
Режим наплавлення: полярність - зворотна; сила зварювального струму - 
160 - 180 А; напруга дуги - 27-28 В; число обертів вала - 1,5 об / хв; подача 
поздовжня - 3,5 мм / об; зміщення електрода з зеніту - 8 мм; виліт електрода 
16-20 мм [5]. 
Для контролю вала при правці на третій корінний шийки залишають 
незаплавлений поясок поблизу отвору масляного каналу. 
Для поліпшення механічних властивостей наплавленого металу вали 
піддають нормалізації в електричній печі, куди завантажують одночасно 3-4 
вала. Температура нагріву 860-900 °С за 1 годину; витримка при цій 
температурі - 20 хв. Охолоджують деталі на повітрі. 
Перед токарною обробкою вали перевіряють на прямолінійність по биттю 
паска на 3-й корінний шийці і при необхідності правлять на гідравлічному 
пресі з точністю до 0,2 мм [12]. 
 
 
 
Рисунок 3.11 - Установка для плазменно-порошкової наплавки 
(загальний вигляд) 
69 
 
Для виконання поставлених цілей і завдань були використані: установка 
для плазменно-порошкової наплавки УД-209 з випрямлячем зварювальним 
ВДУ-506 (рис. 3.11), охолодження магістральної водою (ГОСТ 2844 - 82), 
захисне середовище аргону (ГОСТ 10157-79). 
 
3.10 Методика дослідження трибологічних характеристик покриттів, 
отриманих плазмовою наплавкою електроерозійнного порошку зі сталі 
Р6М5 
 
3.10.1 Методика проведення мікроскопічного аналізу 
 
Методом оптичної мікроскопії було проведено дослідження 
мікроструктури зразків (по поперечному шліфуванню). 
Інвертований оптичний мікроскоп OLYMPUSGX51- дослідницький 
мікроскоп призначений для отримання в відбитому світлі: світлопольних і 
темнопольних зображень; зображень диференціального інтерференційного 
контрасту (DIC); зображень в поляризованому світлі. Граничне збільшення 
мікроскопа: * 1000 (змінні об'єктиви * 5, * 10, * 20, * 50, * 100) (Рисунок 3.12). 
Мікроскоп OLYMPUSGX51 додатково оснащений прецизійним скануючим 
автоматизованим столом PS 11, цифровою мікроскопною відеокамерою 
SIMAGIS 2P-2Cі системою автоматизованого аналізу зображень 
«SIAMSPhotolab» (SIMAGISResearch) і ImageScopeM. 
 
 
Рисунок 3.12 - Оптичний мікроскоп OLYMPUSGX51 
70 
 
 
Система аналізу зображень «SIAMSPhotolab» являє собою програмний 
продукт, призначений для проведення обробки і аналізу зображень, отриманих 
за допомогою цифрових і аналогових фото- і відеокамер, а також сканерів в 
ході проведення мікро- та макрозйомки. Обробка зображень в 
«SIAMSPhotolab» проводиться в ланцюжку взаємопов'язаних осередків, що 
містять вихідне зображення, результати проміжних етапів обробки, кінцеве 
оброблене зображення і результати вимірювань у вигляді чисел, графіків і 
гістограм. Після створення ланцюжка для обробки нового зразка за заданим 
алгоритмом досить замінити вихідне зображення. При цьому у користувача є 
можливість для візуального контролю і ручного налаштування параметрів 
будь-якого етапу обробки. Крім автоматизованої обробки, система дозволяє 
проводити редагування зображень в ручному і напівавтоматичному режимах. 
В системі передбачена генерація звітів формату MSWordі експорт зображень, 
числових і текстових даних в найбільш поширені формати [16]. 
Поверхню зразків шліфували і полірували. Шліфування виробляли 
металографічним папером з великим (№№ 60-70) і дрібним зерном (№№ 220-
240). У процесі шліфування зразок періодично повертали на 90°. Змивали 
частки абразиву водою і піддавали поліруванню на колі суспензиями з оксидів 
металу Fе3О4, Сr2О3, Аl2О3). Після досягнення дзеркального блиску, поверхня 
шліфа промивали водою, спиртом і просушували фільтрувальним папером. 
 
3.10.2 Методика проведення аналізу зносостійкості покриттів 
 
Коефіцієнт тертя і швидкість зносу поверхні зразків і контртіла 
вимірювали на автоматизованої машині тертя (Tribometer, CSMInstruments, 
Швейцарія), керованої комп'ютером (рисунок 3.13), за стандартною схемою 
випробування «кулька-диск» (рисунок 3.14). Ці випробування дозволяють 
використовувати модель Герца, вони відповідають міжнародним стандартам 
ASTMG99-959 DIN50324 і можуть бути використані для оцінки зносостійкості 
зразка і контртіла [8]. 
71 
 
Високотемпературний трибометр виробництва фірми CSMInstruments-
це унікальний прилад, що забезпечує надвисоку точність при вимірюванні 
зусиль впливу. З його допомогою можна проводити вимірювання зусиль як в 
режимі лінійного повздовжньопоступального, так і обертального рухів. Все 
трибометр компанії CSM мають характерну особливість, яка полягає в тому, 
що при досягненні заздалегідь встановленої граничної величини коефіцієнта 
тертя або при певній кількості циклів, відбувається автоматична зупинка 
експерименту. 
 
  
Рисунок 3.13 -  Схема автоматизованої Рисунок 3.14 - Стандартна схема 
машини тертя випробування «кулька-диск»: 
R - радіус кривизни зносу; r - 
радіус (Tribometer, 
CSMInstruments) 
 
Трибометр компанії CSM поставляются зі спеціальними захисними 
кабінами для проведення дослідницьких робіт в контрольованих умовах 
навколишнього середовища, із змінною вологістю або складом 
мікроатмосфери. Трибометр компанії CSM оснащени датчиком вимірювання 
глибини для відображення інформації про глибину в реальному масштабі часу, 
що дуже важливо для вивчення параметрів зносу матеріалів в залежності від 
часу. 
72 
 
