Міністерство науки і освіти України

Хмельницький національний університет

Богун Лідія Ігорівна

УДК 620.178.1: 621.891

УТВОРЕННЯ ВТОРИННИХ СТРУКТУР В ПА?РАХ ТЕРТЯ

БОРОВМІСНІ ЕВТЕКТИЧНІ ПОКРИТТЯ – СТАЛЬ

ТА ЇХ ВПЛИВ НА ТРИБОТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Спеціальність 05.02.04 – тертя та зношування в машинах

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Хмельницький – 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному університеті “Львівська політехніка” Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор

Пашечко Михайло Іванович,

Національний університет “Львівська політехніка”,

профе-сор кафедри фізики металів та матеріалознавства,

м. Львів

Офіційні опоненти – доктор технічних наук, професор, лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки, заслужений діяч науки і техніки України

Голубець Володимир Михайлович,

Національний лісотехнічний університет України, завідувач кафедри технології матеріалів, м. Львів–

кандидат технічних наук, доцент,

Гупка Богдан Васильович,

Тернопільський державний технічний університет ім. І. Пу-люя, до-цент кафедри технології машинобудування, м. Тернопіль

Провідна установа – Національний авіаційний університет Міністерства освіти і науки України, кафедра машинознавства, м. Київ

Захист відбудеться “ 12 ” жовтня 2006 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 70.052.02 при Хмельницькому національному університеті за адресою: 29016, Україна, м. Хмельницький, вул. Інститутська, 11, 3-й навчальний корпус.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Хмельницького національного університету за адресою: м. Хмельницький, вул. Кам’янецька, 110/2.

Автореферат розіслано “ 6 ” вересня 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Д 70.052.02,

доктор технічних наук, професор Г. С. Калда

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасне виробництво ставить високі вимоги до під-ви-щен-ня ре-сурсу та надійності роботи машин та механізмів. Покращення цих ха-рак-те-ристик є мож-ливим за умови використання відповідних конструкційних ма-те-ріа-лів, які б оптимально по-єд-нували високу твердість, пластичність, а відповідно і зносостійкість. То-му однією з важ-ли-вих задач яка сто-їть пе-ред матеріалознавцями – підвищення три---ботехнічних ха-рак--теристик іс-ну-ючих ма-те-ріалів та покриттів або створення но-вих з наперед за-да-ними властивостями. У цьо-му напрямку перспективним є ви-ко-рис-тан-ня різ-но-ма-нітних покриттів, які можна одержувати ме-тодами плазмового та електро-ду-го-во-го на-пла--вле-ння, борування, електродуговим на-пиленням, тощо.

Великий вклад в розвиток та вивчення дифузійних покриттів внесли В.І. Пох-мур---ський Г.Н. Ду--бінін, Л.Г. Ворошнін, Г.В. Зємсков, А.Н. Мінкевич, Н.С. Гор-бу-нов, Л.С. Ля-хо-вич, і інші. Однак дифузійні покриття характеризуються під-ви-ще-ною крих-кі--стю та малою глибиною насичення (~ 100 мкм). Тому одним з пер-спек---тивних ме-то--дів вирішення цієї проблеми є нанесення на поверхню стальних де--талей ев-тек-тич-них покриттів. Важливу роль у вивченні евтектичних покриттів ві--діграли праці В.М. Го---лубця, М.І. Пашечка, В.І. Андрюшечкіна, М.В. Кіндрачука, В.В. Поз-дня-ко-ва, В.Н. Тка-чева, Л.К. Гу-щі-на, В.Д. Вітченка, І.П. Дашкової і інших дослідників, за кордоном – Г. Міури, У. Ара-кіди, У. Кондо, Г. Іди (США), П. Кербі, М. Нанді (Ве---ликобританія) і інші. У вив-че-нні процесів формування евтектичних сплавів ве--ликий вклад належить А.А. Боч-вару, як засновнику вивчення процесів ев-тек-тич--ної кристалізації К.П. Бу-ні-ну, Ю.Н. Тарану, І.М. Спірідоновій, А.К. Шуріну, Я.Н. Маліночці, В.І. Ма-зу-ру і ін-шим. В проблему прогнозування структурно-фазового стану та влас-ти-вос-тей при ство--ре-н-ні покриттів різного функціонального призначення з використанням тер-мо-ди-на-міч--ного налізу, ве-ли-кий вклад внесли вчені І.С.Куліков, Є.Ф. Вєгман, А.А. Жу-ков, В.І. Са-вуляк, В.М. Голубець, М.І. Пашечко та закордонні дослідники – П. Жан-дрель, Є.Т. Турф-до-ган, О. Кубашевський, Д.Р. Штул і інші.

Під час експлуатації нової техніки окремі вузли тертя працюють в умовах дії ве--ли-ких питомих навантажень та за умов сухого тертя. Матеріали, які ви-ко-рис-то--ву-ють для ви-го-тов-лення таких пар тертя часто виявляються малопридатними для ек-сплу-атації. Для по-кра-щен-ня працездатності багатьох деталей машин і ме-ха-ніз--мів, які пра-цюють за таких умов, науковий та практичний інтерес представляє роз-роб-ка та ви--користання ев--тек-тич-них покриттів на основі заліза. Ана-лізуючи по-рош--ко-ві ма-те-ріа--ли та зносостійкі покриття, які широко ви-ко-рис-то-ву-ються у про-мис--ло-во-с-ті вста-нов-лено, що розроблені проф. В.М. Голубцем та М.І. Пашечком ев-тек-тичні пок-рит-тя сис--те-ми Fe – Mn –C – B – Si – Ni – Cr у порівнянні із серійними покриттями одер--жа-ни---ми із по-рош-кових сплавів ПГ-СР3, ПГ-10Н-01 (порошок-аналог 10009 „Бо-ро-так”, фір-ми Кас-то-лін, Швейцарія), та ПГ-12Н-01, характеризуються в 10 і більше разів ви-щою зносостійкістю. Ос-кі-льки в три-бо-спря-женні зносостійкість в ос-новному виз-на-ча-ється поверхневим ша-ром ма-те--ріалу, тому актуальним є дослідження струк-турно-фазових перетворень в по-верх-не-вому шарі, які протікають за різних умов експлуатації.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема ди-сер-та--цій---ної роботи час-тко-во відповідає науковим проблемам, які вирішуються на ка-фед-рі ФММ На-ціо-на-ль-но-го університету „Львівська політехніка”. Приймала участь в на-у-ко---во-дослідній ро-бо-ті № ДР019U02394 за темою ”Керування про-це-са-ми взаємодії кон---струкційних ма-теріалів з рідкометалевим середовищем у ядерній енер-гетиці”.

