Глава 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Исследование свойств материалов для восстановления деталей выполненных из
титановых сплавов
Фрактография. Под фрактографией повреждений контактирующих поверхностей
подразумевают определение видов, следов контактного взаимодействия, анализ
которых позволяет выявить особенности поверхностей разрушения (стенок и днища
ямок, рисок, канавок и т.д.), а также классификацию следов образования
(повреждения) с целью определения ведущего механизма изнашивания поверхности
[83].
Первый этап лабораторного анализа – исследование поверхностей внешним осмотром.
В большинстве случаев на поверхностях всегда наблюдаются оксиды. Несмотря на
то, что продукты фреттинг-коррозии многообразны по своему внешнему проявлению,
природе и структуре [3], можно определять с большой долей вероятности процессы
разрушения в условиях фреттинг-коррозии по цвету оксидов [84; 85] на
поврежденных поверхностях.
Удалять продукты износа с анализируемой поверхности практически во всех случаях
можно следующими составами [86]:
Состав 1
1. Плавиковая кислота, мл…………………..………….………5.
2. Азотная кислота, мл………………………………………….5.
3. Вода, мл……………………………………………………...90.
Состав 2
1. Гидрохинон, гр………………………………………………..4.
2. Ортофосфорная кислота (конц.), мл………………………..22.
3. Спирт, мл……………………………………………………..20.
4. Вода, мл……………………………………………………...100.
Обработанная по данной технологии поверхность готова для дальнейшего анализа
(третий этап исследования поврежденных поверхностей) с помощью бинокулярного
микроскопа МБС-9, МБС-10. Прибегая к методам оптической металлографии,
проводились исследования характерных изменений, происходящих на поверхности и в
поверхностных слоях образцов трибопар. Изучали пластические деформации,
развитие микротрещин, окисление поверхностей и т.д. Все исследованные
поверхности рассматривались при различных увеличениях – от 5 до 500 крат.
Большое внимание, при этом, необходимо уделять расположению источников света.
Металлография. Измерение микротвердости является одним из средств анализа
структурных измерений, возникающих в поверхностных слоях в процессе трения.
Микротвердость поверхностных слоев материалов в сечении определяли на шлифах,
изготовленных в специальных струбцинах, предохраняющих края шлифов от завалов
при полировании. Шлифы позволяют производить замеры микротвердости в тончайших
поверхностных слоях металлов у самого края от поверхности трения. Замер
микротвердости структурных составляющих проводили на приборе ПМТ-3 [87] при
нагрузке 20 и 50 г в соответствии с ГОСТ 9450–89. В каждом случае проводили не
менее девяти замеров микротвердости исследуемой структурной составляющей.
Приведенные значения микротвердости являются среднеарифметическими значениями
замеров.
Элементный анализ дорожек трения проводился в Институте сварки им. Е.О. Патона
на растровом сканирующем электронном микроскопе CamScan 4D при помощи
микрорентгеноспектрального анализатора INCA 200 Energy. При анализе
использовались вторичные и обратноотраженные электроны.
Прочность сцепления покрытий с основой. Прочность сцепления износостойких
покрытий проводились по методу “штифта” на образцах-свидетелях (рис.2.1),
сделанных из высокопрочного титанового сплава ВТ-22. По этому методу отрыв
покрытия от подложки осуществляется путем создания нормальных напряжений на
границе раздела покрытия с подложкой. При такой схеме испытаний покрытие
работает на срез по окружности и отрыв по плоской поверхности штифта, поэтому
этот метод применяется, когда усилие среза больше усилия отрыва.
Следует отметить, что при применении цилиндрического штифта осуществляется
некоторый разброс значений прочности сцепления (особенно для малопрочных
покрытий) в связи с заеданием в месте посадки штифта и шайбы (рис.2.1).
Учитывая это, определение прочности сцепления покрытий проводили по шести
замерам и ориентировались на среднюю величину усилия отрыва.
Для отделения штифта от покрытия использовалась разрывная машина с плавной
регулировкой перемещения захватов. Линейность нарастания нагрузки оказывает
значительное влияние на стабильность результатов измерения разрушающего усилия.
Считается, что время нарастания нагрузки до разрыва должно быть не менее 20
секунд. Таким требованиям удовлетворяет разрывная машина производства ГДР типа
НЕСКЕРТ 100/1.
Прочность сцепления плазменных покрытий у определяли по формуле:
, (2.1)
где Р – сила отрыва штифта от покрытия, Н;
S – площадь связи торцевой поверхности штифта с покрытием, м2.
Рис. 2.1. Образец для испытания прочности сцепления покрытий с основой.
Определение прочности сцепления покрытий производили в следующем порядке. После
сборки элементов образца, положение штифта в матрице фиксируется с помощью
специального болта. Затем следует подготовка составной поверхности образца под
покрытие и напыление. После чего удаляют фиксатор и производят замер
максимального усилия на разрывной машине.
2.2. Установки для испытаний металлов и покрытий
2.2.1. Установка для испытаний на фреттинг-коррозию
и определение износа
Выполнение исследования в области фреттинга и фреттинг-коррозии отличается
большим разнообразием использованных методик как касающихся схемы нагружения и
типа контакта, так и в части оценки повреждения поверхности. Выбирать методику
необходимо в соответствии с двумя такими требованиями [4; 38]:
1. Имитация фреттинг-коррозии в лабораторных условиях должна максимально
приближаться к условиям возникновения этого вида поверхностного разрушения в
реальных конструкциях.
2. Выбранная методика должна быть такой, чтобы можно было сопоставить
полученные результаты с данными других работ.
К испы
- Київ+380960830922