Диссертация (1137132), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Как39показали более ранние исследования, второй этап технологии позволяетполучать модифицированные поверхности с минимальными механическимипотерями на трение [11, 13], обладающие повышенной износостойкостью[21], используя твердую «подушку», полученную на первом этапе. Именнопоэтому, предложенная технология [10, 15], может быть использована дляповышения трибологических свойств поверхностидеталей, узлов имеханизмов турбинного, насосного, горного оборудования, подвергающихсяусиленному износу в различных эксплуатационных условиях.Микрофотографии, полученные с помощью сканирующей электронноймикроскопии (СЭМ), показали хлопьевидную морфологию в субмикронномдиапазоне.
Микрофотографии были получены с помощью СЭМ Supra 40,оснащенногодетекторомЭДРС"X-Flash",атакжепрограммнымобеспечением "Quantax 4000".На рисунке 3 показаны СЭМ-изображения, на каждом из которых схемарасположения одного элемента наложена на СЭМ-изображение образца.Этими элементами являются кремний, магний и кислород, поскольку ониесть в составе серпентинов, но отсутствуют в составе стали 12Х13-Ш.Преимущественное расположение всех трех элементов в углубленияхсвидетельствует о том, что поверхность 12Х13-Ш легирована серпентинами спомощью индентора.На рисунке также видно, что в углублении,заполненном серпентинами, присутствуют частицы, состоящие из кремния иалюминия. Рисунки получены при выборочной идентификации толькоодного элемента.40Распределение О (черный цвет)Распределение Al (белыйцвет)Распределение Si (темно-серый цвет)Распределение Mg (черныйцвет)Рисунок3.НаложениесхемрасположенияэлементовнаСЭМ-микрофотографии с демонстрацией микрорельефа (углубления/вдавливания),содержащего серпентин (образец из стали 12Х13-Ш).
Распределениекислорода, алюминия, кремния и магния выполнено в контрастном цвете(черный/белый/темно-серый)41Рисунок 4 иллюстрирует результаты состояния поверхности послеэтапа2технологии.Микрофотографии,полученныеспомощьюсканирующего электронного микроскопа (СЭМ), демонстрируют сетьполостей, вдавливаний или ямок, которые заполнены кислородом, кремнием,магнием.Распределение Si (белый цвет)Распределение Mg (черный цвет)42Распределение О (черный цвет)Рисунок 4.
СЭМ-микрофотографии образца легированного серпентином сосхемой расположения элементов (кремний, магний и кислород) [левая частьмикрофотографии – 1000-кратное увеличение; правая часть – 500-кратноеувеличение].На микроснимках, полученных при повышенном увеличении (рисунок4, левая часть) отчетливо видны микрополости, произвольно расположенныепо всей площади рабочей поверхности образца. Несмотря на произвольнохаотическое расположение микрополостей, учитывая их значительнуюплощадь, именно микрополости удерживают смазку, что улучшает рабочиехарактеристики пар трения в экстремальных условиях эксплуатации, когдаподача смазки сокращается [15].В целом, использование электроискрового легирования, напрессовки(приложение давления) и ультразвуковой обработки в совокупности создаетэффект объемного сжатия основногометалла ипластическойследствиедеформации,и,какминерала в зонеэтого,упрочнениеповерхностного слоя.
В частности, напрессовка приводит к увеличениюплотности дефектов в поверхностных слоях, создаются сжимающиенапряжения, тормозящие развитие поверхностных трещин [5]. В настоящемслучае, образующиеся и имеющиеся поверхностные дефекты заполняютсячастицами минералов.
В результате, такая «холодная» обработка создает43тонкий слой, содержащий минеральные частицы,концентрирующиеся впредварительно созданных микрополостях.В итоге, в поверхностном слое образца из стали или титанового сплаваобразуется модифицированный слой, обладающий высокой твердостью иизносостойкостью.Комплексноевоздействиенаповерхность,осуществляемоетехнологией минеральных покрытий, очевидно, уменьшает недостаткиотдельныхпроцессныхтехнологическихшаговопераций.приНапример,последовательномизвестнапроведениизначительнаярольмикротрещин, образующихся в поверхностном слое в процессах разрушенияматериалаприизнашивании,деформацииипроведениинекоторыхтехнологических операций (например, [5, 7]).
В настоящем случае,заполнение ультрадисперсными частицами микротрещин и возможныеизменения, происходящие с дефектами, возможно, оказывают решающеевоздействие на развитие дефектов в поверхностно упрочненном слое ивлияют на резкое повышениеизносостойкости материала при работедеталей. Это предположение требует дальнейших исследований дефектов вповерхностном слое, упрочненном по технологии минеральных покрытий.Выводы1. В результате проведенных исследований определены изменения,происходящие на поверхности металлических образцов из стали 20Х13 ититанового сплава ПТ-3В после каждого этапа создания минерального слояпо предложенной технологии.
Использование простых технологическихприемов повышает твердость поверхности образцов более чем в 2 раза.2. Микроструктурные исследования показали, что наблюдаетсяповерхностный слой с четко отличной от объемного зернистой структурой.Осуществляемый технологический процесс не создает покрытия, но изменяет44или преобразует существующую поверхность металлической детали. Взависимостиотпараметровобработкимодифицированныйслойпростирается до 4 мкм от поверхности.3. Локальная обработка по разработанной технологии не нагреваетисследуемые образцы, что сохраняет их размеры и дает возможностьобработки только тех участков, которые подвергаются трению.4.
