МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Киiвський мiжнародний унiверситетцивiльної авiацiї

На правах рукопису

УДК 620:193.16.664

Свирид Михайло Миколайович

ПIДВИЩЕННЯ ЗНОСОСТIЙКОСТI ВУГЛЕЦЕВИХ СТАЛЕЙ В КОРОЗIЙНО-АКТИВНИХ СЕРЕДОВИЩАХ

БОРИДНИМИ ПОКРИТТЯМИ

Спецiальнiсть 05.02.04 - Тертя та зношування в машинах

АВТОРЕФЕРАТ

дисертацiї на здобуття наукового ступеня

кандидата технiчних наук

Київ 2000

Дисертацiєю є рукопис.

Робота виконана на кафедрі ТРВЛА і АМ Київського мiжнародного унiверситету цивiльної авiацiї.

Науковий керiвник - доктор технiчних наук , професор

Назаренко Павло Васильович.

Офiцiйнi опоненти: доктор технiчних наук, професор

Кiндрачук Мирослав Васильович, професор кафедри металознавства та термічної обробки Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут” , м. Київ.

доктор технiчних наук, професор Сологуб Микола Аврамович, професор кафедри матеріалознавства та технології машинобудування Українського державного університету харчових технологій (УДУХТ), м. Київ.

Провiдна установа: ВАТ “МоторСІЧ" Міністерство ППУ Зароріжжя.

Захист вiдбудеться "31" січня 2001 року о 10-00 годинi на засiданнi спецiалiзованої вченої ради Д26.062.03. При Київському мiжнародному унiверситеті цивiльної авiацiї за адресою: 252058, м.Київ, проспект Космонавта Комарова,1, КМУЦА.

З дисертацiєю можна ознайомитись в бiблiотецi університету.

Автореферат розiслано "30" грудня 2000 р.

Вчений секретар спецiалiзованої вченої ради

доктор технiчних наук _________ Запорожець О.I.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальнiсть роботи. Аналіз роботи багатьох промислових механiзмiв свідчить, що недостатня надійність і довговічність технологічного обладнання, в більшості випадків, зумовлена інтенсивним корозійно-механічним зношуванням (КМЗ) при їх контакті з корозійно-активним середовищем. В процесі проектування окремих вузлiв машин проводять розрахунки на мiцнiсть, а взаємодiя пар тертя в цих же машинах та зносостiйкiсть звичайно не враховується. Тому, щоб уникнути багатьох помилок в виборі матеріалів, завчасно попередити вихiд деталi з ладу, правильно спрямувати доскональне глибинне дослiдження вузла, працюючого в умовах КМЗ, необхідне застосування лабораторних та стендових випробувань з створенням дійсної моделi реального вузла. Експлуатаційна надійність обладнання забеспечується довговічністю механізмів, працездатнiсть яких визначається зносостійкістю деталей вузлів виготовленних з високолегованих сталей і сплавів, легуючі елементи котрих достатньо коштовні та рідкісні. Проте характеристикою довговічності поверхонь тертя є робочий шар завтовшки до 100 мікрометрів. Змiцнення поверхневого прошарку буде достатньою умовою довговiчностi механiзму. Насичення поверхнi бором на робочу глибину значно пiдвищує зносо - i корозiйну стiйкiсть, а розширення їх технiчних характеристик можливе за допомогою легуючих елементiв, які підвищують механiчнi характеристики, збiльшують стійкість покриттів до взаємодiї активного середовища в умовах КМЗ. Тому особливо актуальним та ефективним в цьому напрямку може бути змiцнення поверхонь нелегованих дешевих вуглецевих сталей захисними покриттями, які мають широкi межi триботехнічних характеристик.

Мета роботи полягає в дослідженні легованих боридних покриттів та способів їх обробки з метою підвищення зносостійкості при роботі в корозійно – активних середовищах.

Задачі роботи, виконання яких зумовлено досягненням поставленої мети:

1. Розробити методичний комплекс, спроможний змоделювати умови роботи реальних вузлiв тертя.

2. Розробити модель трибологiчної системи в умовах корозiї при терті ковзання.

3.

4.

5.

Зв”язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Виконана робота безпосередньо пов’язана з планами науково-дослідних робіт по темі "Розробка методів і рекомендацій забезпечення стабільності якості поверхневих прошарків деталей вузлів тертя при тривалій їх работі в рідинах ПГВ" та госбюджетних розробок по дослідженню тертя та зношування в машинах кафедри технології ремонту виробництва літальних апаратів та авіаційного матеріалознавства.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Розвинено методику комплексного дослідження КМЗ; розроблено та виготовлено пристрій для заміру електрорушiйної сили, в режимі корозійного зношування; побудовано логiчну модель взаємодiї вхiдних чинникiв на вихідні параметри трибологiчної системи.

