ГЛАВА 2
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Выбор материалов
В качестве объектов исследования взяты разработанные сплавы, металлическая матрица, которых соответствует составу стали 12Х18Н9Т, а упрочнителем служит диборид титана и монокарбид ванадия [113, 114].
Химический и фазовый состав сплавов приведен в табл. 2.1. Упрочняющей фазой в сплаве ТН служит диборид титана TiB2. В сплаве ВТН присутствуют две упрочняющие фазы - карбид ванадия VC и диборид титана TiB2. В сплаве ХТН упрочняющей фазой является хромистый диборид титана (Ti,Cr)B2, который образуется путем замещения хромом около половины титана в соединении TiB2. Если характеризовать фазовый состав сплавов более строго, то следует указать, что равновесные фазы в этих сплавах обладают некоторой взаимной растворимостью и поэтому в металлической матрице растворено несколько процентов (более точно это значение не определялось) борида титана и карбида ванадия, а в упрочняющих фазах соответственно растворено несколько процентов железа хрома и никеля.
Структура сплавов формируется в процессе эвтектической кристаллизации соответствующих пяти- и семикомпонентных систем. Состав сплавов в этих системах выбирали таким образом, чтобы он соответствовал моновариантным эвтектикам без избыточных кристаллов. Формирование структуры при кристаллизации этих сплавов происходило по тому же механизму, по которому кристаллизуются квазибинарные эвтектики металлов с фазами внедрения [115].
В переохлажденной жидкости эвтектического состава сначала образуются зародыши фаз внедрения (например, зародыш диборида титана в сплаве ТН).
Из зародышей достигающих критического размера, вырастают правильной формы кристаллы, называемые базовыми, поскольку они служат базой роста эвтектических колоний.
Таблица 2.1
Химический и фазовый состав эвтектических сплавов
Маркирование сплавовСодержание компонентов,
% по массеФазовый составТвердость, НВТемпература плавления, °СCrNiTiVBCFeМатрицаУпроч-
нительтн17.77.88.9-4.0-ост18Сr9NiTiB23801200втн15.47.73.28.11.41.9ост18Сr9NiVC+TiB24701185хтн20.58.62.5-2.6-ост18Cr9Ni(Ti,Cr)B23701220 Каждая такая эвтектическая колония представляет собой бикристальное образование, скелетом которого служат пластинчатообразные монокристаллы фаз внедрения, выросшие на базовом кристалле. В промежутках между этими пластинчатыми кристаллами расположена матричная металлическая фаза- твердый раствор на основе - или -железа. Большое значение отношения длины пластинчатых кристаллов к их толщине (более 100) создает естественную армировку упрочняющими кристаллами.
Сплавы систем 12Х18Н9Т-TiB2, 12Х18Н9Т-TiB2-VC, 12Х18Н9Т-CrB2 для изучения фазового состава, структуры, свойств и испытания на трения и износ приготовлялись в лабораторной электродуговой печи в Институте металлофизики НАН Украины. Выплавление слитков проводилось в атмосфере гетерированного аргона вольфрамовым нерасходуемым электродом. Конструкция печи позволяет получить в камере предварительный вакуум 1•10-3 мм.рт.ст. и надежно проводить плавку тугоплавкого металла.
В печи приготовлялись слитки сплавов весом от 30 до 50 г. Равномерность распределения компонентов достигалась четырехкратной переплавкой с промежуточными переворачиванием сплава. Контроль состава осуществлялся избирательно химическим анализом, а также контролем всей партии по разности веса шихты и полученного слитка. Сплавы, для которых указанная разность превышала 2% от начального веса, отбраковывалась и изготовлялась заново.
С целью уменьшения потерь при плавке бор вводился в виде лигатуры состава FeB (16,2 вес % В), которая приготовлялась путем переплавки в этой же печи спрессованных при давлении 15МПа таблеток, тщательно перемешанных порошков кристаллического бора и карбонильного железа. Шихтовка металлической матрицы сплавов состава стали 12Х18Н9Т производилась листовой промышленной сталью этой марки. Для уменьшения выгорания и разбрызгивания электрической дугой шихтовых материалов ферробор, углерод, ванадий, титан закладывались на дно лунки и сверху закрывались гранулами железа либо пятачками стали.
2.2 Испытания на трение и износ
В процессе трения и износа на поверхности и в приповерхностных слоях металлов в зависимости от условий трения возникают и развиваются механические и физико-химические процессы, которые обуславливают количественные характеристики процессов трения и износа, а также изменение количественного состояния поверхностных слоев металлов. При высоких температурах, в связи со значительным ускорением адсорбционных и химических процессов на поверхности, особое значение при трении и износе приобретают физико-механические свойства металлов, а также свойства поверхностных слоев, формирующихся под влиянием скоростей скольжения, нормальных нагрузок. Количественные характеристики при трении (коэффициенты трения, величина износа и др.) тесно связаны с качественными характеристиками материала, изменениями в свойствах поверхностных трущихся слоев (твердость, состояние тонкой структуры и др.). Одни изменения находят объяснение в явлениях пластического деформирования, другие - в явлениях, связанных с процессами нагрева и охлаждения, третьи - в изменениях состава поверхностных слоев, происходящих в результате взаимодействия трущихся металлов со средой, диффузии элементов внутри сплава за счет высоких градиентов температуры или явлений переноса.
В связи с этим в настоящей работе применялся комплексный метод исследования качественных и количественных характеристик процессов трения и износа, который позволяет всесторонне судить о тех процессах, которые возникают и развиваются на поверхностях трения.
Изучение процессов, происходящих при трении и износе, проводи-
лось по схеме вал-частичный вкладыш на машине трения М-22П, позволяющей проводить испытания при скоростях скольжения от 0,01 до 15 м/с, нормальных давлениях от 0,5 до 30 МПа
Исходя из статистических соображений и однородности
- Київ+380960830922