Глибину проникнення штифта або кульки в зразок можна відстежувати в 
постійному режимі при проведенні випробувань за допомогою трибометр. 
Вертикальне переміщення важеля приладу при проведенні випробувань 
безпосередньо пов'язано з глибиною зносу місця контакту. Трибометр 
відтворює зворотно-поступальний рух, що є типовим для цілого ряду 
механізмів, широко застосовуваних у повсякденному житті. Прилад виробляє 
вимір коефіцієнта тертя як при переміщенні вперед, так і назад фази робочого 
ходу, а програмне забезпечення здійснює обробку і узагальнення даних по 
частоті Герца, по статичним параметрами і швидкості зносу зразка. Техніка 
зворотно-поступального руху дуже корисна для вивчення статичного 
коефіцієнта тертя в часі - на відміну від динамічного коефіцієнта тертя, вимір 
якого виробляється в штифт-дискової конфігурації. 
Зразки встановлювали в тримачі, перпендикулярно площині зразка 
закріплювали стрижень, на кінці якого знаходилася кулька діаметром 6мм 
Al2O3 (оксид алюмінію). За допомогою регулювання датчика переміщення 
вибирали радіус кривизни зносу, ще один датчик компенсував силу тертя і 
дозволяв встановити значення коефіцієнта тертя в певний момент часу. 
Підготовка до випробування включала: 
А) три види калібрування 
1) калібрування швидкості і обертання мотора; 
2) калібрування тангенціального зміщення датчика; 
3) калібрування радіусу. 
Б) установку параметрів випробування за допомогою спеціального 
програмного забезпечення (програма InstrumXforTribometer). Задавалася 
наступна, необхідна для випробування інформація: 
1) частота опитування датчика; 
2) дані про навколишнє середовище: 
- температура, 
- вологість; 
3) величина навантаження, при якій буде проводитися випробування; 
4) лінійна швидкість, см/сек; 
73 
 
5) довжина пробігу в метрах або кількість циклів; 
6) інформація про підкладці: 
- матеріал покриття; 
- матеріал підкладки; 
- вид попереднього очищення зразка перед випробуванням; 
7) інформація про контртіло (кульці): 
- матеріал покриття; 
- матеріал контртіла; 
- вид попереднього очищення контртіла перед випробуванням; 
- розмір, мм; 
- геометрія. 
Випробування проводили на повітрі при навантаженні 3 Н і лінійної 
швидкості 10 см/сек, радіусом кривизни зносу 3-6 мм, шлях тертя становив 500 
метрів. 
В результаті проведених випробувань оцінювали зносостійкість зразка і 
статистичного партнера (кульки) за фактором зносу за формулою [9]: 
 
                                                     ���� = ����  ,                                               (3.1) 
(����∙����)
 
де W - інтенсивність зносу, мм3 ∙Н−1 ∙ м−1, 
V - об'єм вилученого матеріалу, мм3, 
P- навантаження, Н, 
���� - шлях тертя, м. 
 
Визначивши діаметр зносу кульки за допомогою оптичного 
інвертованого мікроскопа OlympusGX51, обсяг вилученого матеріалу на 
кульці вважали за такою формулою: 
 
                              ���� = ���� ∙ ℎ2 ∙ ����� − �1�3�ℎ�,                                         (3.2) 
74 
 
2 1�2
де ℎ = ���� − �����2 − ������2� � , 
���� - діаметр зносу, мм; 
���� - радіум кульки, мм; 
ℎ - висота сегмента, мм. 
Обсяг видаленого матеріалу визначали по перетину доріжки зносу на 
поверхні зразка за допомогою автоматизованого прецизійного контактного 
профілометра Surtronic 25 виробництва фірми TaylorHobson. Обсяг 
видаленого матеріалу зразка визначали за формулою: 
 
V= s -l             (3.3) 
 
де l - довжина кола, мм; 
���� площа поперечного перерізу доріжки зносу, мм2. 
Поряд з зносостійкість була вивчена і шорсткість поверхні після 
багаторазових проходів контртіла з досліджуваної поверхні 
експериментальних зразків. Для цього був використаний автоматизований 
прецизійний контактний профілометр SURTRONIC 25. Він застосовується для 
швидкого і точного визначення параметрів шорсткості поверхонь виробів, 
перетин яких в площині вимірювання становить пряму лінію на робочих 
місцях в цехах, контрольних пунктах промислових підприємств, різних 
галузей машинобудування, науково-дослідних інститутах. Вимірювання 
лінійного профілю поверхні проходить шляхом вимірювання вертикального 
відхилення алмазного наконечника (щупа), що переміщається під мінімальним 
навантаженням з постійною швидкістю в умовах механічного контакту зі 
зразком. Surtronic 25 працює як від вбудованих акумуляторів, так і від 
зовнішнього джерела живлення. Surtronic 25 має мультифункціональний порт 
RS-232, за допомогою якого можливо передавати дані на принтер для друку 
або на комп'ютер для подальшого аналізу з використанням додаткового 
програмного забезпечення Talyprofile [18]. 
Програма дозволяє проводити розрахунок параметрів, задавати режими 
75 
 
розрахунку в повній відповідності з міжнародними стандартами. Спеціальні 
функції дозволяють отримувати вертикальне / горизонтальне відображення 
профілю, штучно здійснювати зріз профілю, тим самим симулювати знос 
поверхні, збільшувати окремі ділянки для більш докладного розгляду, 
отримувати інвертований профіль, виключати з розрахунку "небажані" 
ділянки профілю, видаляти форму, а також розраховувати окремо хвилястість 
і шорсткість. За результатами вимірювань визначають поверхневий профіль 
уздовж прямої лінії і за допомогою програмного забезпечення розраховують 
параметри шорсткості поверхні. Прилад може визначати 35 параметрів 
шорсткості згідно зі стандартами ГОСТ 2789-73, ISO, ANSI, JIS, DIN. 
 
3.10.3 Методика проведення аналізу мікротвердості 
 
Випробування твердості зразків по поверхні що шліфують проводили за 
допомогою автоматичної системи аналізу мікротвердості DM-8 за методом 
мікро-Віккерса при навантаженні на індентор 200 г за десятьма відбитками з 
вільним вибором місця уколу відповідно до ГОСТ 9450-76 (Вимірювання 
мікротвердості вдавленням алмазних наконечників). Час навантаження 
індентора склало 15 с [18]. 
 
3.11 Методика проведення виробничих випробувань 
 
Для порівняльних випробувань були досліджені два колінчастих валу: 
перший - з шийками, зміцненими загартуванням ТВЧ по серійної технології; 
другий - зміцнення шийок плазменно-порошкової наплавленням сумішшю. 
Двигуни працювали в спеціальному режимі чотиригодинних 
повторюваних циклів з введенням в моторне масло зі швидкістю 1 г/год 
кварцового пилу з питомою поверхнею 0,56 м2/г (ГОСТ 8002-74). Тривалість 
випробувань двигуна з кожним колінчастим валом становила 140 год. 
Лінійний знос зовнішньої поверхні шийок колінчастих валів визначали 
шляхом проведення метрологічної експертизи по ГОСТ 18509-73.  
76 
 
РОЗДІЛ 4 РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ І 
ЇХ АНАЛІЗ 
4.1 Результати дослідження гранулометричного складу 
електроерозійнного порошка зі сталі Р6М5 
 