2. Вивчено взаємодiю легованих боридних покриттiв в активних середовищах; визначені робочі межі на режимах тертя ковзання.

3. Розроблено новий метод обробки двофазного боридного покриття з високодисперсною бездефектною структурою, з пiдвищеними трибологiчними характеристиками в умовах тертя ковзання без мастила, в результаті чого зносостійкість підвищилась в п’ять разів.

4. Розроблено новий метод легування двофазного боридного покриття хромом для збiльшення корозiйно-механiчних властивостей в умовах тертя ковзання, в наслідок чого зносостійкість підвищилась в два раз.

Практична цiннiсть результатiв роботи полягає в тому, що основні її результати опробовані і використані, як рекомендації по підвищенню зносостійкості деталей вузлів тертя при тривалій роботі в рідині ПГВ з економiчним ефектом 95 тис.крб в цінах 1986 р., по підвищенню довговічності втулок тiстонасосiв И8-ХТА 12/3 з економiчним ефектом 197 тис. (1984 р). Впровадження результатів дослідження на заводі “Росинка” (1999р.) збільшено зносостійкість деталей лінії в 2 рази.

Одержані в роботі теоретичні і експериментальні результати можуть бути використані при розробці заходів по підвищенню довговічності обладнання підприємств деталі яких працюють в корозійно-активних середовищах.

Особистий внесок здобувача полягає в визначенні наукових завдань, розробці методики та методів досліджень, розробці та виготовленні експериментальної установки, проведенні експериментальних досліджень.

В роботі Лабунец В.Ф., Свирид М.Н., Намисняк Я. Физико-механические свойства боридных сталей обработанных лучём лазера. // Проблемы трения и изнашивания, -1988. -Вип.32,- С.23-27, здобувач підготував і описав методику обробки зразків.

В роботі Лабунец В.Ф., Назаренко П.В., Свирид М.Н. Трибостойкость многокомпонентных диффузионных покрытий на основе бора. //Проблемы трения и изнашивания, - 1992. - Вип.41, С.18-22, здобувач обгрунтував методику випробовування дифузійних покриттів.

В двух АС “Способ обработки диффузионных боридных покрытий на стальных деталях”, - здобувачеві належить ідея і методика обробки поверхні.

В роботі “Трибосистема як сукупність систематизування стахостичних процесів” автор обгрунтував теоритичні і практичні методики дослідження покриттів в умовах КМЗ. Машинобудування - 2000 .- №6 - С.5-9.

Достовірність результатів підтверджується застосуванням методичного та математичного апарату обробки результатів на ЕОМ, значним обсягом експериментальних досліджень та достатньо обгрунтованою методичною базою застосованою для вивчення трибологічних процесів.

Апробацiя роботи. Основні положення роботи доповiдалися і опубліковувались на всесоюзних НТК: "Эксплуатационные свойства авиационных топлив смазочных материалов и специальных жидкостей".Киев.1985., та “АВІА-99” і “АВІА-2000”.

- на IV. Республіканській НТК м. Одеса. 24-26 вересня 1991.

- семінарі:."Киевское производственное объединение арматуростроения”. Київ, 16-18 жовтні 1984 . та 20-22 жовтня 1987. Київ.

-семинарі ”Твердые сплавы для узлов трения химического оборудования”. Киев. 28 травня та 1серпня 1990.

По темi дисертацiї опублiковано 14 статей, та отримано два авторськi свiдоцтва.

Структура та обсяг роботи. Дисертацiйна робота складається із вступу, шести роздiлiв, загальних висновків, бібліографічного списку та додатку Основний її зміст викладений на 138 машинописних сторiнках і має 59 рисунків, 12 таблиць та список використаних лiтературних джерел з 121 найменувань. Загальний об”єм дисертації 158 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМIСТ РОБОТИ

У вступi обгрунтовується актуальнiсть теми дисертацii з погляду сучасного стану проблеми КМЗ в умовах тертя ковзання, наводяться вiдомостi про практичну цінність та структуру роботи.

У першому роздiлi наведено огляд основних розробок щодо механiзму тертя та зношування металів в корозійно- активних середивищах. Приведений аналіз робіт в напрямку підвищення надійності та довговічності машин, ресурс роботи яких визначається працездатністю вузлів тертя в умовах КМЗ, та методик їх дослiдження, викладених в роботах Г.О. Прейса, О.І. Некоза, В.В. Шевелі, М.А. Сологуба, Г.Є. Лазарева, І. А. Кравця та багатьох інших. Проведено аналiз основних методів поверхневого змiцнення елементів трибосистеми, визначено властивостi покриттiв, їх недолiків i переваг поряд з iншими методами захисту робочої поверхнi в умовах КМЗ. Цим розробкам присвячені роботи Л.Г. Ворошніна, В.М. Голубця, В.Ф. Лоскутова, В.Ф. Лабунця, В.І. Похмурського та інших. Обгрунтовано застосування захисних боридних покриттів, їх легування та лазерної обробки для трибосполучень

Рис.1. Модель прогнозування трибологічних параметрів в залежності від вхідних чинників.