Мета й задачі досліджень. Метою роботи є дос---лідження фізико-хі-міч-них про-це-сів, які відбуваються під час контактної вза-є---мо-дії бо---ровмісних матеріалів. Роз-крит-тя механізмів зношування для підвищення довговічності вузлів, що працюють в умовах сухого тертя за важ--конавантажених режимів експлуатації. Для до-сяг-не-ння мети нео-б-хід-но було вирішити наступні задачі:

· Дослідити зносостійкість боровмісних евтектичних по-крит---тів на-не-сених елек-тро-ду-говим нап-лавленням з порошкових дротів системи Fe – Mn – B – C – Si – Cr – Ni, ди-фузійно бо-ро-ва-них шарів та пок-риттів отриманих методом елек--тро-ду-гового на---пи-ле-ння із по-рош-ко-вих дротів систем Fe – C – B – Cr та Fe – C – B – Cr – Al.

· Вста-но-вити механізм зно-шу-ван-ня у важко-на-ван-та-жених вузлах сухого тертя.

· Вста-новити механізм утворення оксидів та відкладення плівки графіту за кон-так-т-ної взає-модії бо-ро-в-мі-сних матеріалів.

· Провести тер-мо-динамічні роз-ра-хунки фазового складу продуктів зношування та по--будувати діаграми фазових рівноваг з метою прогнозування їх утворення.

· Роз-робити та побудувати моделі поверхні тертя.

Об’єктом досліджень є боровмісні покриття (евтектичні покриття системи Fe – Mn – C – B – Si – Cr – Ni, нанесені електродуговим наплавленням, дифузійні борид-ні по---криття та покриття систем Fe – C – B – Cr та Fe – C – B – Cr – Al, нанесені еле-к-тро-ду---говим напиленням), за контактної взаємодії у важко-на-ван-та-же-них умо-вах тертя без ма-щення.

Предметом досліджень є фізико-хімічні процеси, які протікають у по-верх-не-вих шарах та на поверхні тертя за контактної взаємодії боровмісних матеріалів та їх вплив на триботехнічні характеристики.

Методи досліджень. Дослідження зносостійкості боровмісних ма-те-рі-а-лів про-ве--де--но на комп’ютеризованій установці тертя типу Amslera. За до----помогою мікро-струк--тур-но--го, -мікрорен-т-генівський фа-зо-вого та мас-спектрометричного ана-лізів дос-лід--же-но струк-турно-фазовий стан по-вер---хні тертя. Це дає можливість об-ґрун-тувати фі--зико-хі--мічні про-це-си, які протікають в про-цесі су-хо-го тер-тя для боровмісних по--крит-тів, проаналізувати вплив ок-сид-них плівок на три-бо-тех--ніч-ні ха-ра-кте-рис-ти-ки ма-те---ріалів. Для прогнозування фазового складу продуктів зношування, які ут-во-рю-ють-ся на контактних по-верхнях і побудови діаг-рам фазової рівноваги використали ме-то-ди-ку тер-модинамічного аналізу.

Наукова новизна одержаних результатів:

· Вперше обґрунтовано механізм утворення оксидів та відкладення плівки графіту під час тертя бо-ро-вміс-них матеріалів. Показано, що в процесі контактної взаємодії ев-тек--тич--них композиційних матеріалів від--бу--вається сегрегація С, В та Si на по-вер-хню тертя (до 50-100 Е). Внаслідок цього ут-во---рю--ються на фі-зич-них пля-мах контакту не-сте-хіо-мет-рич-ні ок--сиди на ос-но-ві FexOy та системи B2O3 - SiO2. Зав-дяки цьому кое-фі-ці-єнт тертя змен-шу-є-ть-ся до -мо-ле-ку-ляр--ного. Вуглець знаходиться у вигляді графіту. Плівка графіту ут-во-рю-ється в основному в результаті перебігу три-бо-хі-міч-них реак--цій на по-верх--ні тер-тя, а не дифузії вуглецю з об’єму матеріалу.

· Впер-ше розраховані та побудовані діаграми фа-зо-вих рівноваг в системах B – C – O і Fe – B – C – O, які дають можливість встановити умови формування вто-рин--них струк-тур під час тер-тя бо-ро-вміс-них ма-те-ріа-лів та прогнозувати їх фа-зо-вий склад. Вста--новлено, що на поверхні тертя утворюються фази В2О3, FeO, Fe2O3, Fe3O4 та гра--фіт. Показано, що зміна тем-ператури (723 - 1644 К) і тис-ку (0,1-15000 МПа) не-сут-тєво впливають на про--цеси фа-зоут-во--рен-ня на контактних поверхнях.

· Запропоновано мо-делі граничного шару за умов сухого тертя для сис-те-м Fe– Mn – C – B – Si – Ni – Cr, Fe – B – С – Cr та боридних покриттів з врахуванням три-бо-хі-міч-них реакцій, які відбуваються за контактної взаємодії матеріалів та фа-зового скла-ду продуктів зношування.

Практична цінність одержаних результатів. Встановлено ефективне ви-ко-рис-тан-ня боровмісних матеріалів, які пра-цю-ють в умо-вах су-хо-го тертя та високих питомих на--вантажень. Показано, що за питомого навантаження до 8,5 МПа кращими три--бо-ло-гіч--нними ха-рак-те-рис-ти-ками во-ло--діє бо-ридне пок-рит--тя. За вищих питомих на-ван--та-жень (до 10 МПа) най-кра-щою зно---состійкістю ха-рак---теризується евтектичне по-крит-тя сис-те-ми Fe – Mn – C – B – Si – Ni – Cr, нанесене ме--тодом електродугового на-пла-в--лення. На основі ви-конаних досліджень впро-вад-жено заміну під-шипників ко-чен-ня на під-шипники ков-за-ння для ком--бі---но-ва--них аг-ре-гатів пе-редпосівного обробітку ґру-н-ту (Комбінатор ЛК-4), на ВАТ “Ль-вів-сь-кий за-вод фре---зер--них верстатів”. Пе-ре-вір-ка на полях під час вес--няно-осінньої оран-ки ґрун-ту по-ка-за-ла, що довговічність вузла збі-льшилася в 2 рази. Під-шипники ковзання із ев-те-кти-ч-них матеріалів є при-датні до по--даль-шої ек-сплу-атації.

