Скачать

УДК 621.891
Г.С. Жетесова, Е.А. Плешакова, О.М. Жаркевич, Т.М. Бузауова
(Карагандинский государственный технический университет
Алматы, Республика Казахстан)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ПРОГРЕССИВНЫХ ПОКРЫТИЙ
Аннтация. Важной проблемой современного машиностроения является повышение износостойкости
деталей машин. В статье приведена классификация изнашивания контактирующих деталей по различным
принципам. Представлены химические составы покрытий из нержавеющей стали и морской бронзы.
Приведена методика ускоренных испытаний на износ с использованием машины Огоэ. Определена
интенсивность износа покрытий. Установлено, что износостойкость покрытия зависит от его твердости. При
низких ее значениях износ развивается до больших значений даже при сравнительно малой нагрузке. При
высокой твердости повышение нагрузки почти не вызывает увеличения износа.
Ключевые слова: износостойкость, покрытие, нержавейка, морская бронза, напыление.
Повышение надежности и долговечности машин является одной из главных проблем
современного машиностроения. Экономическое значение этой проблемы очевидно [1, 2].
Эксплуатация машин сопровождается изнашиванием деталей, для восстановления которых и
повышения их износостойкости применяют наплавку износостойкими сплавами. Для того чтобы
наплавка обеспечивала существенное повышение износостойкости, необходим обоснованный
выбор материала для каждого конкретного назначения.
Согласно классификации изнашивания по разным принципам, например по виду сред и
условиям работы пар трения, выделяют механическое изнашивание, абразивное изнашивание,
высокотемпературное окислительное изнашивание, изнашивание скоростной струей жидкости и
др.
По механизму разрушения трущихся поверхностей различают следующие виды
изнашивания:
1) адгезионое - возникновение связи между поверхностными слоями двух разнородных тел,
приведенных в соприкосновение;
2) абразивное - процесс микропластических деформаций и резания металла твердыми
абразивными частицами, находящимися между поверхностями трения, а также в результате
непосредственного контактирования с абразивной средой;
3) коррозионное – изнашивание в следствии коррозии ;
4) поверхностная усталость – процесс возникновения износа при омывании твердого тела
жидкостью, обусловленный местными изменениями давлений и температур;
5) ударное изнашивание - изнашивание, обусловленное трением качения, приводящее к
образованию питтинга;
6) кавитационно-эрозионное - является результатом сложного воздействия на них
кавитации, эрозионных и химических процессов [3].
При наличии многообразия видов изнашивания реальный износ представляет собой
сложную комбинацию, которую не всегда можно предусмотреть во время испытаний. Существует
множество способов испытаний для определения износостойкости металлов. Ниже приведен
пример типичного способа, имеющий широкое применение [1, 2].
Повышенный интерес для обеспечения износостойкости при работе пар трения
представляют такие
прогрессивные покрытия как X18Н10T (хромоникелевая сталь или
нержавейка), а также CuAl8 (морская бронза).
Нержавеющими называются стали, обладающие высокой устойчивостью против коррозии в
атмосферных условиях и некоторых газовых средах, речной и морской воде, растворах солей,
щелочей и некоторых кислотах при комнатной и повышенных температурах.
Хромоникелевые стали (в частности, типа Х18Н9) имеют весьма высокие антикоррозионные
свойства во многих агрессивных средах. После закалки на аустенит эти стали однородны по
структуре, что обеспечивает стойкость также против электрохимической коррозии.
Морская бронза - это медный сплав, в который в качестве второго основного компонента
входит алюминий.
Морская бронза имеет высокие механические свойства, коррозионную стойкость, высокие
антифрикционные свойства.
Экспериментальные исследования проводились на образцах размером 25 х 150 мм, δ = 5 мм,
и диаметром 25 мм, δ = 12 мм предварительно напыленных двумя разными покрытиями
(покрытие проволока - нержавейка (X18Н10T) и проволока - морская бронза (CuAl8)) (рисунок 1).
а)
б)
а) покрытие нержавейка (X18Н10T); б) покрытие морская бронза (CuAl8)
Рис.1. Образцы для эксперимента
Ускоренные испытания на износ с использованием машины Огоэ. На рисунке 2 показаны
форма и размеры образцов для испытания на машине названного типа.
