Диссертация (1026134), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Видно, что повышение удельнойнагрузки сопровождается уменьшением среднего коэффициента трениянаплавленных КМ слоев, значение которого стабилизируется на уровне 0,15-0,3при удельных нагрузках более 1,42 МПа. Образцы с рабочим баббитовым слоемхарактеризуются меньшими значениями среднего коэффициента трения (0,150,18) при удельных нагрузках до 0,68 МПа. Дальнейший рост значений удельнойнагрузки приводит к резкому повышению значения среднего коэффициентатрения до значения 0,35 при нагрузке 1,14 МПа.Рисунок 5.9.Значения среднего коэффициента трения наплавленных покрытий из КМАК12+10%SiC40 и баббита Б83138Коэффициентстабильности,представляющийсобойбезразмернуювеличину, характеризующую устойчивость процесса трения скольжения,образцов, полученных наплавкой на сталь, КМ состава АК12+10%SiC(40)превышает таковой для образцов с рабочим слоем из баббита Б83 во всемдиапазоне трибонагружения.
Причем при малых удельных нагрузках (до 0,68МПа) его величина составляла не более 0,6. При больших удельных нагрузках вдиапазоне1,14-2,56МПа,егозначениеувеличиваетсядо0,8,чтосвидетельствует об устойчивом характере трения (Рисунок 5.10).Рисунок 5.10.Значения коэффициента стабильности трения наплавленных покрытий, из КМАК12+10%SiC40 и баббита Б83Дополнительным путем снижения коэффициента трения наплавленных КМслоев может считаться нанесение процессом напыления на их поверхностьтонких, толщиной около 50 мкм, покрытий из порошка баббита. Такие покрытияпозволят снизить коэффициент трения в 3 раза в условиях сухого трения иобеспечат снижение износа антифрикционного покрытия подшипника во всеминтервале трибонагружений [113]. В функциональном плане данные покрытияявляются приработочными, в то время как основную нагрузку несетнаплавленный антифрикционный слой Al-SiC.1395.3. Определение необходимой толщины покрытия колодки упорногоподшипника.ПрименениесмоделироватьразработаннойвПКматематической«СВАРКА»процессмоделипозволилоаргонодуговойнаплавкиантифрикционного покрытия из КМ на колодку упорного подшипникаскольженияК54/30-15иопределитьминимальноезначениетолщиныалюминиевого подслоя из материала АД1, полученного сваркой взрывом,обеспечивающего нагрев границы раздела сталь-подслой до температур не выше530 ºС.
Конечноэлементный объект моделирования представлял из себяпараллелепипед объемом, равным объему колодки упорного подшипника, таккак для моделирования термического воздействия форма массивного изделияимеет незначительно влияние. В результате моделирования установлено, чтонеобходимая толщина промежуточного слоя алюминия составляет не менее 7,5мм при наплавке на режимах, рекомендованных в главе 2 (I=160 A, U=18 B,Vнап=13 м/ч). Поэтому для соблюдения заданных температурных условийнаплавку производили на модельные образцы, имитирующие колодку упорногоподшипника скольжения К54/30-15 и имеющие размеры по внешнему радиусуподшипника 540 мм, по внутреннему 300мм и толщиной стального основания15мм (Рисунок 5.11).Рисунок 5.11.Эскиз колодки упорного подшипника скольжения К54/30-151405.4 Выводы по главе 51.Показано, что метод компьютерного анализа содержания части SiC вматричном сплаве прутков КМ и покрытий, полученных наплавкой этихпрутков, является применимым для оценки распределения частиц наравне страдиционным методом Глаголева.
Показано, что отличия в значенияхотносительной площади частиц наполнителя, определенных компьютерным иручным методом Глаголева, не превышают 5% для наплавленных слоев и 3 %для присадочных прутков, при этом компьютерный метод является менеетрудоемким.2. В экспериментах по оценке равномерности распределения дисперсныхармирующих частиц SiC показано, что после аргонодуговой наплавки покрытийиз алюмоматричных КМ, частицы SiC в наплавленном покрытии распределеныменее равномерно, чем в исходных присадочных прутках, полученных политейной технологии (значение в среднем коэффициента вариации 36% дляпокрытий против, 22% для присадочных прутков).
При увеличении массовойдоли армирования присадочных прутков с 5 до 10 масс.% распределение частицSiC в наплавленных покрытиях становится более равномерным (значениекоэффициента вариации для содержания части 5 масс% составляет 44% против41% для содержания частиц 10 масс%). Установлено, что изменениепространственного положения, характеризуемое углом наклона наплавляемогоизделия, не оказывает значительного влияния на равномерность распределениячастиц в наплавленном слое. Оценка жидкотекучести показала обратнуютенденцию, при которой с уменьшением доли армирования расплава,композиционный материал обладает лучшей жидкотекучестью.
В качествеприсадочного материала для наплавки КМ покрытий выбран состав АК12+10масс.% SiC зернистостью М40 по ГОСТ 3647-80, обеспечивающий какудовлетворительное распределение частиц в наплавленном слое (коэффициентвариации в наплавленном покрытии после механической обработки непревышает 30%), так и сохранение жидкотекучести.1413. Проведенные трибологические испытания показали преимуществаприменения алюмоматричного композиционного материала в условиях сухоготрения-скольжения во всем интервале трибонагружения. Однако, при малыхнагрузках алюмоматричные композиционные покрытия уступают баббитовымпо значениям среднего коэффициента трения (0,3..0,4 против 0,15..0,18) икоэффициента стабильности трения (0,4 против 0,6).