Особистий внесок здобувача. Дос-лід-жено зносостійкість евтектичних по-крит-тів системи Fe – Mn – B – C – Si – Ni – Cr, одержаних методом електродугового нап-лав--лення з ви-ко-рис--тан-ням по---рошкових електродів, покриттів систем Fe – B – С – Cr, Fe – B – С – Cr – Al, одер-жа---них методом еле-ктро-дугового напилення та піс--ля бо-ру-ва-н-ня [1]. На основі мік-ро---структурного та рентгенівського фазового аналізів про-ве--де--ні стру-к-турно-фазові до-с---лідження поверхні тертя боровмісних покриттів [1]. З ви-користанням результатів мас-спектрометричних дос---ліджень вторинних ней-тра-лей вста-но-в-лено перерозподіл еле-ме-н-тів у покриттях, та їх вплив на три-бо-тех-ніч-ні ха-рак---те-рис--тики боровмісних по-крит--тів [2, 6]. Проведені термодинамічні роз-ра-хун-ки та по-бу-довані діаграми фазової рів---но--ва-ги у системах B – C – O, Fe – B – C – O [5, 6, 7]. Об-ґрунтовано механізм ут-во--рення вторинних структур [3, 4]. Виявлено та об-ґрун-то-ва-но механізм графітизації на по--верхні контакту, який від-буваються переважно в ре-зультаті пе-ре-бігу хімічних реакцій на по-вер-хні тер--тя, а не з об’єму матеріалу [2].

Обґрунтованість та достовірність отриманих результатів. Під-тверд-жу--ється ви-користанням сучасного наукового обладнання, зокрема мік-ро-рен-ге-но-спек-тра-ль-но-го аналізу (Superprobe-733), рентгенофазового аналізу (ДРОН-3М) та мас-спек-тро-мет-рич-них досліджень.

Апробація результатів дисертації. Основні результати та положення ди-сер-та--ції доповідались та обговорювались на 8 науково-технічних кон-фе---рен-ціях: 5 і 6-ій Між-на-род-них на-у--ко-во-тех-ні-ч--них кон-фе-рен-ціях "Зно-сос-тій-кість і на-дій---ність вуз--лів тер-тя ма-шин (ЗНМ-2000 та ЗНМ-2001)", травень 2000, жов-тень 2001. – Хмель---ниць-кий; Міжнародній нау-ково-технічній конференції “Про-бле-ми корозії та про-ти--ко-ро-зій-но-го захисту ма-те-ріа-лів”, 4-6 квітня 2002. – Львів; Thermodynamics of alloys September 8th-13th 2002. – Rome, Italy; ІІ і ІІІ Міжнародній науково-технічній кон-фе-рен-ції “Нові технології, методи об-робки і зміцнення деталей енергетичних уста-но-вок”, жов-тень 2002, вересень 2004. – Запоріжжя-Алушта; 6 і 7-ому Міжнародному симпозіумі ук--ра--їнських інженерів-ме-ха-ні-ків у Львові „МСУІМЛ-6” та „МСУІМЛ-7”, травень 2003, 2005. – Львів.

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи відображено в 8 дру-ко-ва-них працях, із них 7 у фахових виданнях України.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, семи розділів, висновків, додатку, переліку літератури із 176 найменувань. Обсяг роботи становить 205 сторінок, з яких 130 основного тексту.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність проблеми, сформульовано мету й основні задачі досліджень, представлена загальна характеристика дисертації.

У першому розділі проведено критичний аналіз літературних даних, зокрема ме-тодів та спо---со-бів одержання покриттів і використання порошкових матеріалів для по--вер-х--не-вого змі-ц--нен-ня та відновлення металевих виробів. Показано, що для вузлів тер-тя, які пра-цю---ють у важконавантажених умовах експлуатації без мащення до-ці-ль-но ви--ко-рис-товувати ев--тектичні покриття системи Fe – Mn – B – C – Si – Ni – Cr, одер-жа-ні ме-то--дом елек-тро--дугового наплавлення та боридних покриттів, одержаних методом ди-фузійного насичення. По-крит-тя систем Fe – B – С – Cr, Fe – B – С – Cr – Al, одер-жа-ні методом еле-ктро-ду-гово-го напилення з ви--ко-рис-та--н---ням порошкових дротів, ха-рактеризуються високою зносостійкістю за на-яв-но-сті мастила. Проаналізовано вплив ре-жи-мів тертя на процеси зно-шу-ван-ня спла-вів на основі заліза, бору та вуглецю. По-ка-за-но вплив контактних явищ, що про----хо-дять у по-верхневих шарах на формування фа-зового складу та структури під час зно-----шу-ва-н-ня бо--ро-вмісних матеріалів. Встановлено, що окисне зно-шу--ван--ня най-іс-тот--ніше впли-ва-є на дов-говічність ро-бо-ти ме-ха-ніз--мів під час тертя без мащення. На ос-но-ві запр-о-по-но-ва-ної Ваг-нером теорія твер-дофазних реак-цій, створюється можливість про-ведення тер--мо-ди-намічних розрахунків для прогнозування утворення та аналізу скла-ду вто-рин-них про-дуктів зно-шу-ван-ня по-вер-хне-вих ша--рів у процесі тертя. У лі-тературних даних вка-зу-ється, що хіміч-ний склад поверхні тертя значною мі-рою визначається перебігом кон---ку-рую-чих механо-хі-мічних реакції окислення та на-вуг-ле---цювання, при наявності від-повідних ком-по-нентів у покриттях. Од-нак в лі-те-ратурі не має пояснення ме-ха-ніз-му ок-сидо-ут-во-рен-ня та графітизації. Описані най-більш по-ши-рені у літературі моделі по--верх-ні тер-тя, в яких вра-хо-вані різ-но-манітні яви-ща та механізми зно-шу-ван-ня, які від--буваються як на по-вер-х-ні так і в об’ємі матеріалу. Проаналізовано мо-де-лі гра--нич-них ша--рів, які мають ве-ли--ке прак-тич-не зна-чен-ня.

У другому розділі проведено аналіз методів нанесення та дослідження бо---ро-в-міс--них покриттів. Для поверхневого зміцнення матеріалів використали най-більш по-ши--рені види поверхневої обробки: електродугове наплавлення і на-пи-лен-ня та ди-фу-зій-не борування поверхневих шарів. Для нанесення покриттів ви-ко-рис--товували по-ро-ш--кові евтектичні композиційні матеріали на основі системи Fe – Mn – B – C – Si – Ni – Cr. Дослідження поверхневих шарів на зносостійкість про-водили на ком-п’ю-те-ри-зованій установці тертя типу Amslera. Струк--турно-фазовий стан поверхні тер-тя дос-лід-жу---вали з допомогою мік-ро--стру-к-тур-но-го аналізу. Оскільки фізико-хімічні процеси про----ходять в тон-ких поверхневих шарах для виявлення вторин-них струк-тур ви-ко-рис-та--ли мас-спек-трометричний аналіз. Це дає мож-ли-вість об-ґрун--ту--ва-ти фі-зико-хімічні про--це-си, які про-ті-ка-ють за умов су-хо-го тер-тя боровмісних по-к-рит-тів на ос-нові за-лі-за. Проаналізувати вплив оксидних плі-вок на три--ботехнічні ха--рак--те-рис-ти-ки мате-рі-а--лів. Для дослідження фізико-хі--міч-них про--це-сів, які від-бу-ва-ють-ся на по-ве-р-х-ні тертя і по-бу--до-ви діаграм фа-зової рівноваги в сис-те-мах B – C – O та Fe – B – C – O ви-ко-рис-та-ли методику тер-мо-ди-на--міч-них роз-рахунків.