процюючих в умовах тертя ковзання в хімічно активних середовищах. Сформульована мета та задачi дослiдження.

У другому роздiлi методично обгрунтовано логiчну модель (рис.1) прогнозування трибологічних чинникiв, що задаються: навантаження,

швидкість, температура; технологічних з змінними характеристиками: активність середовища, твердість поверхонь, коефіцієнти перекриття; технологічні з фіксованими характеристиками: електрохімічні методи захисту поверхні, різнорідні поверхні, структурний склад поверхні, схема тертя. Всі вхідні чинники перемішуються в "чорному ящику" змінюють захисну плівку, підвищенням температури, впливом водню та утворенням ефектів: "тріщини", "хвилі", "електрополірування" апроксимуються вихiдними параметрами: зносостiйкiстю, коефiцiєнтом тертя, температурою створеною тертям та струмом, утвореним мiж робочими поверхнями в присутності електроліту.

Легування боридних покриттiв здійснювали методом хіміко-термічної обробки (ХТО) за температури 9500С на протязi 4…5 годин з елементами Cr, Ni, Ti, Co, Mo, Cu, W, V до концентрації в покритті 0,4%…1% кожного.

Для проведення лабораторних випробувань розроблено пристрій до стандартної машини СМЦ-2, для вимiрювання трибо-електрорушійної сили в процесі тертя.

З метою підвищення працездатності вузлів тертя застосовували лазерну обробку, з фiксованим розiгрiвом матерiалу на розраховану глибину. Для цього борована сталь 45 покривалась графітом з метою підвищення поглинання променя, i опромiнювалась твердотiльним лазером з активним елементом із скла з домiшками неодиму на частотi 1062 нм. Змінними чинниками були: потужнiсть випромiнювання в iнтервалi 9…28 Дж, дiаметр свiтлової плями 2…5 мм, час впливу променя лазера з інтервалом 1…10 мкс. Легування боридного покриття хромом за допомогою лазерної обробки підвищує трибологічні характеристики поверхні тертя при КМЗ. Легування здійснювалося нанесенням обмазки товщиною 50…120 мкм, з суміші 14…29% цапонлаку, 70…85% порошку хрома і близько 1% вуглецю і подальшою лазерною оплавкою.

Структурні складові аналізували за допомогою оптичних мiкроскопiв та растрової електронної мiкроскопiї з ренгеноструктурними та ренгеноспектральними аналiзаторами системи LINK та DEGIMAP.

Параметри технологiчного режиму обробки боридного покриття визначали методом математичного планування експерименту.

У третьому роздiлi наведенi результати дослідження легованих боридних покриттiв в умовах тертя ковзання без мастила. Встановлено пiдвищений сумарний знос пари сталь 45 покриття FeВ+Fe2B в порiвняннi з iншими парами (рис.2). Металографічний аналіз показує, що оксидні плівки, утворені на поверхні тертя сталі 45, більш товщі, нiж на двофазному боридному покритті.

Для дослiдження причини поверхневих перетворень були проведенi випробування в закритому об'ємi при вологостi повiтря 67% з метою визначення впливу змiни газової фази, утвореної вiд тертя твердих поверхонь. Режим тертя підбирався так, щоб пiсля випробувань твердiсть контрзразка, загартованого на мартенсит, не змiнювалась і становила HRCе 55. Дослiдження проводилися на одноiменних парах тертя сталь 45 по сталі 45, FeВ +Fe2В по FeВ+Fe2B, а також покриттях, легованих мiддю або титаном. Вибір цих елементів визначався з ряду напруженості стандартних електродних потенціалів, який вказує на значну активність титану, і мінімальну міді по відношенню до водневого стандартного електроду.

