Диссертация (1137132), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Коэффициенты объемного износа вращающихся дисков из сталиX12Cr13 с минеральным покрытием (№№1-12) и без покрытия скользящихпо неподвижному тороиду из оксида алюминия в дистиллированной воде иискусственной морской воде.На рисунке 17 видно, что само по себе создание минеральногопокрытия практически не снижает степень износа дисков из стали X12Cr13,вращающихся в дистиллированной и морской воде.В то же время на рисунке 16 четко зафиксировано, что значениекоэффициента объемного износа тороида из оксида алюминия при вращениис дисками с минеральным покрытием (№№ 2, 4, 9, 10) как минимум на двапорядка меньше, чем значения коэффициента объемного износа привращении с дисками без покрытия.
Степень износа тороида из оксидаалюминия, сопряженного дискам из стали X12Cr13 с минеральнымпокрытием при вращениив воде, становится«нулевой», тоестьнеподдающейся количественной оценке в данном эксперименте.69Следовательно, создание минеральных слоев по технологии [10]существенно понижает степень износа пар трения, работающих в воде,однако при этом необходим правильный подбор трущихся материалов.ВыводыОдним из перспективных направлений поверхностного упрочненияметаллических деталей является создание минеральных покрытий на ихповерхности.Вработеисследованынекоторыетрибологическиепараметрыповерхностей пар трения из стали с минеральными слоями.Коэффициенты трения образцов из стали 18CrNiMo7-6 (18Х2Н2М – всоответствии с отечественным ГОСТом) с минеральным покрытием и безпокрытия уменьшаются при увеличении скорости скольжения, что типичнодля режима смешанной смазки.
Наименьшее значение коэффициента тренияполучено на образцах с минеральным покрытием, без закалки ТВЧ передсозданием минерального слоя, что примерно на 15% меньше, по сравнению собразцами, закаленными ТВЧ и без минерального покрытия.Коэффициент трения в диапазоне температур 30…140 0С, при неизменнойскорости перемещения образцов с созданными минеральными покрытиямиостается практически постоянным для каждого вида образцов, диапазонизменений не превышает 0,02, в отличие от коэффициента трениязакаленных образцов и без минерального покрытия. Сделано предположение,что минеральный слой на поверхности подавляет силы молекулярноговзаимодействия трущихся поверхностей, заменяя их силами ван-дервальсовского взаимодействия, которые слабее молекулярных в несколько сотраз, что приводит к стабильности коэффициента трения и независимости егоот температуры в указанном диапазоне.Результаты проведенных исследований показали, что степень износатороида из оксида алюминия, сопряженного дискам из стали X12Cr13 сминеральным покрытием при вращении в воде, становится «нулевой», то70есть неподдающейся количественной оценке в данном эксперименте.Значение коэффициента объемного износа тороида из оксида алюминия привращении с дисками с минеральным покрытием как минимум на два порядкаменьше, чем значения коэффициента объемного износа при вращении сдисками без покрытия.На наш взгляд, очевидна практическая польза и большие потенциальныевозможности использования металлических деталей с минеральнымипокрытиями в различных устройствах и механизмах.71Глава 4.
КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ,КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ, ПЛАСТИЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ИОБРАЗЦОВ ИМИТАТОРОВ ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ СМИНЕРАЛЬНЫМ ПОКРЫТИЕМ4.1.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДЕТАЛЕЙ ИЗСТАЛЕЙ С МИНЕРАЛЬНЫМ ПОКРЫТИЕМВ опытах был исследован износ образцов с минеральными слоями и безспециальной обработки, в эксперименте по скольжению поршневого кольца вгильзе цилиндра со смазкой машинным маслом (методология изложена вработах [38, 39]) и эксперименте по скольжению-качению в условияхвысокого контактного давления (метод подробно описан в работе [54]).ИсследованиявыполненысовместносФедеральныминститутомисследования и тестирования материалов, Германия (Federal Institute forMaterials Research and Testing, ВАМ).Для всех экспериментов на поверхности металлических образцов,изготовленных в виде поршневых колец токарной обработкой прутков изстали 12Х13 (российский аналог стали марки Х12Cr13 Евросоюза), былисозданы модифицированные минеральные слои по технологии НПО«Геоэнергетика» [10].
Толщина созданных минеральных слоев варьироваласьот 5 мкм до 20 мкм.Сравнивали степень износа отдельно для поршневого кольца безмодификации поверхности и поршневого кольца с модифицированнойповерхностью. В экспериментах использовали синтетическое масло наоснове полибутиленгликоля (GLYMOT PBG B20) и машинное масло. Режимсо смазкой машинным маслом был выбран потому, что наличие смазкиявляется типичным для многих практических случаев.72Образцы “PU”, “PV”, “PW” и “PT” на рисунке 18 обозначаютразличные комбинации условий обработки поверхности и металла, изкоторого сделаны образцы. Степениизносавращающихсядисковсравнивали со степенями износа дисков из серого литейного чугунаевропейской марки “GGL20HCN” с высоким содержанием углерода (3,7весовых процента углерода и 2,0 весовых процентов кремния), которыйобычно применяется для изготовления гильз цилиндров и тормозных дисков.Также на рисунке 18 фигурной скобкой и надписью «X12Cr13» обозначенырезультаты, полученные для поршневого кольца стали 12Х13 (Х12Cr13) безкакой-либо обработки.Исследования на истирание при скольжении-качении проводилось вусловиях высокого контактного давления Р=2,25 ГПа.