У третьому розділі розглянуто результати випробувань на зношування бо-ро-вміс---них покриттів. Випробування проводили на ком-п’ю-те-ри-зованій установці типу Amslera за схемою тертя палець-диск без мащення за питомих навантажень 3, 7 та 10 МПа, швидкості ковзання 0,6 м/с. Серед досліджуваних бо-ро-вміс-них покриттів най--кра--щими зносостійкими ха-рак-те-рис-тиками володіють по-крит-тя, одержані ме-то-дом елек--тро-ду-го-во-го наплавлення та боридні по-крит-тя. За умови питомого на-ван-та-же-н--ня 3 МПа ці по-криття зношувалися практично одна-ково, а втрата маси пари тер-тя ста--новила 0,94 та 1,68 г на користь боридного шару (рис. 1).

Рис. 1. Кінетика зношування боровмісних покриттів (1-4) та відповідних контр-тіл (1’-4’) за питомого навантаження 3 МПа: 1 – евтектичне покриття системи Fe – Mn – C – B – Si – Ni – Cr; 2 – боридне покриття; 3 – покриття системи Fe – C – B – Cr; 4 – покриття сис-те-ми Fe – C – B – Cr – Al.

Після випробувань за умо----ви питомого на-ван-таження 7 МПа кінетика зно-шу--ва-н---ня ев-тек-тич--ного по-кри-т-тя не змі-ни-ла-ся, в той час, як втрата маси боридних по-крит-тів змен-ши-ла-ся до 0,63 г (рис. 2, а). По-рів-нюючи втра-ти маси цих покриттів піс-ля-6-ти годин тертя за умо-ви пито-мого на--ван--таже-н-ня 10 МПа, бачимо що кінетика зно---шу-вання змі-ню-єть-ся до нав-па-ки. Як-що втра--та маси пари тертя боридне покрит-тя-сталь 45 становила 2,25 г, то втра-та ма--си па--ри тертя евтектичне покриття-сталь 45 –-0,53 г (рис. 2, б).

Рис. 2. Кінетика зношування евтектичних покриттів (1), боридних покриттів (2) та від-по--відних контртіл (1?, 2?) за питомого навантаження 7 (а) та 10 МПа (б).

Ха-рак-тер зношування двох кон-ку-ру-ючих пок-рит-тів після питомого на-ван-та-же-н--ня 8,25ч8,5 МПа до-ко--рінно змі-ню-єть-ся (рис. 3). Інтенсивність зношування ев-тек-тич-ного та боридного по-к-рит-тя за питомого навантаження 3 МПа є практично од-на-ко-вою. Після тертя за пи-то-мо--го навантаження 7 МПа інтенсивність зношування бо-ро-ваного покриття є в 2 рази мен--шою ніж евтектичного покриття. Після ви-про-бу-вань за питомого на-ван-та-ження 10 МПа інтенсивність зно-шу--ван-ня евтектичних пок-рит-тів є в 4 рази меншою за зношування боридних покриттів.

Зі зростанням навантаження для евтектичних покриттів не фіксуємо різкого зрос-----тання коефіцієнта тертя (рис. 4). Його величина за умови 10 МПа в 1,2 рази ви-ща про---ти випробувань за питомого навантаження 3 МПа. Для боридних покриттів кое--фіцієнт тертя збільшується в 1,4 рази. На бо--рованих поверхнях він змінюється стрі-м-ко, особливо за питомого навантаження більшого за 7 МПа. Коефіцієнт тертя у па--рах напилене покриття системи Fe – C – B – Cr - сталь 45 та напилене покриття сис-теми Fe – C – B – Cr – Al - сталь 45 становить за питомого навантаження 3 МПа від-повідно 0,85 та 0,87.

Рис. 3. Інтенсивність зношування боровмісних покриттів по сталі 45 залежно від навантажен-ня: 1 – евтектичне покриття системи Fe – Mn – B – C – Si – Ni – Cr; 2 – борований шар; 3 – покриття системи Fe – C – B – Cr; 4 – по-кри-ття системи Fe – C – B – Cr – Al.

Рис. 4. Залежність коефіцієнту тертя боридних покриттів (1), покриттів одержаних ме-тодом електродугового наплавлення порошковими дротами системи Fe – Mn – B – C – Si – Ni – Cr (2), покриттів одержаних методом електродугового напилення по-рош-ковими дротами системи Fe – C – B – Cr (3) та системи Fe – C – B – Cr – Al (4) від пи-томого навантаження.

Отже, можна запропонувати ефективне використання поверхневого зміцнення за важ--ких умов тертя без використання мастила. Для зміцнення деталей, які пра-цю-ють у важко наван-та-жених вузлах тер--тя за навантажень до 8,25-8,5 МПа ефе-к-тив-ні-ше використовувати дифузійне борування. Однак за на-ван-та-жен-ь ви-щих ніж 8,5 МПа до--ці-ль-ніше використовувати евтектичні покриття. Ця за-ко-но-мір-ність знай--шла під-тве-р--д--ження і у залежності коефіцієнта тертя від навантаження.

У четвертому розділі подано результати структурно-фазових дос-лід-жень по-крит-тів. На основі проведених досліджень мікроструктури евтектичних по---криттів сис--те-ми Fe – Mn – C – B – Si – Ni – Cr показано, що за сво-єю бу-до-вою до та після тер-тя во--ни від--різ-ня-ють-ся в основному у по-верх-невих ша-рах, як наслідок плас---тичної де---фор-ма-ції. Покриття характеризуються високою міцністю зчеплення з по-вер-х--нею. Тов-щина ди-фу-зій-ної пе-ре-хід--ної зони становить 5-10 мкм. Струк-тура покриттів скла-----да-ється з склад-но-ле-го--ваного пе-р-лі-ту (мат--рич-на фаза), легованого аус--теніту -(Fe, Cr, Ni), кар--бідів ти-пу Fe0,4Mn3,6C (ар-му-ю--ча фаза), Fe3C зі слідами Fe2B та включень кар---бі--ду Cr7С3. Виявлено, що бо-рид-ний шар характеризується високою зно-со-стій-кіс-тю ли--ше за питомго навантаження 3 МПа. За пи-томого навантаження 7 та 10 МПа ін-тен-сив--но руй--нується і товщина його помітно змен-шується. На ба-га-тьох ділянках по-к-рит--тя практично відсутнє. Після 1 год тертя покриття систем Fe – C – B – Cr та Fe – C – B – Cr – Al прак--тич-но все зносилося.

