Диссертация (1026134), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Кроме того, расстояние между точками в сетке должнообеспечивать попадание только одной точки в сечение частицы наполнителя.Кроме измеренной относительной площади частиц, которую они занимаютв плоскости шлифа наплавленного покрытия, была рассчитана теоретическаяотносительная площадь частиц, которую должны занимать частицы приравномерном распределении. Она была рассчитана в соответствии с принципомКавальери-Акера, согласно которому объемная доля частиц в сплаве равнаколичественно относительной площади, занимаемой частицами в секущейплоскости шлифа.2.4.
Измерение температурИзмерение температур нагрева диффузионной зоны на границе разделасталь-алюминий в сочетании с результатами металлографических исследованийнаплавленныхобразцов позволяло судить обусловияхформированиядиффузионной зоны в процессе дуговой наплавки.Регистрациютемпературвконтрольныхточкахосуществлялисприменением термопар хромель-алюмель (тип К) диаметром 0,3 мм. Установкуи закрепление термопар на образцах осуществляли конденсаторной сваркой сэнергией разряда 50Дж, что обеспечивало наилучший контакт термопары споверхностью образца и, соответственно, условия теплопередачи.59Выходным сигналом термопар является термоЭДС, для измерениявеличиныкоторогоприменялиустройствааналоговоговвода-вывода,передающие данные на персональный компьютер через преобразовательинтерфейсов.
Данные сохранялись в виде массива чисел и обрабатывались вдальнейшем программами Microsoft Exel и MATLAB. Опробованные устройстваотличались периодом опроса:- 8-ми канальное устройство аналогового ввода-вывода ОВЕН 8А-220МВ спериодом опроса одного канала 0,3 секунды;- 32-х канальный регистратор параметров сварки производства фирмы ЗАО«Лаборатория электроники», с периодом опроса одного канала 0,1 секунда.Предварительные эксперименты позволили установить, что период опроса0,3 секунды не позволяет достоверно определить максимумы температур нагреваобразца в контрольных точках в условиях аргонодуговой наплавки и являетсянедостаточным. Поэтому в дальнейших исследованиях измерения температурнагрева в контрольных точках образца применяли регистратор производстваЗАО «Лаборатория электроники».
Для тарировки на регистратор подавалификсированное напряжение, значение которого измеряли потенциометром.Дальнейшее сравнение значений температур, определенных регистратором, стаковыми, указанными в градуировочных таблицах ГОСТ Р 8.585—2001показало, что отклонения показаний прибора не превышали ±2ºС дляизмеряемых температур в пределах 1000ºС.2.5. Определение механических и трибологических свойств2.5.1. Определение микротвердостиДляоценкиразмеровдиффузионнойзоны,атакжеполученияколичественных данных о свойствах интерметаллидов, входящих в ее состав,проводили измерение микротвердости полученных образцов.
ИзмерениемикротвердостипоВиккерсу(HV)проводилинамоторизированноммикротвердомере DuraScan 70. Значения микротвердости различных участковграницы раздела между сталью и алюминием, включающих диффузионную60зону, проводили в соответствии с ГОСТ 9450-76. При измерении применялсяиндентор, сертифицированный по ISO 14577-1:2015 с алмазным наконечником ввиде пирамидки с квадратным основанием, противоположные стороны которойсходятся на вершине под углом 136º. Нанесение отпечатков инденторомпроводилосьпринагрузке0,098Нвтечении10секунд.Величинамикротвердости определялась по формуле:= 0,189 ∙,(2.9)где H0,2 – условное обозначение микротвердости; F – нагрузка, Н; d – средняяарифметическая величина длин обеих диагоналей квадратного отпечатка, мм.2.5.2 Определение адгезионной прочностиДля оценки поведения образцов при нагружении в процессе работы икачества межфазной связи в них проводили измерение адгезионной прочностина границе раздела сталь-алюминий согласно двум схемам: на отрыв поРД 31.28.09-93 и на срез по ОСТ 92 8629-75 (Рисунок 2.12).
Выбранные схемыиспытаний применяются для определения значений адгезионной прочностипокрытий при промышленном производстве биметаллических подшипников икомпозиционныхбиметаллическихматериалов[61,74].Нагрузкаприкладывалась до разрушения образцов по границе раздела сталь-алюминийили по одному из материалов. Значение адгезионной прочности определяли изсоотношения:адг=(2.10)повгде P – усилие, приложенное к покрытию и приводящее к отслаиванию покрытияот подложки или разрушению основного материала, Н; Sпов – площадь контактамежду покрытием и подложкой.Испытанияосуществлялиперемещения захватов 2 мм/мин.наустановке2054 Р – 5прискорости61абРисунок 2.12.Схема испытания адгезионной прочности покрытия на срез [74] (а)и на отрыв (б) [61].2.5.3.