Вивчення розподілу за розмірами частинок порошку, отриманого 
методом електроерозійного диспергування з відходів швидкорізальної сталі. 
Дослідження проводилося в два етапи за методом Фраунгофера 
відповідно до ФР 1.27.2009.06762. Спочатку проводилася підготовка проб 
диспергуванням в рідині з подальшим вимірюванням фону. Це необхідно для 
того, щоб знизити вплив вимірювальної рідини перед кожним вимірюванням 
проводять фонове вимірювання. Будь-яке забруднення від попередніх 
вимірювань вимірюється і усувається його вплив на поточний результат. Для 
того, щоб виміряти розподіл часток за розміром, зразок досліджуваного 
порошку об'ємом близько 1-5 г поміщали в модуль для диспергування в рідину 
(об'ємом 500 мл). Вимірювання починалося автоматично, як тільки значення 
абсорбції досягало зазначеної величини. Характеристики дозвіл - 102 каналу 
(20/383 мм); дослідження: діапазон виміру від 0,1 мкм до 1021,87 мкм; 
абсорбція - 11,00%; тривалість вимірювання - 90 (сканів); регуляризація - 
середня модель. 
На рисунку 4.1 представлені інтегральна крива 1 і гістограма 2. Кожна 
точка інтегральної кривої (ліва шкала) показує, скільки відсотків зразка має 
розмір часток менше, або одне даного. Гістограма (права шкала) показує 
кількість зразка з даними розміром частинок. 
В результаті проведених досліджень встановлено, що середній розмір 
часток становить 26,72 мкм, арифметичне значення - 26,725 мкм, питома 
площа поверхні - 6725,95 см2/см3. Встановлено також, що коефіцієнт елонгації 
(подовження) частинок розміром 27,084 мкм становить 2,32. 
77 
 
 
 Розмір мікрочастинок  
 
Рисунок 4.1 - Розподіл за розмірами мікрочастинок зразка 
Порошок з БРС (свердла (робоча рідина гас)): 
1 - Інтегральна крива; 2 – Гістограма 
 
Таблиця 4.1 - Результати дослідження розподілу за розмірами мікрочастинок. 
 Порошок з БРС (свердла (робоча 
рідина гас)) 
D10(10% часток), мкм 5,707 
D50(50% of часток), мкм 27,084 
D90(90% of часток), мкм 48,164 
d[4,3] Об'ємний середній діаметр, мкм 26,72 
d[3,2] Середній діаметр по площі поверхні, мкм 8,92 
d[3,0] Середній діаметр по відношенню до обсягу, мкм 1,41 
d[2,0] Середній діаметр по відношенню до площі, мкм 0,56 
d[1,0] Середній діаметр по відношенню до довжини, мкм 0,34 
Примітка. D50 (50% часток) - 24,034 мкм, тобто частинок, менших або рівних 24,034 мкм 
міститься 50,0% від загального обсягу. 
  
Склад мікрочастинок, % 
Кількість зразків з даним 
розміром, % 
78 
 
4.2 Результати дослідження форми і морфології частинок порошка із 
стали Р6М5 
 
Для вивчення форми і розмірів мікрочастинок на растровому 
електронному мікроскопі «QUANTA600 FEG» були виконані знімки, 
представлені на рисунках 4.2 - 4.5 із зазначенням розмірів деяких частинок. 
  
Рисунок 4.2 – Порошок БРС (х500) Рисунок 4.3 – Порошок БРС (х2000) 
 
  
Рисунок 4.4 – Порошок БРС Рисунок 4.5 – Порошок БРС (х60000) 
(х10000) 
 
Таким чином, на підставі поданих малюнків, порошок, отриманий 
методом ЕЕД з відходів БРС, складається з частинок правильної сферичної 
форми (або еліптичної), неправильної форми (конгломератів). Дослідження 
порошку показали, що його частки мають досить малі розміри, що позитивно 
позначиться на його подальше використання в якості наплавочного матеріалу.  
79 
 
4.3 Результати проведення рентгеноспектрального мікроаналіза 
частинок сталі Р6М5 
 
На рисунках 4.6 - 4.7 представлені результати дослідження морфології та 
складу мікрочастинок. 
 
а) 
 
 
 Енергія, кеВ 
б) Точка 1 
 
 
 Енергія, кеВ 
в) Точка 2 
 
Рисунок 4.6 - Морфологія (а) і склад (б-в) порошку БРС в точках 1-2 
Інтенсивність випромінювання Інтенсивність випромінювання 
80 
 
 
а) 
 
 
 Енергія, кеВ 
б) Точка 3 
 
 
 Енергія, кеВ 
в) Точка 4 
 
Рисунок 4.7 - Морфологія (а) і склад (б-в) порошку БРС в точках 3-4  
Інтенсивність випромінювання Інтенсивність випромінювання 
81 
 
По чотирьох позначеними точкам був проведений елементний аналіз по 
без еталонному методу. Розрахунок зроблений в автоматичному режимі на 
елементну форму. 
 
Таблиця 4.2-Усереднений елементний склад зразка порошку швидкорізальної 
сталі 
Елемент Вага, % Помилка Елемент Вага, % Помилка 
Fe 84,54 0,18 Si 0,27 0,013 
W 6,86 0,13 Ni 0,166 0,008 
Cr 2,79 0,08 Cu 0,141 0,007 
Mo 2,01 0,07 Al 0,016 0,0022 
V 1,00 0,05 Ag 0,009 0,0034 
Mn 0,458 0,023 Ca 0,008 0,0011 
Co 0,329 0,016 Ti 0,0045 0,0008 
Sx 0,287 0,014    
Досліджуваний зразок порошку БРС в якості основних мінералів містить 
залізо, оксиди і карбід заліза, також присутній в невеликій кількості вольфрам. 
Концентрація до нормалізації до 100%, в даному випадку дорівнює 90,5% - 
дане значення говорить про те, що 9,5% складають елементи, які знаходяться 
поза області без еталонного методу визначення елементного складу речовини. 
  
82 
 
4.4 Результати проведення рентгеноструктурного аналізу порошків 
зі сталі Р6М5 
 
Властивості частинок порошку, від яких залежить область їх 
застосування, багато в чому визначаються їх структурою. Для дослідження 
структури частинок отриманих порошків був проведений їх 
рентгеноструктурний аналіз на рентгенівському дифрактометрі. 
В результаті вивчення концентрацій елементного і мінералогічного 
складу зразка, були отримані результати, представлені на рисунку 4.8 і в 
таблиці 4.3. 
Таблиця 4.3 - Основні фази порошку БРС 
№ Основні фази Еталони 
п/п Формула Назва Основне відображення, A №ІCDD 
1 Fe Iron 2,02 6-696 
2 Fe3О4 Magnetite 2,52 75-1609 
3 Fe2О3 Hematite 2,70 89-596 
4 W Tungsten 2,34 88-2339 
5 Fe3C Cohenite 2,01 72-1110 
 
 
Рисунок 4.8 - Фазовий склад порошку швидкорізальної сталі (середа - гас) 
 
Таким чином, на підставі фазового аналізу встановлено, що в порошку, 
отриманому електроерозійним диспергуванням відходів швидкорізальних 
Інтенсивність випромінювання 
83 
 
сталей марки Р6М5 в гасі, основними фазами являются залізо (Fe), магнетит 
(Fe3O4), гематит (Fe2O3), цементит (Fe3C) і вольфрам (W). 
 