Дослідження показали, що кiлькiсть кисню, який залишився пiсля тертя стальних зразкiв приблизно в два рази менша, нiж при тертi двофазних боридних покриттiв. Це зумовлено бiльш інтесивним ростом та наступним руйнуванням оксидних плiвок, так як вони більш крихкі та мають велику площу і товщину, в порівнянні з FeВ+Fe2B майже в 2,4 рази, вiд чого витрачається менше кисню при тертi двофазних боридних покриттів, а використана кількість кисню супроводжується залишком водню утвореного з вологи повітря обмеженого об”ємом камери. При цьому нестача кисню сповiльнює процеси зростання та руйнування захисних плiвок, що зменшує коефiцiєнт тертя та підвищує зносостійкість,

Рис.2. Інтенсивність зношування покриттів в умовах тертя ковзання без змащування (V=1м/с, P=10МПа)

1-FeB+Fe2B по

FeB+Fe2B

2-FeB+Fe2B по сталі 45 3-(Fe,Cu)B+(Fe,Cu)2B

по FeB+Fe2B

4-(Fe,Ti)B+(Fe,Ti)2B по

FeB+Fe2B

проте якщо занадто мало кисню, то превалюватиме режим схоплення. Вплив водню має протилежний характер. При тертi боридного покриття FeВ+Fe2B такий ефект значно меньший, тому що замiна оксидних плiвок майже в 1,8 рази нижча, що видно по зносостійкості, та кiлькості виділеного водню, майже в шiсть разiв меньша. Від цього знос сталі 45 у 4 рази перевищує знос нелегованого боридного покриття. Легуючі елементи змінюють вплив легованого покриття на хімічну взаємодію кисню та водню з поверхнею тертя; так мідь зменшує, а титан збільшує кількість чистого водню утвореного з вологого повітря, в процесі тертя ковзання без змащування,а використаний кисень підвищує знос ( табл. 1).

Встановлено, що легування боридних покриттiв елементами Cr, Ti, V, W пiдвищує твердiсть поверхнi має місце пропорційний твердості ріст зносу зміцненого шару, а знижуючi твердiсть покриття елементи Сu,Co, Ni, Mo пiдвищують зносостiйкiсть в порівнянні з нелегованим двофазним боридним покриттям.

Таблиця 1.

Кількісні характеристики водню та кисню, що виділяється в процесі тертя в об”ємі камери.

Матеріал | сталь 45 | FeB+

Fe2B | (Fe,Cu)B+

(Fe,Cu)2B | (Fe,Ti)B+

(Fe,Ti)2B

Об’єм O2, мл | 10.535 | 18.053 | 15.649 | 13.058

Об’єм H2, мл | 0.085 | 0.014 | 0.0119 | 0.0159

O2, % | 26.7 | 48 | 47,6 | 49

Iг/км*см2 | 0.0119 | 0.0048 | 0.0039 | 0.0097

У четвертому роздiлi розглянуто залежнiсть зносостійкості легованих боридних покриттів від властивостей корозiйного середовища. Відзначено меншу швидкість стабiлiзацiї потенцiалу боридного покриття в порівнянні зі сталлю 45, яка пояснюється уповiльненим процесом реакцiї пасивацiї i пов'язана зі стiйкiстю покриття в корозiйному середовищі. Збільшення швидкості пасивації в 1.8 рази після тертя обумовлено деформаційною складовою, яка підвищує внутрішню енергію прошарку. Підвищення корозiйної стiйкостi спостерiгається в покриттях, легованих хромом, як у кислих, так i основних середовищах. Добавка мiдi пiдвищує корозiйну стiйкiсть покриття в лужному та нейтральному середовищах. Менша рiзниця потенцiалiв у покриттів, легованих титаном i нiкелем, що видно з аналізу потенцiостатичних кривих в основному середовищi, немає суттевих змiн до i пiсля випробувань. Аналіз початкових електродних потенцiалiв i потенцiостатичних кривих показав, що початок стабiлiзацiї поверхонь пiсля тертя покриттів легованих хромом, нікелем і титаном, наступає дещо ранiше, але установлення початкового електродного потенціалу настає вдвічі пізніше ніж у сталі 45 в кислому середовищі. Зі збiльшенням часу пасивацiї зменшується відтік кількісті розчиненого матерiалу як з поверхнi тертя, так і з поверхні, які не знаходяться в контакті. Корозійна стійкість сталі 45 в основному середовищі в порівнянні з двофазною боридною поверхнею в статичному режимі, зовсім протилежно показали себе в динаміці - зносостійкість покриття вище в 3-5 раз. Аналіз потенцiостатичних кривих показав, що змiна величини потенцiалу, до і після тертя, вiдчутна тiльки у легованих хромом покриттів в кислому середовищi, а хімічний аналіз поверхні свідцить про підвищення хрому на поверхні після тертя.

Значний iнтерес представляють закономiрностi параметрiв акустичного сигналу в умовах КМЗ. Враховуючи, що акустичний сигнал реагує тільки на механічне руйнування поверхні тертя, а хімічна взаємодія системи “матеріал-середовище” контролю не піддається, за допомогою акустики можливо ефективно проаналiзувати робочi параметри матерiалу в умовах тертя без урахування корозійної складової і визначення мінімального коєфіцієнта тертя для кожного середовища.

