РОЗДІЛ 2
ОБЛАДНАННЯ, МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕННЯ
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Добір матеріалів і зразків для досліджень
Для газотермічного напилювання покриттів, які характеризуються аморфно-кристалічною структурою, використовується гамма матеріалів на основі заліза, нікелю, кобальту, титану, цирконію, ніобію та інших елементів, які відрізняються по хімічному складу, фізико-механічним властивостям, твердості, міцності зчеплення з основою напилених з них покриттів та іншим характеристикам.
В якості вихідних матеріалів для напилювання у роботі застосовувались порошки і порошкові дроти, склад яких відповідає евтектичним системам типу Fe-B, Fe-Si-B, Fe-Cr-B. Гранулометричний склад порошків відповідав рекомендаціям, наведеним у роботах [75, 107, 108]. Такі матеріали набули широкого практичного використання та мають порівняно невелику вартість, а покриття з них характеризуються високими експлуатаційними властивостями і застосовуються для захисту поверхні від зносу при терті ковзання як без інтенсивного корозійного впливу (Fe-B, Fe-Si-B) так і в умовах корозійного впливу (Fe-Cr-B) [75, 82].
Напилювання покриттів проводилось газополуменевим та електродуговим методами, які мають широкі технологічні можливості і дають змогу формувати порівняно товсті аморфізовані шари покриття (до 3 мм) на виробах різноманітних форм і розмірів. Покриття, отримані газополуменевим методом, характеризуються значно більшим вмістом аморфної фази порівняно з електродуговими покриттями. Це дало можливість досліджувати покриття з різним вмістом аморфної фази.
В якості матеріалу основи був вибраний один із найбільш розповсюджених у машинобудуванні матеріалів - сталь 45, при напилюванні на який досягається висока міцність зчеплення з основою [127]. Тип металевої основи суттєво не впливає на аморфізацію як окремої напиленої частинки, так і покриття у цілому та має незначний вплив на зносостійкість покриття. Для проведення досліджень були виготовлені зразки діаметром 26 та 46 мм (рис. 2.1) із напиленим шаром покриття H = 1...1,6 мм на сторону і макровідхиленнями на поверхні в межах 0,1...0,25 мм. Для проведення досліджень стійкості інструменту, враховуючи рекомендації [35], на зразках діаметром 26 мм виконувались 4 шийки під покриття довжиною по 50 мм, які були розмежовані канавками шириною 5 мм і глибиною 5 мм. Для проведення досліджень по визначенню температури в зоні різання використовувались гладкі циліндричні зразки діаметром 46 мм (рис. 2.1) з шаром напиленого покриття на довжині 150...230 мм. Розміри і вид зразків визначалися часом проведення температурних, силових, стійкісних і інших досліджень.
Рис. 2.1. Зразки з напиленими аморфно-кристалічними покриттями.
Перед нанесенням покриттів згідно рекомендаціям [27] проводилась струминно-абразивна обробка сталевим дробом (по ГОСТ 11964-81) та карбокорундом (ГОСТ 3647-80) поверхонь зразків. Шорсткість поверхні зразків після струминно-абразивної обробки складала Rz 30...150 по ГОСТ 2789-73. Час між струминно-абразивною обробкою і нанесенням покриттів не перевищував 20...30 хвилин. Газополуменеві покриття з порошків напилювались на установці для газополуменевого напилювання (пропан-бутан + кисень), яка розроблена науково-виробничим підприємством (НВП) "Тена" (м. Мінськ) (рис. 2.2). Покриття з порошкового дроту напилювались на установці "Cyber - jet" фірми SNMI (Франція) (пропан-бутан + кисень). За допомогою такої установки можливо нанесення покриттів з порошкових дротів діаметром 1,5...5 мм, а також гнучких дротів діаметром до 4,6 мм, застосовуючи змінний комплект сопел і газових змішувачів, які дозволяють використовувати кисень разом із різними горючими газами (ацетиленом, пропан-бутаном, тетреном). Для напилювання використовувались порошки, порошкові дроти, виготовлені на обладнанні і за технологіями ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України (вміст бору в яких складав ? 4,8 мас. %), а також порошкові матеріали, які використовуються у НВП "Тена" для формування покриттів з аморфно-кристалічною структурою. Електродугове напилювання здійснювали з використанням надзвукового металізатора, розробленого в Київському інституті газу НАН України (пропан-бутан + повітря).
Рис. 2.2. Установка для газополуменевого напилювання (пропан-бутан + кисень), розроблена науково-виробничим підприємством "Тена".
Базування зразків під час напилювання здійснювалось шляхом закріплення у патроні і задньому центрі. При проведенні основних досліджень установлення і закріплення зразків проводилось аналогічним способом, що дозволило багатократно переустановлювати зразки без биття поверхні.
Напилювання зразків проводилось на режимах, що наведені у табл. 2.1, які дозволяють отримувати покриття з максимальним вмістом аморфної фази і міцністю зчеплення з основою.
Напилювання покриттів проводилось в лабораторіях відділу №73 Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України та в науково-виробничому підприємстві "Тена" при науково-дослідному інституті порошкової металургії республіки Бєларусь (м. Мінськ).
2.2. Обладнання та інструмент для обробки досліджуваних покриттів
Експерименти з дослідження процесу точіння покриттів проводились в лабораторіях Інституту надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля на токарно-гвинторізних верстатах моделей ФТ-11 і 16Б05АФ1. Верстат 16Б05АФ1 (рис. 2.3) забезпечує безступінчату зміну швидкості різання, дозволяє проводити точіння з мінімальною величиною подачі 0,01 мм/об та встановлювати за допомогою індикатора глибину різання до 0,001 мм.
Рис. 2.3. Верстат 16Б05АФ1.
Таблиця 2.1.Режими напилювання покриттів з аморфно-кристалічною структуроюШвидкість переміщення пальника, м/хв5,2-5,44,8-5,04,8-5,0Дистанція напилювання, мм150-170150-170130-150Витрата порошку, кг/год6,0--Швидкість подачі порошкового дроту, м/хв-0,423,6Тиск повітря, МПа0,40,40,4Витрата кисню, м3/год6,04,345,43Витрата пропан-бутану, м3/год1-1,050,910,56