Испытания на трение и износВыбор схемы испытания на трение и износ осуществляли с учетом условийработы колодок упорного подшипника скольжения паровых турбин. Принормальных условиях работы упорного подшипника скольжения поверхностьвала и антифрикционный слой подшипника разделяет масляная прослойка,предотвращающая контакт металлов. В этом случае износ может происходить врезультате попадания твёрдых частиц в прослойку из масла или возникновениюв ней кавитации.
Максимальный уровень износа имеет место при старте иостанове турбины, а также при нештатном режиме работы: аварийноепрекращение подачи масла или нарушение зазора между трущимися62поверхностями. В этом случае трение происходит в полужидкостном или сухомрежиме, характеризующимся непосредственным контактом микронеровностейповерхности вала и антифрикционного слоя подшипника. В связи с этим можносчитать, что износостойкость материала определяется его способностьюработать в критических условиях полужидкостного и сухого трения. Среди нихрежим сухого трения является самым экстремальным случаем.
Именно поэтомутрибологические испытания проводили в этом режиме без применения смазки наустановке CETR-UMT. Схема трибоконтакта, реализованная при испытаниях натрение и износ: вращающаяся втулка (контртело из стали 40Х, HRC˃45) по диску(биметаллический образец с рабочим покрытием из КМ). Применение даннойсхемы, характеризующейся коэффициентом взаимного перекрытия равнымединице,позволяетоценитьработоспособностьбиметалловвусловияхмаксимально приближенных к реальным (Рисунок 2.13).
Испытания проводили винтервале трибонагружения от 0,2 до 2,56 МПа и скорости скольжения 0,39 м/с втечении 10 минут при нормальных климатических условиях. Выбранные режимытрибонагружениясоответствуютреальнымпараметрамтрибонагруженияподшипников скольжения паровых турбин в условиях неустановившегося режимасухого и полусухого трения в момент пуска и останова турбины [11,75].Рисунок 2.13.Схема трибологических испытаний на установке CETR-UMT1 – контртело из стали 40Х; 2 – наплавленное антифрикционное покрытие изКМ; 3 – промежуточный слой; 4 – стальное основание63Поведение образцов в процессе сухого трения скольжения оценивали покоэффициенту трения (f), величине объемной интенсивности изнашивания (Iv) икоэффициенту стабильности процесса трения (α), значения которых определялипо формулам [76]:f=MRср Fн(2.10)mL(2.11)Iv= f срf max(2.12)где M – момент трения, Н/м; Rср – средний радиус втулки, мм; Fн – осеваянагрузка, Н; ∆m- потеря массы образца, г; ρ – плотность образца, г/см3; L – путьтрения, м; fср – средний коэффициент трения; fmax – максимальный коэффициенттрения.Потеря массы образца определялась на аналитических весах ВЛР 200 (IIкласс точности по ГОСТ 24104-2001) с дискретностью измерений 0,0001г.Результаты трибологических испытаний наплавленных образцов с рабочим КМслоем сравнивали с результатами испытаний на аналогичных режимахбиметаллических образцов с покрытием из сплава баббита Б83, полученныхпроцессом плазменной наплавки на поверхности аналогичной подложки изстали 20.64ГЛАВА 3.
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФУЗИОННОГО СЛОЯ НАГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА СТАЛЬ-АЛЮМИНИЕВЫЙ СПЛАВ ИМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙСОЕДИНЕНИЯКак уже было отмечено в главах 1 и 2, особое внимание при изготовлениинеразъемных соединений стали и алюминия следует уделять образующемуся награнице раздела в диффузионной зоне интерметаллидному слою. Характер иразмеры интерметаллидного слоя зависят преимущественно от температурынагрева и длительности выдержки при ней. Поэтому при разработке технологиинанесения покрытия на основе алюминия на стальное основание вопросуисследования интерметаллидного слоя, а также его влиянию на прочностныехарактеристики соединения, уделяли особое внимание.3.1. Исследование диффузионной зоны при нанесении промежуточныхслоев из алюминияПромежуточные слои из алюминия, как показано в главе 1, могут бытьнанесены методами, принципиально отличающимися по состоянию вещества: втвердой или жидкой фазе, приводящим к получению интерметаллидных слоевна границе раздела сталь-алюминий, резко отличающихся по своим параметрам.Поэтому на первом этапе в работе проводили исследование диффузионной зонына границе между сталью и алюминиевым промежуточным слоем, полученнымразными методами.3.1.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