При этом значенияинтенсивности износа алюмоматричных композиционных покрытий в 1,5-2 разаниже таковых для баббитового покрытия в диапазоне нагрузок от 0,2 до 1,4 МПа,в которых баббитовое покрытие сохраняет работоспособность. При потеребаббитовым покрытием работоспособности при нагрузках свыше 1,14 МПаалюмоматричный композиционные покрытия продолжают функционировать ипоказывают снижение значения среднего коэффициента трения ниже значения0,3 в диапазоне нагрузок от 1,71 до 2,56 МПа, в то время как при нагрузках от 0,2до 1,14 МПа его значение составляло 0,32-0,41.
Поэтому целесообразно вколодках подшипника скольжения наносить на поверхность композиционногоалюмоматричного антифрикционного слоя тонкий приработочный слой баббита,обеспечивающий низкие значения коэффициента трения при малых нагрузках.4. Разработана и реализована технология нанесения на поверхностьстальных колодок упорного подшипника скольжения К54/30-15 рабочегоантифрикционного слоя из КМ АК12-10%SiC(40) методом аргонодуговойнаплавки. Показано, что исходя из условий активации роста диффузионного слояи образования интерметаллидов, а также влияния этих процессов наадгезионную прочность между алюминиевым промежуточным слоем истальным основанием, установлена минимальная необходимая толщинаалюминиевого подслоя для наплавки антифрикционного покрытия из КМ наповерхность колодки упорного подшипника должна составлять не менее 7,5 мм.142ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РАБОТЕ ПО РАБОТЕ1.
На основании литературного анализа для нанесения покрытий издисперсно-наполненныхКМвыбранпроцессаргонодуговойнаплавки,поскольку он обеспечивает наилучшие трибологические характеристики, атакже является экономичным и может быть применен как для первичногонанесения покрытий, так и для его ремонта. В качестве материала для нанесениябыли выбраны наиболее распространенные в промышленности КМ системыАК12-SiC, так как кремний в составе матричного сплава обеспечивает снижениедиффузионной активности между железом и алюминием, что благоприятно влияетна прочность биметаллического соединения, а также препятствует диссоциациичасти SiC в процессе наплавки.2. Показано, что при наплавке КМ тип подслоя может оказывать влияние нахарактеристики образующегося интерметаллидного слоя Fe-Al-Si. Подслой изцинка способствует смачиванию твердой стали алюмокремниевым расплавом ине изменяет механизм образования интерметаллидов.
При наплавке наалюминиевый подслой наличие интерметаллидов Fe-Al оказывает влияние намеханизм образования интерметаллидов Fe-Al-Si.3. Предложен механизм образования интерметаллидного слоя Fe-Al-Si впроцессе аргонодуговой наплавки КМ на поверхность стали с полнымпроплавлением предварительно нанесенного промежуточного алюминиевогослоя,отличительнойособенностьюкоторогоявляетсяконтакталюмокремниевого расплава не с поверхностью стали, а с имеющимся награнице раздела интерметаллидным слоем системы Fe-Al. Показано, что присплошном интертметаллидном слое Fe-Al на всей его поверхности происходитрост новых интерметаллидов Fe-Al-Si, в то время как при дискретном характерепроисходит разрушения слоя интерметаллидов Fe-Al и новые интерметаллидыFe-Al-Si образуются преимущественно в местах отсутствия «оплавов».Результатом этих отличий является меньшие значения средней толщиныинтерметаллидного слоя при наплавке на подслой с дискретным слоеминтерметаллидов.1434.
Раскрыто влияние характера интерметаллидного слоя на адгезионнуюпрочность сталеалюминиевого соединения. При наличии на границе разделастали с алюминием сплошного слоя интерметаллидов системы Fe-Al-Siадгезионная прочность соединения не превышает 37,8 МПа и 43 МПа прииспытаниях на срез и на отрыв соответственно, в то время как при дискретномхарактере интерметаллидного слоя уровень адгезионной прочности составляетдо 65 и 128 МПа при испытаниях на срез и на отрыв соответственно.
Уменьшениепротяженности зон, в которых отсутствует интерметаллидная фаза, с 15-20 до 25% приводит к снижению адгезионной прочности до значений 47 и 66,3 МПа прииспытаниях на срез и на отрыв соответственно.4. Разработана математическая модель, учитывающая теплофизическиесвойства диффузионного слоя, состоящего из интерметаллидов системы Fe-Al, ипозволяющая с погрешностью до 8% определять температуру нагрева в любойточке образца при наплавке на сталь алюмокремниевого покрытия с частичнымпроплавлением промежуточного алюминиевого слоя.5.
Установлена зависимость между температурой нагрева границы разделасталь-алюминийиадгезионнойпрочностьюалюминиевогопокрытия.Определено, что для сохранения удовлетворительного уровня адгезионнойпрочности (не менее 60 МПа), температура нагрева не должна превышать 530°С.Нагрев до температуры выше 530°С приводит к началу роста в зонах, свободныхот «оплавов» интерметаллидов в твердой фазе. При температурах более 620°Спроисходит увеличение размеров «оплавов», что свидетельствует о развитиидиффузии железа и алюминия через слой интерметаллидов.7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