4.5 Результати дослідження спікливості 
 
Дослідження проводили на гелієвому піктометрі AccuPyc1340. 
Результати представлені на рисунках 4.9 (знімки поверхні) і 4.10 (елементні 
склади в контрольних точках); а також в таблицях 4.4 - 4.7 
  
Рисунок 4.9 – Поверхня порошка 
 
Таблиця 4.4 - Параметри дослідження щільності порошку до спікання 
Цикл Об’єм Похибка Щільність Похибка щільності Час Температура 
(см3) об’єма (см3) (г/см3) (г/см3) (хв:с) (оС) 
1 1,1434 - 0,0007 5,6149 0,0034 4:55 23,01 
2 1,1423 - 0,00018 5,6203 0,0088 6:04 22,99 
3 1,1426 - 0,0015 5,6188 0,0073 7:17 22,96 
4 1,1439 - 0,0002 5,6124 0,0009 8:29 22,99 
5 1,1433 - 0,0007 5,6151 0,0036 9:43 23,01 
6 1,1445 0,0005 5,6092 -0,0023 10:54 23,10 
7 1,1430 - 0,0011 5,6168 0,0053 12:08 23,02 
8 1,1434 - 0,0007 5,6150 0,0034 13:25 23,03 
9 1,1435 - 0,0006 5,6143 0,0028 14:39 23,05 
10 1,1435 - 0,0005 5,6141 0,0026 15:56 23,01 
 
 
 
84 
 
Таблиця 4.5 - Узагальнені відомості з дослідження щільності до спікання 
Зведені дані Середні значення Стандартна похибка 
Об’єм 1,1441 см3 0,0012 см3 
Щільність 5,6115 г/см3 0,0057 г/см3 
Загальний об’єм пор 0,8218 см3/г  
Температура 23,04 оС  
 
  
а) б) 
  
в) г) 
 
Рисунок 4.10 - Елементний склад порошку, отриманого електроерозійним 
диспергированием БРС в гасі в точках: а) 1; б) 2; у 3; г) 4. 
 
 
 
 
85 
 
Таблиця 4.6 - Параметри дослідження щільності порошку після спікання 
Цикл Об’єм (см3) Похибка об’єма Щільність Похибка щільності Час (хв:с) Температура (оС) 
(см3) (г/см3) (г/см3) 
1 0,7490 -0,0143 5,7942 0,1086 6:47 23,34 
2 0,7522 0,0112 5,7699 0,0842 7:54 23,38 
3 0,7612 -0,0022 5,7019 0,0162 9:06 23,36 
4 0,7599 -0,0035 5,7112 0,0256 10:14 23,39 
5 0,7612 -0,0016 5,6972 0,0115 11:21 23,36 
6 0,7656 0,0022 5,6688 -0,0169 12:29 23,37 
7 0,7677 0,0043 5,6535 -0,0321 13:42 23,39 
8 0,7649 0,0015 5,6738 -0,0118 14:55 23,4 
9 0,7645 0,0011 5,6768 -0,0088 16:33 23,36 
10 0,7627 -0,0007 5,6902 0,0046 17:44 23,37 
 
Таблиця 4.7 - Узагальнені відомості з дослідження щільності після спікання 
Зведені дані Середні значення Стандартна похибка 
Об’єм 0,7634 см3 0,0058 см3 
Щільність 5,6856 г/см3 0,0440 г/см3 
Загальний об’єм  пор 0,8241 см3/г  
Температура 23,38 оС  
 
Зразки, отримані в результаті експериментів з електроерозійного 
порошку швидкорізальної сталі Р6М5, мають щільність близько 5,7 г/см3, що 
відповідає нормі пористого заліза (таблиця 4.8). 
Таблиця 4.8 - Властивості пористого заліза 
Матеріал Щільність, Тимчасовий Відносне Твердість Ударна 
г/см3 опір, МПа подовження, % НВ, МПа в'язкість, 
Пористе / 2 
5,1 - 6,6 100 - 220 5 - 13 350 - 800 30 - 100 
залізо 
Пористе залізо являється найпростішим типом антифрикційного 
матеріалу, іелектроерозіонний порошок швидкорізальної сталі Р6М5, можна 
використовувати для його отримання. 
  
86 
 
4.6 Результати дослідження мікроструктури, елементного складу та 
мікротвердості спеченого зразка 
 
Представлені результати дослідження мікроструктури в графічному 
форматі. На рисунку 4.11 відзначені точки, з яких було знято елементний 
склад. Результати елементного складу представлені на рисунках 4.12 - 4.14. 
Мікротвердість зразка представлена в таблиці 4.9. 
 
 
 
Рисунок 4.11 - Знімки поверхні спеченого зразка із зазначенням 
контрольних точок 
 
Таблиця 4.9 - Результати дослідження мікротвердості зразка 
Замір Навантаження HV 0,3 
1 115 
2 419 
3 419 
4 107 
5 257 
6 208 
7 117 
8 260 
9 132 
10 84,9 
Середнє 212 
 
87 
 
 
 
Рисунок 4.12 - Контрольна точка 1 
 
 
 
Рисунок 4.13 - Контрольна точка 2 
 
88 
 
 
 
Рисунок 4.14 - Контрольна точка 3 
 
Встановлено, що середня мікротвердість становить 212; основними 
елементами є Fe, W, V, Cr. 
  
89 
 
4.7 Результати дослідження плазмових покриттів 
 
Для проведення намічених досліджень були взяті 3 зразка сталі 30ХГСА. 
Методом плазменно-порошкової наплавки на них були нанесені покриття з 
використанням електроерозійних частинок стали Р6М5. 
 
4.7.1 Мікроскопічний аналіз 
 
Результати дослідження мікроскопічного аналізу зразків по 
поперечному шліфують представлені в графічному форматі на рисунку 4.15. 
 
  
а) б) 
 
в) 
 
Рисунок 4.15 - Мікроструктура зразків (OLYMPUSGX51): а) - Зразок 1 
(х200); б) - Зразок 2 (х200); в) - Зразок 3 (х200).  
90 
 
4.7.2 Аналіз характеристик зносостійкості і шорсткості зразків 
 
Випробування проводили на повітрі при навантаженні 3 Н і лінійної 
швидкості 10 см/сек, радіусом кривизни зносу 3-6 мм, шлях тертя становив 500 
метрів. 
Після випробувань були вивчені поверхні руйнування обох компонентів 
пари терня: 
- контртіла (кульку) і зразка 1 (Рисунок 4.16); 
- контртіла (кульку) і зразка 2 (Рисунок 4.17); 
- контртіла (кульку) і зразка 3 (Рисунок 4.18). 
  