За допомогою деформацiйно-спектрального аналiзу визначено, що після тертя поверхнева структура набуває дрібно-кристалічної будови. Вплив технологiчних чинникiв логічної моделі (6,7) зі змінними харатеристиками відзначаються пропорційним, зменшенням зносостійкості.

Рис.3. Зносостійкість двофазного боридного покриття в залежності від коефіцієнта перекриття КПmax поверхонь тертя.

Так, коефіцієнт перекриття робочих повер-хонь (рис.3) відзначається тим, що інтенсивність зношування більша при вимірюванні зносу ваговим методом, а ніж лінійним. Збільшення поверхні, яка обмивається, підвищує її розчинність, тому контролювати зносостiйкiсть при КМЗ необхiдно лiнiйним методом вимiру. Взаємодiя поверхонь, маючих рiзницю по твердостi, у процесi напрацювання підвищує втручання механічної складової КМЗ.

Таблиця 2

Показник трибо-електрорушійної сили (в вольтах) покриттів в активних середовищах |

H2O | 5 % HCL | 5% KOH

сталь 45 | 0.720 | 0.925 | 0.401..0.301

FeB+Fe2B | 0.6 | 0.857 | 0.6..0.275

(Fe,Ni)B+(Fe,Ni)2B | 0.73 | 0.798 | 0.61..0.355

(Fe,V)B+(Fe,V)2B | 0.67 | 0.663 | 0.63..0.65..0.58

(Fe,Ti)B+(Fe,Ti)2B | 0.701 | 0.653 | 0.61..0.633

(Fe,Cr)B+(Fe,Cr)2B | 0.742 | 0.733 | 0.618..0.591

(Fe,Mo)B+(Fe,Mo)2B | 0.616 | 0.644 | 0.6..1.5..0.616

(Fe,Cu)B+(Fe,Cu)2B | 0.41..0.4 | 0.74..0.73 | 0.6..0.4..0.7..0.4

Взаємодія легованого боридного покриття і платинового електрода зрівняння, з електролітом супроводжується переміщенням електронів та обгрунтовує розчинність поверхонь, що значно впливає на зносостійкість. Данні (табл. 2.) вказують, що чим більша різниця потенціалів, тим менша зносостійкість. Процес тертя супроводжується сукупністю механізмів “чорного ящику”, в які входять хімічні перетворення поверхні в тісному зв’язку з механiчними діями на поверхні. Так, мiж двома поверхнями що труться моделюється процес “тріщини”, що приводить до значної гальванічної дії, яка значно збільшує знос поверхні.

Деформаційна складова в процесi тертя твердих поверхонь, обумовлюється хвильовим зсувом нерівностей, направлених поперек напрямку тертя, такий механізм назвемо "хвильовим". Iснування зарядiв по рiзнi боки хвилi, з позитивним попереду та негативним за хвилею, значно підвищують хімічну дію на поверхню тертя.

Апроксимуючими характеристиками трибологічної системи є вихідні параметри: 22- зносостійкість (И, мкм/км; мг/см2км), 23- коефіцієнт тертя (M), 24 - температура тертя (T0, С), 25 - струм (I, А).

Леговані хромом боридні покриття (Fe,Cr)B+(Fe,Cr)2B містять 1% хрому, але в наслідок тертя пiдвищується його кількість на поверхнi за рахунок своєї активності та розчинення залізної фази: така хімічна дія підвищує вміст корозійностійкої фази, що збільшує зносостійкість у тих середовищах, в яких сполуки на основі заліза менш стійкі. Крім того атомарний хром має властивість переміщуватися по дефектах кристалічної гратки під зовнішньою енергетичною дією, від чого в кислому середовищi активно пiдвищуються корозiйнi властивостi боридних покриттiв, легованих хромом рис.4. У лужному середовищi активнiсть падає, що пов’язано з активною пасивацiєю залiза з виділенням гiдроксидної групи.

Легування нiкелем (Fe,Ni)B + (Fe,Ni)2B пiдвищує корозiйну стiйкiсть боридного покриття i знижує мiкротвердiсть обох його фаз. Крiм цього, нiкель - менш рухливий елемент, а нiж хром, i рухається вiд джерела енергiї у внутрішні прошарки матеріалу.

Зносостійкость покриттів легованих нікелем в кислих середовищах майже вдвічі вища від двохфазного борованого покриття (рис.4.), при цьому зберігається висока корозійна стійкість.