За іден--ти-фі-ка-цією морфологічних ознаків поверхні тертя (згідно стандарту ISO/DIS 7146) мож----на ствер-джу-ва-ти, що у евтектичних покриттях (рис. 5, а - в), кон-т-р--ті---лі (рис. 5, є), та бо-рид-ному покритті (рис. 5, г) (за питомого навантаження 3 МПа) до-мі-нує оки-слю-ва-ль--ний ме-ханізм зно-шу-ва-ння. Поверхня во-ло--діє ха-рак--тер-ною пе-люс--т--ко-вою-плів--ко-вою струк---ту-рою. Чіт-ко видно, що гра-нич-ний шар скла-да-ється з де-кіль-кох шарів і утворюється за рах-у-нок пластифікації по-верхневих ша-рів ма-те-ріа-лів, що складають па-ру тертя. Така плів-ка ви-никає, коли цьо-му сприяють влас-ти-во--сті самого матеріалу (ни-зька границя те-кучості, можливе оплавлення про-дуктів зно--шу-вання та їх по-да--льше намащування на по-верхню тертя). Ос-кі-ль--ки тов-щина плі-в---ки контртіла на-ба-га-то більша (рис. 5, є), мо-ж--на при-пус-ти--ти, що на ній зна--хо-ди--ться біль-ша кількість про-дук---тів зно-шу-ван-ня. По---вер-хня тер-тя бо-ридного ша-ру піс-ля ви---про-бу-вань за питомого на-ван-та-жен-ня 7 МПа ха-рактеризується сму---гас-тою стру-к--ту---рою з дрібним бо-роз-ну-ван-ням (рис. 5, д). На по-вер--хні тер-тя по--міт---ні ви-ри-ви. Та-ка плів--ка виникає внаслідок абразивного зно-шу-вання ма-теріалів. По-верхня тер-тя піс-ля ви---пробувань за питомого на-ван-та-жен-ня 10 МПа (рис. 5, е) во-лодіє ямко-вою та час--тково смугастою структурою з бо-роз-нуванням. Як пра-ви-ло така струк-тура ут----во-рюєть-ся в ре-зультаті тер--тя двох плас-----тич-них ма-те--ріалів вна-с-лідок плас--тич-но-----го те-чіння за ви-со-ких пи--томих тис-ків. Поверхня кон-тртіла (рис. 5, ж), яке пра-цю---ва-ло у парі з бо--рованим по---крит-тям за питомого на-ван-таження 10 МПа, во-лодіє сму----гас-то-плів--ко-вою струк-ту-рою з частковим від-ша--ру-ва--н-ням при-гра---ни-ч--ного ша-ру.

Рис. 5. Мікроструктура ( 250) поверхні тертя евтектичного покриття системи Fe – Mn – C – B – Si – Ni – Cr (а-в), боридного покриття (г-е), після 6 год. тертя при питомих на--ван-та-жен-нях 3 МПа (а, г), 7 МПа (б, д) та 10 МПа (в, е) та контртіла зі сталі 45 (є, ж).

Та-ка плі-в-ка може ут-во-ри-ти-ся в результаті три-бо--хі-мі-ч--них реа-к-цій та взаєм-но-го пе-----ре-несення матеріалів. Поверхня тер-тя після ви-про-бу-вань напиленого ша-ру сис-те-ми Fe – C – B – Cr (рис. 6, а) володіє смугастою струк-ту-рою, яка утворилася в ре------зу-ль-та--ті борознування. Та--кий ха-рактер поверхні свідчить про значну пластичну де-фор-ма-цію матеріалу та мож--ливе мік-рорізання. Помітні вириви. Ана-лі-зу-ючи по-вер-х--ню тер--тя сис--теми Fe – C – B – Cr – Al (рис. 6, б) ба-чи-мо де-що ін-ший ха-рак-тер зно---шу--вання. По--верхня тертя ха---рактеризується сму-гасто-пелюстковою струк-ту-рою з дріб---ним бо-роз--ну--ван--ням по-вер-х-ні. По--мітно, що плівка, яка ут-во-ри-лася внас-лі-док аб-разивного зно--шу-ван--ня є тон-кою і до-ста-т-ньо міцною. Аб--ра-зив-ни--ми час-точ-ка-ми мо-жуть слу--гу-ва--ти про-дук-ти три--бо-хі-міч-них реак-цій – твер-ді оксиди Al2O3. У струк--ту-рі є ді-лян-ки зі знач---ним макро- та мік-ро-рі-за-н-ням.

Рис. 6. Мікроструктура ( 250) поверхні тертя системи Fe – C – B – Cr (а) та Fe – C – B – Cr – Al (б) після 1 год тертя за питомого навантаження 3 МПа.

Аналізуючи зміну концентрації вуглецю за глибиною (рис. 7, 8) бачимо, що у ев------тектичних покриттях системи Fe – Mn – C – B – Si – Ni – Cr, борованих шарах та на-----пилених покриттях системи Fe – C – B – Cr спостерігається приповерхневе збі-ль-ше--н--ня вмісту вуглецю. Про---цеси приповерхневого навуглецювання у цих покриттях ін---тенсивніше про-хо-дять за на-ван-та-жен---ня 3 МПа. Мак-си-ма-льна концентрація на гли-----бині 150 Е для ев-те-ктичного і борованого по-критт--ів становить 6,8 та 1,1 %.

Рис. 7. Розподіл концентрації вуглецю в евтектичних покриттях (а) та борованих шарах (б) за умови різних пи-то-мих навантажень.

У на-пи----леному по-крит-ті із порошкових дротів сис-теми Fe – C – B – Cr кон-цен-трація вуглецю на глибині 80 Е ста--новить 4,4 %. За ха-рактером кривих роз-поділу мож-на при--пустити, що вуглець роз---ташовується під ша-ром ок--сидів. Ці-ка-во, що у на-пи-леній по-верхні системи Fe – C – B – Cr – Al змі-ни концен--тра-ції вуг-ле-цю не спо-сте--рі-га-ють-ся, вона є сталою по гли---би-ні і ста-новить 0,04-0,06 %. Тобто вуглець у шарі прак-тич-но від-сутній (рис. 8). Про-цес гра-фі-ти-за-ції відбувається в основному в ре--зу-льта-ті пе-ре-бі-гу три-бо-хі-міч-них реак---цій на по-верх--ні тер-тя, а не дифузії вуглецю з об‘єму матеріалу.

Ха-рак-тер кри--вих роз-по-ділу кисню по-діб-ний до кривих роз-по-ді-лу вуглецю для ви---ще опи-саних по--криттів. Оче-видно, що про-це-си окислення та на-вуглецю-ван--ня вза-є----мо-зв’язані і про-хо-дять за од-на--ко-вим ме-ха-ніз-мом. Максимальна концентрація кисню на по-верхні у ев-тектичних по--крит-тях за різ-них питомих навантажень ста-но-вить до 7,5 %, у борованих – до 1,5 %, а напилених по--крит-тях систем Fe – C – B – Cr і Fe – C – B – Cr – Al — відповідно 4,6 та 4,4 %.