а) знос контртела Al2O3 (оксид б) доріжка зносу на зразку 1 
алюмінію) 
(OLYMPUSGX51, х100) 
 
 
в) профіль борозенки зносу поверхні зразка 1 
 
Рисунок 4.16 - Поверхні руйнування в першому експерименті 
91 
 
 
  
а) знос контртела Al2O3  б) доріжка зносу на зразку 2 
(оксид алюмінію) 
(OLYMPUSGX51, х100) 
 
 
в) профіль борозенки зносу поверхні зразка 2 
 
Рисунок 4.17 - Поверхні руйнування в другому експерименті 
 
  
92 
 
 
  
а) знос контртела Al2O3 б) доріжка зносу на зразку 3 
(оксид алюмінію) 
(OLYMPUSGX51, х100) 
 
 
в) профіль борозенки зносу поверхні зразка 3 
 
Рисунок 4.18 - Поверхні руйнування в третьому експерименті 
 
Ширина доріжки зносу в першому випадку склала 469 мкм., у другому - 
468 мкм., в третьому - 431 мкм. 
Визначено шорсткість зразків з плазмовим покриттям, яка становить (Ra) 
= 0,73 мкм. 
Діаграми шорсткостей з автоматизованого прецизійного контактного 
профілометра SURTRONIC25 представлені на рисунку 4.19. 
93 
 
 
а) зразок 1; 
Рисунок 4.19 - Графічне представлення даних про шорсткості з 
профілометра SURTRONIC25. 
 
Значення коефіцієнта тертя і фактора зносу w, отримані при 
випробуваннях, наведені на малюнку 4.20 і в таблиці 4.9. 
 
Таблиця 4.10 - Трибологічні характеристики досліджуваних зразків 
№ Коефіцієнт тертя (ц) 
Мікротверді Фактор зносу Фактор зносу 
сть поверхні статистичнрго зразка, 
min max mean Std. dev. по Віккерсу, партнера, мм3 ∙ мм3 ∙ Н−1
HV0.2 Н−1 ∙ м−1х10−5 ∙ м−1х10−5 
1 0,36 0,18 0,78 0,71 0,09 0,73 337 0,131 5,263 
2 0,206 0,175 0,85 0704 0,07 1,25 341 0,396 6,821 
3 0,01 0,01 0,8 0,665 0,143 1,52 334 0,108 7,789 
 
Порівняння результатів випробувань зразків показує, що найкращі 
результати зносостійкості (найкращий фактор зносу) і шорсткості має зразок 
1. 
Початковий 
Шороховатість 
поверхні (Ra), мкм 
94 
 
 
 
Рисунок 4.20 - Вимірювання зростання коефіцієнта і сили тертя на шляху 
тертя 500 м. 
 
4.7.3 Аналіз мікротвердості 
 
Результати вимірювань наведені в таблиці 4.11. 
Таблиця 4.11 - Мікротвердість зразків по Віккерсу (HV0,2) 
№ 1 зразок 2 зразок 3 зразок 
1 335 240 322 201 302 245 
2 332 216 337 200 274 244 
3 373 247 353 233 313 230 
4 345 225 342 222 297 255 
5 327 249 330 235 325 250 
6 330 241 335 238 304 235 
7 293 238 385 248 337 240 
8 279 255 367 237 388 211 
9 373 240 340 247 412 208 
10 379 277 305 267 389 209 
Середнє значення (одиниці вимірювання) 
HV 337,0 243,00 341,0 233,00 334,0 233,0 
ГПа 3,370 2,430 3,410 2,330 3,340 2,330 
Стандартне відхилення 33,16 16,50 22,57 20,70 46,49 17,59 
 
Поверхня 
Шліф (приповерхнева 
зона) 
Поверхня 
Шліф (приповерхнева 
зона) 
Поверхня 
Шліф (приповерхнева 
зона) 
95 
 
Розкид значень мікротвердості по поверхні пов'язаний з 
пробопідготовкою поверхні зразка. 
Середнє значення мікротвердості покриття, отриманого ППН 
електроерозійних порошків швидкорізальної сталі, більше мікротвердості 
підкладки в середньому в 1,4 рази. 
 
4.8 Результати виробничих випробувань 
 
Результати порівняльних випробувань представлені на рисунку 4.21. 
Оскільки порівняльні прискорені випробування для кожного з 
колінчастих валів проводився з однаковими закономірностями прискорення 
процесу втрати надійності, то отримані результати можуть порівнюватися 
один з одним. За результатами порівняльних прискорених випробувань знос 
шийок колінчастого вала 2, зміцненого плазменно-порошкової наплавленням, 
в середньому 1,5 рази нижче, ніж у валу 1, зміцненого загартуванням ТВЧ, як 
це виконується за серійною технологією. 
 
 
Рисунок 4.21 - Порівняння кривих зносу нового і відновленого валів: 
1 - Крива зносу нового вала; 
2 - Крива зносу вала, відновленого ППН. 
 
  
96 
 
РОЗДІЛ 5 РЕАЛІЗАЦІЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕНЬ І ЇХ ТЕХНІКО-
ЕКОНОМІЧНА ОЦІНКА 
5.1 Експлуатаційні випробування колінчастих валів, відновлених за 
рекомендованою технологією 
 
Колінчастий вал двигуна КрАЗ-740, відновлений за запропонованою 
технологією, був встановлений на двигун автомобіля в умовах ТОВ 
«Технічний центр» 05.06.2024 р. 
Пробіг автомобіля з відновленим валом визначимо за формулою: 
 
                                              ���� = ����доб ∙ ����                                                  (5.1) 
 
де ����доб − середній добовий пробіг автомобіля, км; 
n - кількість днів експлуатації. 
Отримуємо: 
 
���� = 240 ∙ 334 = 80160 км 
 
Порівняння зносу відновленої деталі з зносом звичайної за той же час і 
за тих же умов роботи виявило перевагу відновленого колінчастого валу. 
Далі представлений розроблений технологічний процес по відновленню 
колінчастих валів автомобіля КрАЗ плазменно-порошковим наплавленням з 
використанням електроерозійних матеріалів. 
 
5.2 Технологічні рекомендації 
 
Представлений розроблений технологічний процес по відновленню 
колінчастих валів автомобіля КрАЗ. 
 