Совокупность процессных операций технологии минеральныхпокрытий создает эффект объемного сжатия основного металла и минерала взоне пластической деформации, что приводит к созданию тонкого слоя,содержащего минеральные частицы. В результате, в поверхностном слоеобразца из стали или титанового сплава образуется модифицированный слой,обладающий высокой твердостью и износостойкостью.45Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВТИТАНОВОГО СПЛАВА Ti-Al-V(ВТ6), УПРОЧНЕННОГОМИНЕРАЛАМИКоррозионная стойкость, высокая удельная прочность и жаропрочностьобусловили широкое распространение титана и его сплавов во многихотрасляхпромышленности.Использованиетитанаиегосплавовограничивает низкое сопротивление изнашиванию [9].
Основная причинасклонности к налипанию и задиранию титановых сплавов состоит в том, чтопри достаточно интенсивном трении тонкая оксидная пленка на поверхностититана быстро разрушается, возникает задирообразование - титан налипаетна поверхность ответной детали и деталь вязнет [7, 9, 14]. Существование наповерхности титана и сплавов пленки окислов, являющейся причинойкоррозионной стойкости, создает проблемы при создании надежныхизносостойких покрытий некоторыми традиционными способами из-занизкой адгезии и появления дефектов.
Тем не менее, существуют способыупрочнения поверхности титана и его сплавов, минимизирующие склонностькналипанию.осуществляютПовышениетакимиизносостойкостиметодамимодификациититанатрадиционноповерхности,каказотирование, цементация, термическое оксидирование, для которых наличиеповерхностной пленки из окислов не является препятствием. Однако этиметоды малоэффективны как с точки зрения технических параметров, так иэкономически,потомучтосопровождаютсядлительнымвысокотемпературным нагревом, ограничением массогабаритных размеров,хрупкостью получаемых слоев. Высокие температуры могут приводить кизменению структуры металла, снижению прочностных свойств, поводкам инизкому выходу годного [9, 14].
Поэтому актуальным является развитиедругих методов модификации поверхности титана и сплавов с минимальнымили низким термическим воздействием, в частности, методов ионной46имплантации, электроискрового легирования, микродугового оксидирования,технологии минеральных покрытий.Кметодам,использующимнизкотемпературныеоперацииприсоздании модифицированного слоя, относится технология минеральныхпокрытий[10,14].Сутьтехнологиизаключаетсявсозданиимодифицированного поверхностного слоя толщиной 5 – 30 мкм путем егопластическогодеформированияспомощьюультразвуковогоимеханического воздействий, активирующих вхождение ультрадисперсныхчастиц минералов в объем металла [14].Базовая процедура модификации поверхности металла по технологииминеральныхпокрытийсостоитизчетырехэтаповэлектроискровая обработка поверхности; текстурирование[10,14,15]:поверхности;внедрение ультрадисперсных частиц в поверхностный слой при помощиультразвуковой установки; использование шариковых и роликовых накатокпри обработке поверхности.
В результате формируется поверхностный слой,имеющий высокие антифрикционные, износостойкие, противозадирныесвойства [11, 14, 15]. Базовая технология служит основой для дальнейшейразработки маршрутных и рабочих технологий, в том числе являющихся ноухау, для получения необходимых характеристик поверхностных слоев.Технологиянеизменяетгеометрическиеразмерыдеталей,минеральные слои могут быть созданы локально, все технологическиеоперации проводятся на воздухе при комнатной температуре, локальныйнагрев не превышает 80 0С [4, 6]. Микроструктурные исследования показали,что в результате модификации поверхности по технологии минеральныхпокрытий наблюдается поверхностный слой с четко отличной от объемнойзернистой структурой [15, 17]. Трибологические испытания показали, чтомодифицированная поверхность образцов из стали и титана приобретаетвысокую твердость [15 ], износостойкость пар трения из стали увеличиваетсяот 3 до 10 раз [48-49], стабилизируется коэффициент трения образцов из47стали в диапазоне 30-140 0С [16], образцы выдерживают испытание напластичность (2-х угловой изгиб с прогибом 0,5 мм, соответствует ГОСТ Р9.317-2010, п.
5.2) [48]. Стендовые и эксплуатационные испытания деталей изсталисминеральнымипокрытиямипродемонстрировалиотсутствиепризнаков схватывания и минимизацию налипания [48]. При этом наличиеокисной пленки или наплавок, например, на поверхности деталей изхромсодержащих коррозионно-стойких сталей, не является препятствием длясоздания износостойких минеральных покрытий [14].
Все это указывает нато, что технология минеральных покрытий может быть эффективныминструментом создания слоев на образцах из титана и титановых сплавов дляповышения их износостойкости.Цель настоящей работы – сравнительное исследование некоторыхтрибологическихпараметров образцаминеральнымпокрытием,изтитановогосозданнымсплаваприВТ6сиспользованиинизкотемпературных технологических операций, и образца без покрытия:износостойкости, твердости и модуля упругости.
Результаты исследованийдокладывались на 2-й Международной научно-технической конференции«Новые материалы и технологии глубокой переработки сырья – основаинновационногоразвитияэкономикиРоссии»,проводимойвАО«Всероссийский институт авиационных материалов» [52].2.1. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИДва образца из прутков титанового сплава ВТ6 {Ti – (5,3-6,8)%Al-3,55,3)%V},(ГОСТ 19807-91), были изготовлены токарной обработкой безшлифовки в виде дисков толщиной 10 мм, диаметром 33 мм с отверстием всередине диаметром 11 мм. На поверхности одного из образцов был созданмодифицированный минеральный слой по базовой технологии НПО«Геоэнергетика».Толщинамодифицированногослоя,исходяиз48технологических параметров при его создании и ранее проведенныхэкспериментов, была около 10 мкм [15].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