Рис. 8. Розподіл концентрації вуглецю після 1 години тер--тя за питомого наван-та-же-н-ня 3 МПа в напилених покриттях систем: 1 - Fe – C – B – Cr; 2 - Fe – C – B – Cr – Al.

Розподіл бору у всіх покриттях, окрім напиленого покриття системи Fe – C – B – Cr – Al, після випробувань на зношування вказує на його активну участь у про-це--сах ок-си-до-ут-во--рення (рис. 9, в). У евтектичних та боридних покриттях за різних пи-томих на-ван-та-же-нь спо-сте-рігається падіння концентрації бору на поверхні тертя до 0,5 %. Од-нак у ев-тек-тич-них покриттях при на-ван-та-жен-нях 3 МПа на гли-би--ні ~ 2000 Е кон-цен-тра-ція бору різ-ко зростає до 5,5% (рис. 9, а), після чо-го спадає до по-вер--хні тертя. Це обумовлено з не значним ви-не-се-ння продуктів зно-шу-вання за пи-то-мо--го навантаження 3 МПа. Піс-ля випробувань бо-рид-них шарів за питомого на-ван-та-же-н-ня 7 МПа па-дін-ня кон-цен-тра-ції бо-ру починається лише на гли-би-ні ~ 1000 Е, що вка--зує на пе-ре-ва-жан-ня абра-зив-но-го ме-ханізму зношування перед окисним. От-же, на фі-зичних плямах контакту по-вер--х-ні тертя можливе ут-во--рення не сте-хіо-метричних ок-сидів на основі В2О3. Однак ок--си-ди бору та заліза можуть ут-во-рю-вати більш склад-ні оксидні сис-теми В2О3 – FexOy. При відповідних ре---жи-мах тертя борати роз-м’я-кшуються або пе-ре-хо-дять в рідкий стан, що сприяє зме-н-шенню зно-шування по-крит-тів. У евт-е-ктич-них пок--риттях присутній кремній, який як і бор характеризується ви--с-окою спо-рід-не-ні-с-тю до кисню. Максимальна концентрація кремнію спо-сте-рі-га-є-ть--ся на по-верхні по-к-рит-тя за питомого навантаження 3, 7 та 10 МПа і відповідно ста-но--вить 6,9, 3,8 та 7,8 %. Різ-ке збі-ль-ше-н-ня концентрації по--чи-на-єть-ся на гли-бині ~ 2000 Е.

Рис. 9. Розподіл концентрації бору в евтектичних (а), боридних покриттях (б) за умови різних питомих навантажень, та в напилених покриттях (в) після 1 години тертя за питомого навантаження 3 МПа: 1 – система Fe – C – B – Cr; 2 – система Fe – C – B – Cr – Al.

Мож--на при-пус--ти--ти, що в процесі тертя на поверхні композиту мож-ливе ут-во-----рен-ня сте--хіо-мет-рич--них і не-сте-хіометричних оксидів системи В2О3 – SiО2, які при від---по-від-них ре-жи-мах тер---тя на різних мікрорівнях розм’якшуються і оплавляються. Ут---во-рюється плів--ка типу „баббіту”, де за основу слу----гує механічна су-міш В2О3 – SiО2 з вкра-пле-н-ня-ми твердої скла-дової SiО2 (до 5 %). Оскільки м’я-ка скла-дова ви-но-си-----ть-ся з зо--ни тер---тя, тоді стає зро--зу-мі-лим підвищення вмісту крем-нію на поверхні тер---тя. Зміна концентрації бору у напилених покриттях (рис. 9, в) докорінно від-різ-ня-є-ть------ся. Якщо у покриттях системи Fe – C – B – Cr спостерігається плавне падіння кон-цен-трації бору з 3 до 1,5 % до по---в-ерхні тертя, то у системі Fe – C – B – Cr – Al кон-цен-трація його ін--тен-сив-----но зростає до по-верхні тертя і сягає 19 %. Оскільки у пер--шо-му випадку бор при-й-має активну участь в оксидоутворенні, то за наявності алю-мі-нію цього не від-бу-ва-є-ть---ся. Алюміній має більшу спорідненість до кисню за бор. Кон-цен--трація алю-мі--нію до поверхні плавно зростає і ста-но-вить 11,5 %. Тому в при---сут-но-сті Al про--цес на-вуглецювання не від-бу-вається, що сві-д-чить на користь гі-по--тези на-вуг-ле-цю-вання за рахунок перебігу трибохімічних реакцій на поверхні тер-тя, а не дифузії вуглецю з об’єму матеріалу. Плів-ка Al2O3, що утворилася харак-те-ри-зу-ється ви-со-кою температурою плав-ле-н--ня, є міцною, щі-ль--ною та не проникною для га-зів. За важких ре-жимів тертя і навіть за під-вищених тем-пе-ратур не від--бу-ва-є-ться роз-м’як-шен-ня по-верхневого ша-ру, що приз-водить до про-це-сів мікро-різання, схоплю-ван--ня, тощо.

У п’ятому розділі представлено термодинамічні розрахунки фазового складу про---дуктів зношування на поверхні тертя. На основі аналізу хімічних реакцій окис-лен-ня елементів, які містять покриття, карбідів та боридів були побудувані діа-гра-ми фа-зової рівноваги у потрійних системах В – С – О та Fе – С – О. Добра кореляція роз-рах-ункових й експериментальних результатів дос-лід-жен-ня фа-зо-вої рівноваги у мо-де-лі трикомпонентних сплавів дозволила побудувати діаграму фазової рівноваги у сис-те-мі Fe – B – C – O. Результати розрахунків фазової рів-но-ва-ги (рис. 10) показу-ють, що у широкому діапазоні пар-ці-а-ль--них тис--ків CO та CO2 пе--ре-ва-жає окислювальний механізм зно-шування боровуглеце-вомістких покриттів. Най--віро-гід--нішим є перебіг цього механізму зношування при 723 К. Вста-нов-ле-но, що за тис-ку 0,1 МПа та температур 723, 1644 К утворюються фази: В2О3, FeO, Fe2O3, Fe3O4 та гра----фіт.

Рис. 10. Двофазна рівновага у сис--те-мі Fe – B – C – O за різних тем-пера-ту-р:

а – 723 К; б – 843 К ; в – 1644 К.