Насичення поверхнi бором з домішками титану формують покриття (Fe,Ti)B + (Fe,Ti)2B. У сплавах з залiзом титан у невеликих кiлькостях пiдвищує стiйкiсть сплаву до мiжкристалiтної корозiї. Проте, як показали дослiдження, це суттєво не впливає на зносостійкість боридного покриття, легованого титаном (рис.4).

Рис.4. Інтенсивність зношування боридних покриттів в парі з керамікою в активних середовищах (Р=1 МПа, V=1 м/с).

Мiдь значно знижує твердiсть покриття, зміщує електродний потенцiал в позитивний бік, оскільки є потужним катодним елементом у покриттi. Склад легованого мiддю покриття аналогiчний попереднiм: (Fе,Cu)B +(Fe,Cu)2B з характерним кольором на поверхнi, як до так i пiсля тертя. Стiйкiсть такого покриття до корозiї помiтно відрiзняється в нейтральному середовищi.

У п’ятому роздiлi наведенi результати дослiдження покриттiв, оброблених лазерним променем. Встановлено, що концентрована енергiя зменшує крихкість пористих матерiалiв та сприяє залiкуванню дефектiв, збільшуючи при цьому щiльнiсть поверхневого прошарку. Корозiйна стiйкiсть та зносостійкість оброблених лазером поверхонь збiльшується одночасно зі зменшенням сили тертя та деформацiї поверхні.

Лазерна технологія дозволяє провадити фiксовану обробку матерiалу на розраховану глибину. Тому, вибираючи режим обробки, можна одержати структуру металу необхідну для даних умов роботи вузла тертя. Гартування матеріалу супроводжується процесом розчинення елементiв при перепадi температур; для цього необхiдно створити такий технологiчний режим термiчної обробки, при якому виконуються умови насичення i фiксацiї розчиненого елементу, в данному випадку бору в залiзi в прошарку FeВ + Fe2B. Так, при температурi 9150С у залiзi розчиняється 0,15% бору, а пiсля охолодження до 8500C - бiля 0,06%, (за іншими даними 0,028%). Перевищення розчиненого бору в залiзi призведе до пересичення розчину бору в залiзi. Пiдборидний прошарок покриття складається з матерiалу, близького до заевтектоїдної сталi з вмiстом вуглецю 1% -1,5%, температура плавлення якого становить біля 12500С який плавиться першим, з подальшою кристалiзацiєю і утворенням пластинчатого перлiту. Завдяки тривалому режиму обробки до 7 мкс, прогрів здійснюється на глибину більшу як 120 мкм. Підвищення енергетичної дії до 16Дж розплавляє підповерхневий промiжок матрицi. А прошарок Fe2B має температуру плавлення 13890С, для якого необхiдний енергетичний бар'єр з режимом обробки до 4 мкс водночас зі збiльшенням енергiї до 22Дж. В результатi обробки пiдповерхневий прошарок має вигляд без звичних голок.

Рис.5. Зносостійкість двoфазного боридного покриття опрацьованого лазером за умов тертя V= 2 м/с, Р = 5 МПа.

1- Покриття, оброблене до глибини 250...500 мкм.

2- Двофазний боридний прошарок.

3- Покриття, оброблене на глибину 100...120 мкм.

4- Покриття, оброблене до лінії основ голок.

Зовнiшнiй прошарок FeВ має температуру плавлення15400С, якої досягає в режимi 27Дж і 3мкс. Зносостiйкiсть його в умовах однонаправленного тертя ковзання в порiвняннi із загартованим двофазним боридним покриттям, зростає в 5 раз (рис. 5). При цьому спостерігається бiльш стабiльний коефiцiєнт тертя на сталому режимi, менші ушкодження поверхнi, вiдсутність дiлянок схоплення i зсуву, а твердiсть поверхнi не змiнюється під час тертя. В результаті обробки боридного шару виникає високодисперсна структура, твердість якої змінюєтся по глибині покриття.

Застосування лазерної технологiї дозволяє проводити локальне легування поверхнi вуглецевих сталей високоефективними елементами. Для пiдвищення зносо - та корозiйної стійкості запропоновано насичення боридного покриття хромом. Зразки випробовувалися за схемою "вал-вкладиш" на стандартнiй машинi тертя СМЦ-2 у парi з не обробленим лазером одноiменним покриттям, в дiапазонi швидкостей (0,5…5м/с) та навантажень (0,1….30 МПа) в водних розчинах 10% КОН, 5% НСL та дистильованiй водi рис.6. Наявнiсть хрому в покриттi визначали за допомогою растрового електронного мiкроскопа CAMSKAN в системi LINK. Встановлено, що найбiльш оптимальним режимом обробки є: потужнiсть опромiнення 24,5-29 Дж, щiльнiсть енергiї 0,9-1,1 кВ, кiлькiсть впливiв 3, дiаметр плями 3 мм, час дії лазерного пучка 4 мкс. За такого режиму можливо ввести в боридне покриття до 8% хрому.