 
97 
 
Таблиця 5.1 - Порядок операцій наплавних робіт по колінчастого валу КрАЗ-
740 
Найменування операції Обладнання і пристрої Інструменти й матеріали 
Зачистити корінну 
1 шийку до металевого Верстат слюсарний Шкурка шліфувальна 
блиску 
Заглушити отвори Азбестоцементна суміш, 
2 олійних каналів, Верстат слюсарний молоток слюсарний, шкурка 
зачистити поверхню шліфувальна 
Підігріти корінну шийку Установка для плазменно-
до 200 °С; плазмовою порошкової наплавки УД- Аргон ГОСТ 10157-79; 
3 дугою без подачі 209, випрямляч магістральна вода ГОСТ 2844 - 
порошку зварювальний ВДУ-506 82 
Установка для плазменно- Аргон ГОСТ 10157-79; 
4 Наплавить корінну порошкової наплавки УД- магістральна вода ГОСТ 2844 - 
шийку 209, випрямляч 82; порошкові електроерозійні 
зварювальний ВДУ-506 матеріали 
 
Таблиця 5.2 - Технологічний процес відновлення колінчастих валів двигуна 
КрАЗ-740 плазменно-порошкової наплавленням 
Найменування 
операції Обладнання і пристрої Інструменти й матеріали 
005 мийна установка для мийки МС-6; МС-8; Лабомід-102; ганчір'я обтиральні 
колінчастих валів МД-2 ГОСТ 5354-79 
суспензія ТУ 6-14-1009-74; індикатор ИЧ-10 кл. 
010 дефектовочна стіл дефектовщика ПМД-70 ГОСТ 577-68; мікрометри по ГОСТ 438180; 
МК50-75 
015 шліфувальна верстат круглошліфувальний 
3А423 круг шліфувальний ПП 90-50-305 
020 контрольна стіл дефектовщика ПМД-70 мікрометр МК 75-100 ГОСТ4381-80 
графітовий стержень 3908-0092 ГОСТ6070-80 
025 слюсарна молоток слюсарний 
ГОСТ 2310-77 или азбестоцементна суміш; уайт-спірит 50 гр. 
ГОСТ 3134-78 
установка для плазменно-
030 наплавочна порошкової наплавки УД- 209, вольфрамовий стрижень, порошкові 
випрямляч зварювальний ВДУ- електроерозійні матеріали 
506 
035 термічна електропіч  камерна  
СН 36х12х4/10Н/ - 
 
 
 
 
№ Номер 
операции операції 
98 
 
Продовження таблиці 5.2 
040 контрольна операція стіл дефектовщика ПМД-70 суспензія ТУ 6-14-1009-74, індикатор ІЧ- 10КЛ 
ГОСТ 577-68; МК 75-100 ГОСТ 4381-80 
045 транспортна кран-балка - 
050 шліфувальна верстат круглошліфувальний ПП-90-32-305 
3А423 92А40СМ7К5 кл2 ГОСТ2424-83 
055 контрольна стіл дефектовщика ПМД-70 індикатор ІЧ-10КЛ ГОСТ 577-68; мікрометр МК 
50-75 
060 шліфувальна верстат круглошліфувальний ПП-90-32-305 92А40СМ7К5 кл 2 ГОСТ2424- 83; 
3А423 олівець 3908-0092 ГОСТ 6070-80 
065 контрольна стіл дефектовщика ПМД-70 мікрометри по ГОСТ 4381-80; МК50-75 
070 слюсарна пристосування для накатки 
галтелів, шліфування, свердло твердосплавне Ф=7мм ГОСТ6647-86; 
зенкерування зенковка конічна Ф=10 мм ГОСТ 14953-79 
075 транспортна кран-балка - 
080 полірувальна пристосування для паста ГОІ 
полірування 
085 контрольна стіл дефектовщика ПМД-70 мікрометри по ГОСТ 4381-80; МК50-75; 
МК75-100 
090 слюсарна стіл слюсарний ганчір'я, компресор 
095 консервація - консервант 
100 транспортна кран-балка - 
 
5.3 Розрахунок економічної ефективності технології відновлення 
зношених колінчастих валів 
 
Розрахунок економічної ефективності впровадження типового 
технологічного процесу відновлення колінчастих валів з аварійними 
дефектами у вигляді зносу поверхонь шийок виконаний на прикладі 
колінчастого вала для двигуна КрАЗ-740 з урахуванням умов ділянки 
відновлення з річною програмою 50 колінчастих валів в рік. 
Відсутність ефективної і недорогий технології відновлення колінчастих 
валів двигунів автомобілів з аналогічними аварійними дефектами (особливо 
іноземних марок) призводить до їх замін на нові. Отже, економічну 
ефективність визначали в порівнянні з вартістю нової деталі: 
Розрахунок економічного ефекту зроблений за формулою [13]: 
 
                  ���� = �Ц ∙ ℎ ∙ ����1+��������н − (���� + ���� ∙ ����) ∙ ���� �,                            (5.2) 
����2+���� ���� ������������
����
 
99 
 
де ���� - економічний ефект, грн.; 
    Цн - оптова ціна нової деталі даного найменування, грн.; 
     ℎ - коефіцієнт обліку витрат на доставку нових деталей (дорівнює 
1,1); 
     ����1 і  ����2 - величини, зворотні термінів служби нової та відновленої 
деталі; 
     �������� - нормативний коефіцієнт ефективності капітальних вкладень 
(дорівнює 0,15); 
      ���� - собівартість відновлення деталей мул ремонтно-технологічному 
обладнанні за пропонованою технологією, грн.; 
      ���� - питомі капітальні вкладення на придбання і установку ремонтно-
технологічного обладнання, грн.; 
     ���� - річний обсяг відновлюваних деталей, шт. 
Відношення ����1+�������� - прийнято рівним 0,91, виходячи з відношення 
����2+��������
ресурсу роботи нового (100%) і відновленого (90%) колінчастого вала по 
втомної міцності. Для розподільних валів це відношення прийнято рівним 1. 
Згідно «Рекомендацій на підставі обґрунтованої застосування 
технологічних процесів відновлення колінчастих валів автомобілів двигунів 
ЗМЗ-53 і ЗИЛ-130» [19] формула 5.2 може приймати трохи спрощений вид 
(5.3). Тоді річний економічний ефект, який може бути отриманий при 
відновленні колінчастих валів рекомендованим способом замість чинного 
способу, визначається за формулою: 
 
                      Е = �ℎ ∙ Цн ∙ Кпр − (Свос + Ен ∙ К)� ∙ ����������������,                       (5.3) 
 
де ℎ - коефіцієнт, що враховує витрати з доставки деталей на ремонтне 
підприємство (дорівнює 1,1); 
Цн- оптова ціна виробництва нового колінчастого вала, грн. 
Кпр- коефіцієнт приведення ціни колінчастого вала, відновленого 
рекомендованим способом до ціни колінчастого вала, відновленого чинним 
100 
 