а)
б)
а) образцы размером 25х150 мм, δ= 5 мм;
б) образцы диаметром 25 мм, δ = 12 мм; 1) образцы; 2) вращающийся диск
Рис. 2. Эскиз образцов для испытания на изнашивание при трении
Этот способ испытаний используют применительно к износу, преобладающим компонентом
которого является адгезионный износ (схватывание) [3, 4]. Испытывают образец, прижатый к
наружной поверхности вращающегося диска. Износ определяют расчетом объема изношенного
материала. При испытаниях на машине типа Огоэ развитие износа сопровождается увеличением
длины линии контакта сопряженных поверхностей (b). Соответствующее увеличение нагрузки
осуществляют с помощью эксцентрикового механизма пропорционально увеличению пути трения
(l), что обеспечивает испытание в условиях постоянного контактного давления, не зависящего от
пути трения. Суммарный объем износа W и его интенсивность ωs, рассчитывают по уравнениям
[1]:
W = Bb3/12r, мм3
где B - толщина пластинчатого образца, мм;
r - радиус вращающего диска, мм.
Интенсивность суммарного объемного износа ωs:
(1)
ωs = W/psl, мм3/(Н·мм)
(2)
где p - контактное давление, Н/мм ;
s - площадь контакта, мм2;
l - путь трения, мм.
В таблице 1, 2, 3 показаны результаты испытаний на износ, осуществленных на машине типа
Огоэ с использованием образцов напыленных двумя видами покрытия (покрытие проволоканержавейка (X18Н10T) и проволока - морская бронза (CuAl8), состав данных покрытий приведен
в таблице 4 и 5, твердость которой изменяли в пределах HV 106-1442 путем применения различных видов нагружения.
2
Таблица 1. Результаты испытания
Материал напыления
CuAl8
Х18Н10Т
Микротвердость по Виккерсу, HV
Нагрузка
CuAl8
Размеры образцов, мм
50 гр.
(0,4905Н)
100 гр.
(0,981 Н)
136
119
134
155
156
138
25х150, δ= 5
диаметр 25, δ= 12
Х18Н10Т
300 гр.
(2,943 Н)
144
145
130
115
106
137
1373
1037
1296
903
1055
1442
1217
1055
1285
1160
1280
1080
Таблица 2. Результаты испытания образцов размером 25 х 150 мм, δ = 5 мм
Суммарный
объем износа
W, мм3
83,54
50 гр.
(0,4905Н)
Нагрузка
100 гр.
(0,981 Н)
300 гр.
(2,943 Н)
Путь трения l,
м
75
150
300
600
75
150
300
600
75
150
300
600
Интенсивность
износа ωs, мм3/
(Н·мм)
3,6
1,8
0,9
0,45
1,8
0,9
0,45
0,225
0,6
0,3
0,15
0,075
Таблица 3. Результаты испытания образцов диаметром 25 мм, δ = 12 мм
Суммарный
объем износа
W, мм3
90,58
Нагрузка гр.
(Н)
Путь трения l,
м
50 (0,4905Н)
Интенсивность
износа ωs, мм3/
(Н·мм)
100 (0,981 Н)
300 (2,943 Н)
75
150
300
600
75
150
300
600
75
150
300
600
8,45
4,22
2,11
1,05
4,22
2,11
1,05
0,525
1,4
0,7
0,35
0,175
Таблица 4. Химический состав в % материала 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72
C
Si
Mn
Ni
S
P
Cr
Cu
-
до 0.12
до 0.8
до 2
9 - 11
до 0.02
до 0.035
17 - 19
до 0.3
(5 С - 0.8) Ti,
остальное Fe
Таблица 5. Химический состав материала CuAl8
Алюминий
Железо
Никель
Марганец
Цинк
7.0 % - 9.0 %
0.5 % max
0.8 % max
0.5 % max
0.5 % max
В заключении можно сделать вывод, что износостойкость покрытия значительно зависит от
его твердости: при низких ее значениях износ развивается до больших значений даже при
сравнительно малой нагрузке (таблица 1, 2, 3). При высокой твердости повышение нагрузки почти
не вызывает увеличения износа. В начальный период испытаний происходит быстрое нарастание
износа, степень которого зависит от твердости и нагрузки, но в дальнейшем испытание идет в
условиях умеренного развития износа, что связано с механическим упрочнением трущихся
поверхностей и образованием за счет теплоты трения поверхностной оксидной пленки.