1- (Fe,Cr)B+(Fe,Cr)2B

f(x,y)=0.09x2 – 9.7 – 3y2 – 4.8 – 3xy – 1.6x + 0.5y + 10.5

2- (Fe,Cr)B+(Fe,Cr)2B+ ЛО

f(x,y) .09x2 + 0.02y2 – 0.02xy – 1.4x – 0.1y + 7.6

Рис.6.Iнтенсивнiсть зношування боридного покриття легованого хромом.

ОСНОВНI РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

1. Встановлена перспективність застосування легованих боридних покриттів в вузлах тертя ковзання без змащування та в умовах КМЗ.

2. Розроблено методику комплексного дослiдження триботехнічних властивостей матеріалів в умовах тертя ковзання без змащування та КМЗ, машину тертя, математичний апарат планування експерименту, методи макро та мікроаналізу растрової мікроскопії та ренгенівського аналізу боридних покриттів.

3. Дослiджені триботехнічні характеристики легованих боридних покриттів в умовах тертя ковзання без змащення; встановлено, що легування Cu, Ni, Co, Ni підвищує їх зносостійкість в 1,5-2, а Сr в 2-3 рази. Легування покриття Ті зменшує його зносостійкість.

4. Дослідження тонкої структури поверхні тертя показало, що її будова залежить від дії властивостей робочого середовища. Встановлено, що при терті ковзання в умовах КМЗ основна роль у формуванні захисних поверхневих плівок належить кисню та кислотним залишкам середовища, а легуючі елементи в сполученні з бором визначають їх трибологічні характеристики. Встановлені сумісні межі працездатності боридних легованих покриттів в умовах КМЗ.

5. Встановлено вплив легуючих елементiв на створення гальванiчноi пари в структурi боридного покриття, та величину електрорушiйної сили потенцiалу покриття вiдносно платинового електроду зрiвняння.

6. Розроблена комбінована технологія підвищення зносостійкості боридних покриттів, яка включає дифузійне насичення та лазерну обробку, в результаті якої утворюється високодисперсна бездефектна структура поверхневого прошарку товщиною до 120 мкм, зі зносостійкістю в п’ять раз бiльшою в умовах тертя ковзання без мастила, в порівнянні з неопрацюваним боридним покриттям.

7. Розроблена технологія отримання покриттів, яка включає дифузійне насичення бором та обробку лазером нанесеної пасти з хрому та клею; зносостійкість такого покриття в корозійно-активному середовищі підвищилась в три рази.

8. Розроблені практичні рекомендації, по підвищенню зносостійкості тістонасосів та вузлів тертя, працюючих в змащувальних середовищах на основі води. Збільшено в 1,6 рази зносостійкость пальців підшипників ковзання на лінії розливу готової продукції АТ “Росинка”, що зменшило працезатрита на обслуговування в 2 рази.

ОСНОВНИЙ ЗМIСТ ДИСЕРТАЦII ОПУБЛIКОВАНО У РОБОТАХ

1.Лабунец В.Ф., Заречный А.М., Свирид М.Н. Механизм контактного взаимодействия боридных покрытий на легированных конструкционных сталях при трении скольжения// Совершенствование ремонта авиационной техники. К. - 1983.- С.28-30.

2.Лабунец В.Ф., Старченко Ю.П., Свирид М.Н., Немировский Г.И. Защита пар трения от коррозионно-механического изнашивания // Технология и организация производства. – К-1989. №1.- С. 41-43.

3. Лабунец В.Ф., Ворошнин Л.Г., Свирид М.Н., Фиалко В.С. Трение и изнашивание дифузионных покрытий в паре с полимером// Проблемы трения и изнашивания 1987, Вип 31.- С. 28-32.

4. Лохвицкий Ю.Л., Лабунец В.Ф., Свирид М.Н. Разрушение узлов трения гидроарматуры в агрессивных рабочих средах// НТС "Совершенствования конструкций трубопроводной пневмогидроарматуры центральный институт научно-техничекой информации и технико-экономических исследований по химическому и нефтяному машиностроению Москва ". Київ. 1987. – С.25- 26.

5. Лабунец В.Ф., Криворотько В.М., Свирид М.Н. Повышение износостойкости высокоуглеродистых сталей при трении скольжении в жидких углеводородных топливах// Исследование процессов подготовки, применения и контроля качества авиа-гсм и спецжидкостей. К- КИИГА -1988.-С.28-33.