Испытания поскольжению со смазкой машинным маслом проводилось при значительноболее низком контактном давлении, составляющем приблизительно 100МПа.На рисунке 18 представлены степени износа поверхности колец серииРТ (РТ-502, РТ-503, РТ-504 и РТ-201, РТ-202, РТ-203) из стали марки 12Х13с минеральными слоями, которые сравнили со степенями износа поверхностинеобработанных колец из стали 12Х13, стали 20Х13(серия PV) и колец изсерого литейного чугуна (серия GG).73factor [mm3/Nm]Piston ring wear rate volumeРисунок18.Коэффициентыобъемногоизносапоршневыхколец,выполняющих скользящее перемещение при смешанных условиях смазки почугуну и обработанной НПО «Геоэнергетика» стали 12Х13 в машинноммасле (FN= 50 Н; v = 0,3 м/с; Tмасла = 170°C; s = 24 км)Очевидно, что создание минеральных слоев на поверхности колец серииРТ позволило получить степень износа на два порядка ниже, чем устандартных образцов из серого литейного чугуна (серия GG) инеобработанных колец из стали 12Х13 и 20Х13 (серия PV).4.2.ЭКСПЕРИМЕНТЫ НА ИСТИРАНИЕ СТАЛЕЙ ПРИСКОЛЬЖЕНИИ-КАЧЕНИИНа рисунках 19 и 20 отчетливо видно, что после 10 миллионов цикловэкспериментовнаистираниеприскольжении-качении,поверхности,подвергающиеся трению, стали более гладкими.
Вероятно, технологиясоздания тонкого модифицированного слоя на поверхности металла,приводящая к его локальному упрочнению ивысокой твердости [49],обусловила хорошее сопротивление трению образцов из сталей 12Х13 иШХ15 (российский аналог стали немецкой стали 102Cr6), что, возможно,обусловлено общими остаточными компрессионными напряжениями.74Рисунок 19. Выполненный с помощью оптического микроскопа снимок следаизноса поверхности обработанной стали 12Х13 (Т=120 0С, Р=1,5 ГПа, 10миллионов циклов, скольжение-качение).Рисунок 20.
Выполненный с помощью оптического микроскопа снимокследов износа после скольжения-качения (слева – поверхность образца изстали ШХ15 без минерального покрытия; справа – цилиндрический образециз стали ШХ15 с минеральным покрытием; Т=120 0С, Р=1,5 ГПа, 10миллионов циклов, скольжение-качение).75Тонкиймодифицированныйминераламислойупрочненнойповерхности стальных образцов продемонстрировал хорошее сопротивлениепроцедуре скольжения-качения [ 49, 54] после десяти миллионов циклов при120 0С и давлении Р=1,5 ГПа. В этих условиях расчетная толщина маслянойпленки hmin при 120 0С составила 0,027 мкм [54], что свидетельствует орежиме граничной смазки, то есть износ поверхностей, вероятно, обусловленфизико-химическим взаимодействием, происходящим в местах фактическогоконтакта поверхностей. Кроме этого, на микроснимках, представленных нарисунке 2, отчетливо видны микрополости, произвольно расположенные повсейрабочейплощадиобразца.Именносозданныемикрополостиудерживают смазку, когда подача смазки прекращается, что можно отнести кдостоинствам технологии [10], так как улучшаются рабочие характеристикиибезопасностьмеханизмоввмоментыпуска-остановки,например,подшипников шейки вала, при недостаточной подаче смазки.Известно, что большую роль в повышении микротвердости иизносостойкости поверхности металл при поверхностном пластическомдеформировании играет система поверхностных микротрещин [5].
Ихраспределение по поверхности, эволюция с образованием фрагментов итрещин больших масштабов, зависят от степени деформации и состоянияметалла.Металлографическиеисследованияпоказывают,чтонаупрочненных пластическим деформированием поверхностях образуютсясистемы микротрещин, которые преобразуются в макротрещины принагружении поверхностно упрочненных материалов [5, 7]. Внедрение вповерхностный слой ультрадисперсных частиц минералов и заполнение имидефектов поверхности, возможно, блокирует процессы развития дислокацийв макротрещины и определяет процесс поверхностного изнашивания.764.3.
КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАСТИЧНОСТИ,ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИОБРАЗЦОВ-ИМИТАТОРОВ ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ ИЗ СТАЛЕЙ СНАНЕСЕННЫМ НА ИХ ПОВЕРХНОСТЬ МИНЕРАЛЬНЫМПОКРЫТИЕМВконце2015годасовместнососпециалистамиАО«Пензтяжпромарматура» по заказу этой организации был проведен циклкомплексныхиспытанийимитаторовуплотнительныхповерхностейарматуры [48]. Испытания включали в себя эксперименты по определениюизносостойкости,фрикционныхсвойств,противозадирныхсвойств,испытание на пластичность и коррозионную стойкость имитаторов деталей сминеральным покрытием и без покрытий.Материалы образцов: сталь 20Х13, сталь 20, сталь 45Х.По результатам испытаний были сделаны следующие выводы(Технический отчет от 15.01.2016 «О результатах испытаний минеральныхпокрытий на образцах имитаторах») [48]:1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
