РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Поставленные цели и задачи исследований требуют выбора соответ-ствующей
методики проведения экспериментальных исследований. В соот-ветствии с этим была
применена комплексная методика, которая включает в себя проведение исследований
состава, структуры и свойств поверхностных слоев покрытий от визуальной оценки
до использования современных физичес-ких и химических методов анализа, а также
механические испытания на усталость и трибологические исследования процессов
трения и изнашивания (рис. 2.1).
2.1. Объекты исследования и технология получения покрытий электромагнитной
наплавкой
В качестве объектов исследования были выбраны:
- покрытия из порошков на основе железа легированные элементами W, Cr, Mo, V,
нанесенные электромагнитной наплавкой (ЭМН) на детали машин и механизмов,
работающих в условиях трения и циклического нагружения; влияние структуры и
фазового состава покрытия, полученного ЭМН, при различных условиях нанесения на
упрочняемые и восстанавливаемые детали, на их износостойкость и выносливость.
Для сравнительного анализа триботехнических характеристик покрытий, полученных
ЭМН, проводились испытания стали 45 (ДСТУ 1050-94), свойства которой достаточно
хорошо изучены [5]. Модельная сталь 45 широко применяется в современной
промышленности для изготовления деталей: вал-шестерни, коленчатые и
распределительные валы, шпиндели, цилиндры и другие нормализованные, улучшаемые
и подвергаемые поверхностной термо-обработке детали, от которых требуется
повышенная прочность, и которые
Рис. 2.1. Методика проведения экспериментальных исследований.
работают в условиях трения и воздействия циклического нагружения. Химический
состав стали 45: С = 0,42 - 0,5%; Si = 0,17 - 0,37%; Mn = 0,6 - 0,8%; Cr =
0,25%; Cu = 0,25%; Ni = 0,25%; S = 0,04%; Р = 0,035%.
Для выявления принципиальных закономерностей влияния легирующих элементов на
диапазоны и уровни механохимического изнашивания и выносливости было выбрано
покрытие системы Fe-С-W-Cr-Mo-V. Выбор данного покрытия обусловлен тем, что
промышленные материалы, имеющие гетерогенную структуру и высокие
антифрикционные свойства, как правило, изготовляются на основе системы
элементов С, W, Cr, Mo, V на основе железа, что позволяет при сохранении
высоких триботехнических характеристик, присущих этим элементам в чистом виде,
существенно удешевить применяемые для получения покрытий порошки. Применение
сложных по составу промышленных материалов вызывает серьезные трудности в
варьировании размерами и концентрациями структурных составляющих, т.к.
используемые для их получения методы специального литья, порошковой металлургии
изменяют не только параметры структуры, но и физико-механические свойства ее
составляющих. Кроме того, учитывая дороговизну и дефицит указанных легирующих
элементов, применение только покрытий из них с минимальным содержанием,
существенно удешевляет процессы упрочнения и восстановления изношенных деталей.
Количественный состав легирующих элементов в порошке составлял: С = 0,8 - 0,9%;
W = 5,5 - 6,5%; Cr = 3,8 - 4,5%; Mo = 5,0 - 5,5%; V = 1,7 - 2,2%.
Проведенные сравнительные исследования электромагнитной наплавки порошками
различного химического состава показали, что состав W-Cr-Mo-V имеет
преимущества по износостойкости перед порошками ферробора, феррованадия и
ферротитана [101]. Износостойкость композиции W-Cr-Mo-V в 1,15 - 1,2 раза выше
износостойкости ферробора, в 1,85 - 2,0 раза выше износо-стойкости
феррованадия, в 2,65 - 2,75 выше износостойкости ферротитана. Уменьшение
износостойкости ферробора связано с наличием в покрытии хрупких боридов,
которые выкрашиваются при повышении нагрузки и скорости скольжения. Отсутствие
в структуре покрытий из порошков феррованадия и ферротитана карбидных фаз
объясняет их низкую износостойкость по сравнению с остальными исследуемыми
порошками.
Учитывая вышесказанное, для дальнейшего исследования выбрали порошок
легированный композицией W-Cr-Mo-V, который обладает повышенной
износостойкостью.
В качестве материала контртела во всех случаях применялась сталь 45 (ДСТУ
1050-94), термообработанная до твердости 40…42 HRC. Термическую обработку
(закалку) проводили в электропечи типа СНОЛ-1,6.2,5.1/11-ИЗ, которая позволяет
поддерживать стабильную температуру на установившемся режиме в пределах ± 40С.
Закалка осуществлялась с температуры 8600С в масло. Рабочая поверхность
контртела после шлифования имела шероховатость Rа=0,125…0,25 мкм.
Для исследования механизма изнашивания ЭМН испытания проводились без смазочного
материала, и в условиях граничной смазки. В качестве смазочного материала
использовали нефтяные масла МС-20 (ГОСТ 21743-76) и И-20А (ГОСТ 20799-88). Их
выбор был обусловлен номенклатурой смазочных масел, применяемых в авиации для
турбореактивных двигателей, и в народном хозяйстве для смазки узлов трения.
Для нанесения покрытий, при испытаниях на износостойкость, исполь-зовали
образцы, изготовленные из стали 45 кольцевого типа, наружным диаметром 50 мм,
внутренним – 16 мм и высотой 10 мм. Для проведения усталостных испытаний,
использовали образцы типа ІІ по ДСТУ 25.502-94 [102] с диаметром рабочей части
12 мм, изготовленные из стали 45 в норма-лизованном состоянии. Для проведения
сравнительных испытаний было изготовлено две партии образцов. І партия –
образцы, упрочненные при комнатной температуре, и ІІ партия – образцы,
упрочненные при температуре подложки 2500С. Температура подогрева выбиралась с
учетом проведенного физического моделирования, которое дало возможность выбрать
режим восстановления, обеспечивающий заданные э
- Київ+380960830922