6. Лабунец В.Ф., Свирид М.Н., Намисняк Я. Физико-механические свойства боридных сталей обработанных лучём лазера. // Проблемы трения и изнашивания. -1988.- Вип32. -С.12-16.

7. Лабунец В.Ф., Назаренко П.В, Свирид М.Н. Трибостойкость многокомпонентных диффузионных покрытий на основе бора // Проблемы трения и изнашивания,- 1992. Вип.41.- С.16-20.

8. Способ обработки диффузионных боридных покрытий на стальных деталях: А.с. №1773946 А1 Лабунец В.Ф., Назаренко П.В., Свирид М.Н. и А.Б. Семенюк.

9. Лабунец В.Ф., Назаренко П.В., Свирид М.Н. “Способ обработки диф-фузионных боридных покрытий на стальных деталях” АС. № 1726555 А1

10. Дмитриченко М.Ф., Свирид М.М., Лабунець В.Ф., Трофімов В.І. “Трибосистема як сукупність систематизування стахостичних процесів”. Машинобудування. 2000 . №6 С.5...9.

АННОТАЦИЯ

Cвирид М.Н. “Повышение износостойкости углеродистых сталей в коррозионно-активных средах боридными покрытиями”.

Дисертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.02.04 “Трение и износ в машинах”, -НАУ, 2001.

В работе рассмотрены вопросы повышения износостойкости елементов трибосопряжений, работающих в коррозионно-активних средах, путём нанесения борсодержащих покритий с использованием ХТО и лазерной обработки. Раскрыты механизмы формирования и изнашивания упрочнённых покрытий, работающих в условиях коррозионно-активных сред.

Представлен метод оценки триботехнических характеристик коррозионностойких покрытий по параметрам, регистрируемым в условиях взаимодействий внешних переменных факторов для локальных контактов при нестационарних режимах работы трибосопряжений. Разработана логическая модель, описывающая зависимость коррозионной активности в условиях воздействия внешних переменных факторов от ряда независимых параметров в условиях коррозионно-механического изнашивания.

Описан модельный подход ипользования покрытий при трении в условиях коррозионно-механического изнашивания. Установлено влияние начального потенциала на интенсивность износа легированных боридных покрытий.

Ключевые слова: износостойкость, коррозионно-механическое изнашивание, лазерная обработка, боридное покрытие.

АНОТАЦІЯ

Свирид М.М. “Підвищення зносостійкості вуглецевих сталей в корозійно-активних середовищах боридними покриттями.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.02.04 “Тертя та зношування в машинах””, - НАУ, 2001.

В роботі розглянуті питання підвищення зносостійкості елементів трибоспряжень, працюючих в корозійно-активних середовищах, шляхом нанесення боровмістких покриттів з використанням ХТО та лазерної обробки.

Представлено метод оцінки триботехнічних характеристик корозійно-тривких покриттів за параметрами реєстрації в умовах зовнішніх змінних чинників в зоні контакту при нестабільних режимах роботи трибосистеми. Розроблена логіч модель, яка описує залежність корозійної активності в умовах дії зовнішніх перемінних чинників від ряду незалежних параметрів в умовах корозійно-механічного зношування.

Описано модельний підхід використання покриттів при терті в умовах корозійно-механічного зношування. Новим є знаходження початкового потенціалу при терті в корозійних середовищах, також пілвищення зносостійкості за умов рівних електродних потенціалів.

Ключові слова: зносостійкість, корозійно-механічне зношування, лазерна обробка, боридне покриття.

THE SUMMARY

Svyryd M.M. ‘The increase in wear-resistance carbon steels in corrosion cladding boring.’ .-Manuscript

Thesis on competition of a scientific degree of candidate of engineering science, on a speciality 05.02.04 “Friction and wearing in machines”, -NAY, Ukraine, Kyiv, 2001.

The work considers the questions of increase in wear-firmness of tribojunction elements hardened by cladding iron with bor method of saturation with applications of laser. Methods for combatting corrosion. The ways of formation and wear processes of hardened coverings working in corrosion conditions are investigated.

The method of an estimation of the tribotechnical characteristics of corrosion resistance of the broad class on parameters registered in conditions of effect of external variable factors for local contacts at non-steady operation mode tribosystem is submitted. Is designed non-linear mathematical model depictingrelation of depth of a lubricating layer in conditions of effect of external variable factors from a series of independent parameters in conditions of boundary lubrication.

This paper describes the model of friction surfaces coatings in condition of mechanical-corrosion wear. It has also been shocon that the surfaces with protectia is much more resistant when start electrode potencial is equal.

Keywords: mechanical-corrosion wear, boron, non-linear mathematical model.