Вище вказані граничні температури відповідають від-по-від-но оп--лавленню В2О3 та FeO, а за температури 843 К відбувається зміна послі-дов-но-сті окис---лення ок-си---дів за-ліза з двостадійної на тристадійну. Оксиди бору та за-лі-за досить лег---ко мо-жуть ут-во-рювати борати 3Fe2O3B2O3 (Fe3BO6) та Fe2O3B2O3 (FeBO3). Вище вка---зана гра----нич-на температура 723 К від-по-ві-дає оп-лав--ленню В2О3. За-лізо та бориди ста--більні ли---ше при дуже ве-ли-ких спів-від-но-ше-ння CO/CO2 у скла--ді газо-вої суміші. У до--сить ши---ро-ко-му діапазоні тис---ків CO ви-яв-ля--є-ть-ся не-ста-бі--ль--ним і роз-па-да-єть-ся з ут-во---рен-ням гра-фі-ту та ок-си-ду вуглецю. При най-ви-щій розра-хун-ко-вій тем-пе-ра-ту-рі (1644 К) скла---да-ю-ть-ся спри--ятливі умо-ви для пе--ребігу від--нов--них реакцій, що пояс-ню--єть-ся зрос-та-н-ням ста--бі-л-ь-нос-ті CO (рис. 10, в). Зрос-тан-ня концентрації вуг-лецю на по--вер--хні кон--такту обу--мов-ле-но від-кладанням плів-ки гра-фіту.

У шостому розділі розглянуто механізм оксидоутворення та графітизації під час процесу тер--тя в важконавантажених вузлах тертя. Най-ві-ро--гіднішим є перебіг ме-ха--нізму окислю-валь-ного зно--шування за 723 К. Ви-мі-рю-ван-ня температури у ев-тек-тич---них та боридних по-кри-ттів на глибині 2 мм від поверхні тер--тя показали, що вона ста---новила від 311до 493 К залежно від режиму тертя. Оче-вид-но, що тем-пе-ра-тура на по-верхні тертя була ви-щою за вказані температури. Тем-пе-ратуру, яка може бути на ло--кальних ділянках поверхні кон-так-ту вста-но-ви-ли за ре-зуль-та-та-ми дослідження мор----фо--логії продуктів на поверхні ковзання у парі тер-тя B4C-ШХ15. Оскільки ви-про-бу--ван-ня проводили за більших швидкостей ков-зан-ня, то морфологічні ознаки по-вер-х-ні про-я-вляються активні-ше, ніж за умов ви-про-бу-ван-ня евтектичних та борованих повер-хонь. Однак на мікровиступах ймовірність пе-ре-бігу таких морофологічних змін є цілком реальною. Досліджували про-дук-ти зно-шу--вання під час тертя B4C-ШХ15 за пи-то-мо-го тиску 5,5 MПa та швид-кості ков-зан--ня 1, 3, 6 та 11 м/с. Без-по-се-ред-ньо на по--вер-хні B4C про-дук--ти зно-шу-ван-ня ма--ли фор-му гло-бул або скло-по-діб-них пе--люс-ток із роз-га--лу-же-ни-ми мікротрі-щи-на-ми (рис. 11). Така форма час-ти-нок на кон-так--т-ній по-вер-хні свід---чить про оплав---лен-ня поверхні тер----тя з нас-туп-ним пришвидше-ним охо-лод-жен-ням час---ти-нок. То-му, середня тем-пе-ра-ту------ра по-вер-хні контакту ли-ше на де---кіль-ка де-сят-ків гра---ду-сів пе-ре-ви---щу-вала тем-пе-ра-ту-ру плавлення B2O3. Подальше під-вищення тем--пе-ратури приз-во-дить до „ви-по-тівання” по-----вер-хні тер-тя, так званого за-хисту від пе-ре-г-рі-ву мате-ріа-лу (рис. 11). Рен--т--ге-нів-ським спек-----траль-ним мік-ро-а-на-лі-зом вста-нов-ле-но, що склад оплавлених час--то-чок змі-ню-є-ть--ся від ок-си-ду бо---ру B2O3 до бо--ра-тів за-лі-за Fe3BO6 або FeBO3. В про--дук-тах зно-шу-ван-ня кон--цен-трація бору під-ви-щу-ється до 25 % ат. На поверхні кон-т--р-ті-ла виявлено час-тин---ки Fe2O3 та Fe3O4. У міс-цях від-ша-ру-ван-ня ок--сидів – про-шар-ки гра-фіту, які чітко ви-д--но на рис. 12. У зламі кон-тртіла вуглець на по--верхні роз-по-ді-ле--ний нерівномірно, йо--го кон--цен-трація зрос-тає над ок-си-да-ми за-лі-за (рис. 12, б). Під ок--сидами заліза вона змен----шу-є-ть-ся до гли-би-ни 10-20 мкм і відповідає вмісту основи. Фор-ма піків на оже-спек--трах свід--чить, що вуг-лець знаходиться у виг-ля-ді гра-фіту. Термодинамічні роз-ра-хун--ки по-в-ні-с-тю уз-год-жу-ються з резуль-та-та-ми стру-к-ту-р---них дос-ліджень аналізу фазо-во-го скла--ду про--дуктів на кон-так-тних по-вер-х-нях В4С-ШХ15. Ін--тен-сив--не окис-лен-ня бо-ро-вміс-ного ша--ру з ут-во--рен-ням ок-си-дів за-лі--за та бор--но---го ан-гід-риду по-чи-на-є-ть-ся за наг--рі-ван-ня ви-ще 723 К. При цьому В2О3 перебуває в рід-ко-му ста----ні і до певної міри ви---ко-нує роль мас--ти-ла. Зі збі--ль-шен--ням швид---кості ков-зан-ня спостерігається плавне змен-шення коефіцієнт тер-тя до 0,25 - 0,35. От-же, збіль-шен-ня на-ван-та-же--н-ня, швид--ко-с--ті ков-зан-ня та ек-зо-тер-міч-ний ефект три---бо-хімічних реакцій на по-вер-х-ні тер-тя ін---тен-си--фі-кує фрик-цій-ний наг-рів, в ре-зу-ль--та---ті яко-го на по-вер-хнях тер-тя від-бу---ва-є-ть--ся ло----ка-ль--не оп-лав-лен-ня або роз--м’як--шення ок-сидних фаз. Крім цього оксиди утворюють тер--мо-ізо-ля-тив--ний шар, який перешкоджає розсіюванню теп--ла в об’єм матеріалів па-ри тер-тя, що в свою чер-гу підвищує температуру в зоні кон--такту.

Рис. 11. Будова поверхні тертя карбіду бору під час тертя зі швидкістю ковзання: а – 1 м/с (Ч500); б – 3 м/с (Ч1000); в – 6 м/с (Ч1500); г – 11 м/с (Ч500).

Рис. 12. Будова поверхні тертя (а) та фрактрограма сталі ШХ15 у елект-ро-нах вуг-ле-цю (б): 1 основа; 2 оксиди заліза; 3 поверхня тертя з адсорбованим вуг-ле-цем.