способом (при відсутності чинного техпроцесу за основу порівняння 
приймається ціна нового коленвала); 
Ен- нормативний коефіцієнт ефективності капітальних вкладень Ен= 
0,15; 
����������������- річна програма відновлення колінчастих валів, шт; 
К - питомі капітальні вкладення, руб. розраховуються за формулою: 
 
                                                       К = Боб+Босн+Ббуд ,                               (5.4) 
����������������
 
Боб - балансова вартість обладнання, передбаченого техпроцесом 
відновлення колінчастого вала, грн; 
Босн - балансова вартість технологічного та контрольно-вимірювального 
оснащення, передбаченої техпроцесом, грн; 
Ббуд- балансова вартість будівлі, в якому розміщені ділянку або лінія по 
відновленню колінвалів, грн; 
Свос + Ен ∙ К - наведені витрати на відновлення коленвала з урахуванням 
його залишкової вартості (визначається за ціною металобрухту), грн; 
Свос- собівартість відновлення одного клонували, грн. 
Собівартість відновлення є одним з основних економічних показників, 
який характеризує досконалість технологічного процесу. 
Розраховується за формулою [17]: 
 
Свос = Сзал + См + Сз + Са + Сп.р + Сцех + Сзав + Спз + Сдоп , грн., (5.5) 
 
де Сзал- залишкова вартість колінчастого вала; зазвичай визначають за 
ціною металобрухту. Якщо ремонтний фонд зібраний на інших підприємствах, 
то у вартість зношеного колінчастого вала входить 20% -ва добавка за збір і 
сортування деталей. 
См - витрати на матеріали включають всі витрати на всі матеріали, що 
застосовуються для відновлення даного колінчастого вала; 
101 
 
Сз- зарплата з нарахуваннями; 
Са- витрати на амортизаційні відрахування по обладнанню, оснащенні та 
будівлі; 
Сп.р - витрати на утримання та поточний ремонт обладнання; 
Сцех- цехові витрати; 
Сзав- загальнозаводські витрати; 
Спз- позавиробничі витрати; 
Сдоп- допоміжні витрати (витрати на електроенергію, воду, стиснене 
повітря). 
Для того, щоб визначити, який із двох способів наплавлення 
(рекомендований або діючий) забезпечує більший економічний ефект, їх 
порівняння слід проводити в умовах застосування на одному підприємстві, 
тобто вважати, що відновлення колінвалів однієї марки ведеться чинним 
способом і буде вестися рекомендованим способом при однакових річних 
програмах відновлення; однаковій кількості усуваються дефектів; 
використанні на всіх операціях, крім операцій наплавлення шийок, однакового 
обладнання (дефектувальних, мийного, обладнання для механічної обробки і 
ін.) і оснащення. 
При цих умовах в структурі собівартості колінчастих валів однієї марки, 
відновлених рекомендованим і чинним способами, що становлять 
Са,Сп.р,Сцех,Сзав, Спз будуть мати близькі значення, а складові Сдоп будуть 
мати настільки малі в порівнянні з іншими складовими значення, що ними 
можна знехтувати. Таким чином, відмінність собівартостей відновлення 
колінвалів рекомендованим і чинним способами за формулою 5.5 визначається 
величинами витрат на матеріали для відновлення і зарплати з нарахуваннями. 
А відмінність в річному економічному ефекті за формулами 5.3 і 5.4 – 
величинами приведених витрат на відновлення, які є функціями собівартості 
відновлення і балансової вартості обладнання для відновлення. 
Основними резервами зниження собівартості відновлення деталей є: 
102 
 
• зниження трудомісткості процесів відновлення за рахунок підвищення 
рівня механізації і автоматизації виробництва; 
• зменшення питомої енергоємності процесів, тобто зменшення витрат 
електроенергії, газу, пари, стисненого повітря в розрахунку на одиницю 
площі відновлюваної поверхні; 
• застосування прогресивних процесів, що базуються на способах 
пластичної деформації, нарощуванні з мінімальними припущеннями на 
136 подальшу обробку, застосування полімерних матеріалів за умови 
забезпечення заданої якості відновлених колінчастих валів; 
• збільшення розміру партій і програм відновлення однотипних деталей. 
Підставляючи необхідні дані в формули 5.4 і 5.5, отримуємо наступне: 
 
Б
К = об + Босн + Ббуд 20000000
���� = = 400000 грн 
������������ 50
 
Свос ≈ 6000грн 
 
Отримавши значення собівартості відновлення колінчастих валів за 
рекомендованою технологією і величини питомих капітальних вкладень на 
придбання і установку ремонтно-технологічного обладнання, можна 
розрахувати економічний ефект від впровадження рекомендованої технології 
на підприємство за формулою 5.2, або 5.3. 
 
Е = �ℎ ∙ Цн ∙ Кпр − (Свос + Ен ∙ К)� ∙ ���������������� =
= [1,1 ∙ 90000 ∙ 0,91 − (6000 + 0,15 ∙ 400000)] ∙ 50 =
= (90090 − 6600) ∙ 50 = 1204500грн 
 
Таким чином, економічна ефективність від впровадження 
запропонованого технологічного процесу відновлення колінчастого вала 
методом плазменно-порошкової наплавкіелектроерозіоннимі порошками на 
підприємстві ТОВ «Технічний центр» склала 1204500 грн.  
103 
 
ВИСНОВКИ 
 
В кваліфікаційній магістерській роботі вирішена важлива науково-
практична задача, спрямована на вдосконалення на основі наукових 
досліджень технології відновлення і поверхневого зміцнення зношених 
деталей автомобілів шляхом застосування плазмових покриттів на основі 
електроерозійних матеріалів, які забезпечать заданий ресурс. 
1. Виконано аналіз дефектів колінчастих валів автомобілів, а також 
аналіз методів їх відновлення. Відзначено, що значну частину дефектів 
складають задири і знос шийок. Раціональним способом відновлення 
зношених поверхонь колінчастих валів є метод плазменно-порошкового 
наплавлення з використанням електроерозійних порошків сталі Р6М5 як 
наплавочного матеріалу. 
2. Вивчення теоретичних основ відновлення деталей показало 
доцільність підвищення ресурсу колінчастих валів, що вийшли з останнього 
ремонтного розміру, методом плазменно-порошкового наплавлення з 
використанням електроерозійних порошкових матеріалів. 
3. Виконано аналіз матеріалів, використовуваних для ППН деталей, і 
технологічних особливостей отримання матеріалів електроерозійним 
диспергуванням. В результаті проведених досліджень встановлено, що: 
- середній розмір часток становить 26,72 мкм, арифметичне значення - 
26,725 мкм, питома площа поверхні - 6725,95 см2/см3. Встановлено також, що 
коефіцієнт елонгації (подовження) частинок розміром 27,084 мкм становить 
2,32 - 10% від загального обсягу частинок мають нанорозмір. 
- порошок, отриманий методом ЕЕД з відходів БРС, складається з 
частинок правильної сферичної форми (або еліптичної), неправильної форми 
(конгломератів). Дослідження показали, що частинки мають досить малі 
розміри, що позитивно позначиться на подальшому використанні в якості 
наплавлювального матеріалу. 
104 
 