Исследования на износостойкость показали, что покрытие CuAl8 имеет в 2 раза большую
износостойкость, чем покрытие 12Х18Н10Т.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление /Пер. с яп. Х12 В. II. Попова; Под ред. В. С. Степина,
И. Г. Шестеркина. - М.: Машиностроение, 1985. - 240 с.
2. Крагельский И. В., Добычин М. Н., Комбалов В. С. Основы расчетов на трение и износ. М.
«Машиностроение», 1977. - 526 с.
3. Нопеско А. Л., Ступин А.В., Чесноков С.А. Износ технологических машин и оборудования при
оценке их рыночной стоимости: Учебное пособие. - М.: ООО "Российское общество оценщиков", 2002. - 241
с.
4. Крагельский И. В. Трение и износ. - М.: Машиностроениe, 1968. - 480 с.
5. Комбалов B.C. Методы и средства испытаний на трение и износ конструкционных и смазочных
материалов: справочник / под ред. К.В.Фролова, Е.А. Марченко. - М.: Машиностроение, 2008. - 384 с.
REFERENCES
1. Hasa A. O. Morigaki. Surfacing and spraying / Popov’s trans. with jap. X12 V. II. , ed . V.S. Stepin , I.G.
Shesterkin . - M.: Mechanical Engineering, 1985 . –240 p.
2. Kragelsky I.V. Dobychin M.N., Kombalov V.S. Basics calculations on friction and wear. - M.:
Mechanical Engineering, 1977. - 526 p.
3. Nopesko A.L., Stupin A.V., Chesnokov S.A. Wear technological machines and equipment when assessing
it market value: Textbook. - M.: OOO "Russian Society of Appraisers " in 2002 . - 241 p.
4. Kragelsky I.V. Friction and wear. – M.: Mechanical Engineering, 1968. - 480 p.
5. Kombalov B.C. Methods and means for testing the friction and wear of engineering materials and
lubricants: handbook/ ed. K.V. Frolov, E.A. Marchenko. - M.: Mechanical Engineering, 2008 . - 384 p.
Жетесова Г.С., Плешакова Т.М., Жаркевич О.М., Бузауова Т.М.
Прогресшіл жабындардың тозуға төзімділігін анықтау
Түйіндеме. Заманауи машина жасаудың маңызды мәселесі машина тетіктерінің тозуға төзімділігін
арттыру болып табылады. Мақалада жанасатын тетіктердің әртүрлі приницптер бойынша тозуының
жіктелуі келтірілген. Таттанбайтын болат пен CuAl8 әзірленген жабынның химиялық құрамы көрсетілген.
Огоэ машинасын қолдану арқылы тозу қарқындылығы анықталды. Жабынның тозуға төзімділігі оның
қаттылығына тәуелдігігі анықталды. Оның ең төмен шамасында аздаған күш түсірілсе де тозудың шамасы
үлкен шамаға дейін өзгереді. Жоғары қаттылық кезінде күштің жоғарылауы тозу қарқындылығын
тудырмайды.
Негізгі сөздер: тозуға төзімділік, жабын, таттанбау, CuAl8, жабын жабу.
Zhetesova G.S., Pleshakova Е.А., Zharkevich О.М., Buzauova T.M.
Determination of wear resistance of progressive coatings
Summary. An important problem of modern engineering is improving wear resistance of machine
parts.. The article describes the wear classification of contact details according to various principles. Chemical
formulations of coating in stainless steel and sea bronze are presented.
The methodology of accelerated wear tests with using machines Ogoe is described. The rate of wear coatings
is determined. Is established that the wear resistance of the coating depends on its hardness. At low values of
hardness wear develops to large values even at relatively low load. With high hardness load up almost does not
increase wear.
Key words: wear resistance, coating, stainless steel, sea bronze, spraying