Таким чином можна ствердити, що в процесі тертя на локальних ділянках по--вер-хні боровмісних пок-рит-тів можливе утворення не стехіометричних оксидів на ос-но--ві В2О3, Fe2O3, Fe3O4 і SiО2, які за відповідних режимів тертя розм’якшуються або пе---ре---ходять в рідкий стан. Ок-сидні плівки (борати, боросилікати) діють як звичайна зма------щу-валь-на ре-чо-ви-на, що збі-ль-шує зносостійкість важконавантажених вузлів тер-тя, які працюють без мас-тила. Од--ним з процесів, який супроводжує тертя боро-вміс-них матеріалів є від-кла-ден--ня плів-ки графіту на контактної поверхні. Такі плівки не ут-----во-рю-ють-ся у вакуумі. В пер--шу чергу це обу-мов--ле-но стійкістю монооксиду вуг-ле-цю. Реакція роз-па-ду СО по-чи-нається при 610-670 К й інтен-сивно про-хо-дить при стан---дар-т-ному тис-ку в ін-тер-ва--лі 770-970 К. Швид-кість ди-со-ціації СО за ни-зь-ких тем-пе---ра-ту-р є ду--же ма-ла, але сут---тєво зростає у при--сут-но-сті каталі-за-то-рів. Ката-ліза-то-ра-ми цієї реак-ції слу-гу--ють пе--ре-хід-ні ме-тали та їх ок-си-ди, зокрема: FеО, Fе3O4, Fe2О3. За--лі-зо є ка-талізатором, по-чи-на-ю-чи з темпе-ра-тури 770-849 К. Не ма-ють ка-та-лі-тич-но-го впли-ву: кремній, Al2О3, SіО2, С і ін. Мас-спектрометричні дос--лід-жен-ня напилених по-верхонь за участю алю-мі-нію під-тверджують, що в при-сут-но--сті активнішого до окислення компонента Al, процес відкладення плівки графіту не від-бу-вається. Це свід--чить на ко-ристь гі-по-те-зи графітизації переважно за рахунок пе-ребігу три-бо-хі-міч--них ре-а-к--цій під час тертя, а не дифузії вуг-лецю з об’єму металу. Шля--хом належ-но-го ке--ру-ван---ня такими фі-зи-ко-хі--міч-ни-ми про-цесами як, ут-ворення лег-коплав-ких фаз, пе-ре--не-сен-ня вуг-ле-цю або осад--жен-ня йо-го на по-вер-хнях кон--так-ту, мож-на до--сяг-ти по--зи-тив-но-го впли-ву три-бо-хі-міч-них плі-вок на пра-цез-дат-ність вуз-лів тер-тя.

Запропоновано моделі (рис. 13) поверхні тертя для боровмісних ма-те--ріалів.

Рис. 13. Моделі поверхні тертя з фрахуванням фазового складу поверхні тер-тя та про--дуктів зношування (продукти зно-шу-вання підкреслені): а – евтек-тичних покрит-тів; б – боридних пок-рит-тів; в – покриттів, одержаних ме-то-дом електродугової металізації; г – В4С-ШХ15.

У сьомому розділі показано практичне застосування евтектичних ком-по-зи-цій-них матеріалів системи Fe – Mn – C – B – Si – Ni – Cr, нанесених електро-дуго-вим на-плавленням з використанням порошкових дротів. На ВАТ “Львівський за-вод фре-зер-них верстатів” для підвищення довговічності ком-бі-нованих аг-ре-гатів для перед-по-сів-но-го обробітку грунту (Комбінатор ЛК-4), впро-вад-жено заміну під--шипників кочення серії 1580207К7Т2С17 ГОСТ 24850-81-81 на під-шипники ков-за-н-ня. Впро--вад-же-но нап--лав-лен-ня вту-лок підшипників ковзання ев-тек-тич-ними по-ро-ш-ко-вими електродами. Дослідно-промислову первірку ви-ко-на-но в науково-ви-робни-чому об’єднанні „Сі-ль-госп-машсистема” Львівської дер-жав-ної зо-нальної маши-но-випробувальної ста-н-ції у смт. Магерові. Пе-ревірку проводили на полях під час вес-няно-осінньої оранки гру-н--ту. Довговічність вузла збільшилася в 2 рази. Під-шипники ковзання із ев-тек-тич-них матеріалів після весняно-осінньої ора-н-ки є при-датні до подальшої ек-сплу-а-та-ції.

ВИСНОВКИ

У дисертації показано ефективне використання боровмісних покриттів за важ-конавантажених режимах сухого тертя. На основі структурно-фа-зо-вих досліджень та тер-модинамічного аналізу хімічних реакцій показана принципова мож-ли-вість ство--рен-ня за-хисних про-ти зношування оксидних плівок, що містять бор та гра-фіт. За певних умов фрик-цій-ної взаємодії матеріалів плівки розм’якшуються, оп-лав-ляються і відбувається перехід вуз-ла з режиму сухого тертя до тертя з гра-нич-ним мащенням. В результаті виконання роботи отримано наступні основні результати:

1. Встановлено умови використання боровмісних матеріалів, які пра-цю-ють в умо---вах су--хого тертя та високих питомих навантажень. Показано, що за питомого на-ван-та-ження до 8,5 МПа кращими трибологічнними ха-рак-те-рис-ти-ками во-ло--діє бо-ридне пок-рит--тя. За вищих питомих навантажень 8,5-10 МПа най-кра-щою зно---состійкістю ха-рак--те-ри-зу-ється евтектичне покриття сис-те-ми Fe – Mn – C – B – Si – Ni – Cr, нанесене ме-то-дом електродугового наплавлення.

2. Виявлено, з допомогою мікроструктурного аналізу покриттів та поверхні зно-шу-ван--ня, що за всіх питомих навантажень зношування пари тертя ев-тек-тичне по-криття сис-теми Fe – Mn – C – B – Si – Ni – Cr – сталь 45 від-бу-ва-єть-ся за окисним ме-ха-ніз-мом. Зношування пари тертя боридне покриття – сталь 45 за питомого на-ва-н-та-жен-ня 3 МПа відбувається за окисним ме-ха-ніз-мом, а за питомого на-ван-та-жен-ня 7 МПа, до-мінуючим стає процес аб-ра--зив-но-го зно-шування.

3. Вперше показано, що в процесі тертя ев-тектичних композиційних дис-пер-сій-но-змі-ц-нених матеріалів з градієнтом струк-ту-ри відбувається сегрегація С, В та Si на по-верхню тертя ( до 50 -100 Е). Внаслідок цього на фізичних пля-мах контакту ут-во-рюються не стехіометричні ок--сиди на ос-нові FexOy та системи B2O3 - SiO2. Це