- досліджуваний зразок порошку БРС в якості основних компонентів 
містить залізо, оксиди і карбід заліза, також присутній в невеликій кількості 
вольфрам. 
- в порошку, отриманому електроерозійним диспергуванням відходів 
швидкорізальних сталей марки Р6М5 в гасі, основними фазами є залізо (Fe), 
магнетит (FeO), гематит (FeO), цементит (FeC) і вольфрам (W). 
- порошок, отриманий з відходів сталі Р6М5 в середовищі, може успішно 
застосовуватися для відновлення деталей автомобільних двигунів ППН, тому 
що відповідає оптимальному розміру частинок і має в своєму складі карбід 
вольфраму WC. 
4. Проведено дослідження спікливості отриманого порошкового 
матеріалу. Методом ізостатичного пресування з подальшим спіканням був 
отриманий спечений зразок. Поверхня виробу однорідна і має малу 
пористість. Щільність виробу склала близько 5,7 г/см3, що відповідає нормі 
для пористого заліза і дає можливість отримання антифрикційних матеріалів. 
Подальші дослідження спеченого зразка показали, що середня мікротвердість 
становить 212; основними елементами є Fe, W, V, Cr. 
5. Експериментально встановлено, що середнє значення коефіцієнта 
тертя (р) у плазмового покриття: зразок 1 - 0,709; зразок 2 - 0,704; зразок 3 - 
0,665. Зазначено, що зносостійкість зразка з плазмовим покриттям вище 
зносостійкості підкладки. Визначено шорсткість зразків з плазмовим 
покриттям, яка становить (Ra): зразок 1 - 0,73 мкм; зразок 2 - 1,25 мкм; зразок 
3 - 1,52 мкм. 
Середнє значення мікротвердості покриття, отриманого ППН 
електроерозійних порошків швидкорізальної сталі, більше мікротвердості 
підкладки в середньому в 1,4 рази. 
6. Розроблено технологію відновлення і зміцнення колінчастих валів 
методом плазменно-порошкової наплавки з використанням в якості 
наплавочного матеріалу електроерозійного порошку, отриманого з відходів 
швидкорізальної сталі марки Р6М5 методом електроерозійного диспергування 
в вуглецевмісної робочої рідини (гасі). 
105 
 
7. За результатами виробничих випробувань встановлено, що тривалість 
роботи колінчастого валу, відновленого методом ППН із застосуванням 
електроерозійних матеріалів, в 1,5 рази збільшилася в порівнянні з новим, 
промислово-виготовленим валом. Так, при введенні абразивного матеріалу, 
що містить фракцію розміром 0,1 .... 0,4 мм час роботи відновленого колін-
валу склало 13,5 годин, а час роботи нового вала без зносу номінального 
розміру склало 9 год. 
8. Розроблені технології і обладнання пройшли випробування і 
впровадження: на підприємтсві ТОВ «Технічний центр» представник 
сервісної служби КрАЗ в м. Черкаси. Загальний очікуваний економічний ефект 
від впровадження складе 1204500 грн. на рік. 
  
106 
 
ПЕРЕЛІК ДЖЕРЕЛ ПОСИЛАННЯ 
 
1. В.І. Кальченко, В.В. Кальченко, В.І. Венжега Відновлення деталей 
автомобілів: Навчальний посібник.– Чернігів: ЧНТУ, 2013. – 192с.;  
2. Говорущенко Н.Я. Технічна експлуатація автомобілів - До., Вища 
школа, 1994 - 256 с. 
3. Положення про технічне обслуговування і ремонт рухомого 
складу автомобільного транспорту, К., Транспорт, 1998 - 115 с. 
4. Матвєєв В.Г., Пустоваров С.Д. Технічне нормування ремонтних 
робіт в сільському господарстві - К., Колос, 2009 - 204 с. 
5. Офіційний сайт компанії ТОВ АРАМІС - http://aramis.com.ua/ru 
[Електронний ресурс]. 
6. Чередніков О.М. Технологічні основи ремонту машин і 
відновлення деталей: Навчальний посібник.– Чернігів:ЧДТУ, 2008. – 212с. 
7. Лудченко О.А. Технічне обслуговування і ремонт автомобілів: 
організація і управління: Підручник. –К.:Знання-Прес, 2004 –478с.  
8. W.A. Livesey, A. Robinson (2010). The Repair of Vehicle Bodies. 
ISBN-10: 0750667532. 
9. 19. James E. Duffu (2011). Auto Body Repair Technology. ISBN-10: 
0750667532. 
10. Спеціальні покриття в машинобудуванні [Текст]: навч. посіб. / 
А.Г. Фесенко, М.М. Убізький, О.В. Кулик, Д.І. Шевчук. – Д: РВВ ДНУ, 2009 – 
92 с. 
11. Технології відновлення і зміцнення деталей електрообладнання з 
використанням композиційних матеріалів: монографія / М. М. Заблодський [та 
ін.]. - К. : НУБіП України, 2022. - 268 с. 
12.  Фесенко А.Г. Методи поверхневого зміцнення у процесі 
виготовлення деталей машин [Текст]: навч. посіб. / А.Г.Фесенко та [ін.] – Д.: 
РВВ ДНУ, 2015. – 104 с.  
13. Жерновий А.С., Лесько В.І., Свідерський А.Т. Ремонт машин: 
Конспект лекцій. – К.: КНУБА, 2005. – 108 с.  
107 
 
14.  Сідашенко O.I. Ремонт машин та обладнання: Підручник. / O.I. 
Сідашенко та ін.; за ред. проф. О.І. Сідашенка, О.А. Науменка. - К.: Агроосвіта, 
2014. - 665 с. 
15.  Молодик Н. В. Підвищення якості відновлення деталей машин / 
Н. В. Молодик. — К : Урожай, 1978. — 175 с. 
16. Лузан С.О. Класифікація типових модульних сполучень деталей 
засобів транспорту / С.О. Лузан // Вісник ХНТУСГ ім. П. Василенка. - Харків: 
2014. - Вип. 151.-С. 101-107. 
17. Чередніков О.М. Технологічні основи ремонту машин і 
відновлення деталей: Навчальний посібник.– Чернігів:ЧДТУ, 2008. – 212 с.
ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
