Диссертация (1173091), страница 26
Текст из файла (страница 26)
5.11).Таблица 5.11 – Характеристики образцов для испытаний на износ.№СтальВид образцаОбработка1.09Г2СПластина 10х10 ммЦНП/силикат.-85%Zn2.09Г2СПластина 10х10 ммЦНП/(то же)+азотирование 5400С 24 ч3.09Г2СПластина 10х10 ммДМЦ+азотирование 6000С 4 ч4.45Шайба D20ДМЦ+азотирование 6000С 4 чНа рисунках 5.15-5.16 приведены временные зависимости коэффициентовтрения для исследуемых образцов, по которым определяли: начальное значениекоэффициента трения, минимальное и максимальное значение, соответствующеестадии установившегося износа.В таблице 5.12 приведены результаты измерений коэффициентов трения наосновании компьютерной обработки полученных кривых. Визуальный анализкривых показывает, что непосредственно цинковое покрытие истирается наначальном этапе испытаний и обладает низким значением коэффициента трения183η≈0,15 (рис.
5.16а). Полное изнашивание покрытия происходит примерно за 45мин испытаний (на участке длиной 30м), и резко начинается истирание стальнойосновы, коэффициент трения для которой ηmax= 0,650 в условиях установившегосяизноса соответствует значению коэффициента трения скольжения «сталь-сталь» [118].а)б)Рисунок 5.15 – Изменение коэффициента трения от времени испытаний образцов:а – 09Г2С с ЦНП; б – 09Г2С ЦНП+азотирование.184а)б)Рисунок 5.16– Изменение коэффициента трения от времени испытаний образцов:а – 3 – 09Г2С ДМЦ+азотирование; б – 4 – сталь 45 ДМЦ+азотирование.Азотирование ЦНП меняет характер поведения коэффициента трения современем испытаний (рис. 5.15б): наблюдается плавное нарастание коэффициентатрения в соответствии с постепенным изменением строения и составадиффузионного слоя по глубине.
Стадия установившего износа наступаетбыстрее, переход к ней имеет градиентный характер, что благоприятно дляприработки пар трения в эксплуатационных условиях. Вместе с тем, коэффициенттрения для этого образца оказывается выше: ηmax= 0,895.185Таблица 5.12 – Коэффициенты трения для исследуемых образцов стали.№образцаСталь/Обработка1Коэффициент трения ηηначηминηмаксηсредσ09Г2С/ЦНП7,25 · 10-30,0060,6500,2930,194209Г2С/ЦНП+аз.0,1240,1130,8950,7710,172309Г2С/ДМЦ+аз.0,2700,2250,4460,3210,063445/ДМЦ+аз.1,32 · 10-30,0040,3200,2650,022Примечание: ηнач – коэффициент трения в момент старта испытания; ηмин –минимальный коэффициент трения; ηмакс – максимальный коэффициент трения; ηсред – среднийкоэффициент трения; σ – стандартное отклонение.Характерповедениякривыхкоэффициентатрениядляобразцов,прошедших обработку ДМЦ+азотирование, более стабильный, чем образцов сЦНП,чтоуказываетнаоднородностьструктурыслоевпотолщине.Коэффициенты трения ДМЦ слоев на стадии установившегося износа ниже посравнению со значениями для ЦНП и зависят от состава стальной основы:ηmax= 0,446 для стали 09Г2С и ηmax= 0,320 для стали 45.
Сопоставление слитературными данными показывает, что азотированные ДМЦ слои имеют болеенизкие коэффициенты трения по сравнению с различными цинковымипокрытиями на стали 30Г2, в том числе с классическими термодиффузионнымипокрытиями (табл. 5.13.).Таблица 5.13 – Коэффициенты трения скольжения цинковых покрытийна пути трения длиной 40 м.Сталь/обработкаη4030Г2/горячецинковое покрытие [159]*0,630Г2/гальваническое цинковое покрытие [159]*0,530Г2/термодиффузионное цинковое покрытие [159]*0,4509Г2С/ДМЦ+азотирование0,4445/ДМЦ+азотирование0,32Примечание: *при испытаниях по стали 45.186В качестве характеристики механического износа W определяли объемвытертой бороздки за время испытаний: W=Vб/tисп=l∙b∙h/ tисп, где l, b, и h –длина,ширина и высота бороздки, соответственно.
Результаты измерений по даннымкомпьютерной обработки для исследуемых образцов приведены в таблице 5.14.Таблица 5.14 – Параметры механического износа исследуемых образцов послеразличных видов обработки.№Сталь/Обработкаl, ммb, ммh, ммVб, мм3tисп, чW, мм3/ч109Г2С/ЦНП6,001,2490,0440,3300,221,50209Г2С/ЦНП+аз.8,000,7800,0090,0560,220,26309Г2С/ДМЦ+аз.6,000,5070,0140,0430,220,20445/ДМЦ+аз.6,000,7370,0150,0660,220,30образцаИспытания показали, что азотирование ЦНП существенно увеличиваетизносостойкость покрытия: более чем в 5 раз снижается объемный показательизноса и оказывается на уровне показателя для ДМЦ азотированных слоев.Наиболеевысокойизносостойкостьюобладаетсталь09Г2Споследиффузионной металлизации цинком в сочетании с азотированием.
В стали 45после такой же обработки износостойкость несколько ниже, несмотря на болеевысокое содержание в ней углерода. Можно предположить, что полученноеразличие связано с наличием в составе стали 09Г2С легирующих элементов.Данный результат дополнительно подтверждает, что свойства ДМЦ слоев зависятот химического состава стали-подложки, тогда как свойства ЦНП определяются, внаибольшейстепени,характеристикамиисходногопокрытия(типомпленкообразователя и количеством цинка в исходной композиции).Полученныерезультатыпозволяютсделатьвыводовозможностиприменения разработанных комбинированных способов обработки стальныхдеталей (например, болтов и шайб) для различных эксплуатационных условий.1875.3 Рекомендации по применению разработанных комбинированныхспособов обработки, включающих цинкование и азотирование5.3.1 Обоснование условий применения комбинированных способов ХТОДля определения условий применения разработанных процессов ХТО,включающих цинкование и азотирование, проведено сравнение экспериментальнополученных электрохимических показателей коррозии стали 09Г2С послеразличных видов обработки: нанесение ЦНП, азотирование, ЦНП с последующимазотированием,диффузионнаяметаллизацияцинком,совмещеннаясазотированием, нанесение покрытия ЦИНОТАН промышленным методомхолодного цинкования (рис.
5.17).Проведено сравнение электрохимических показателей коррозии образцовстали 09Г2С с ЦНП с характеристиками образцов той же стали: А – безобработки; Б – после традиционного азотирования при 5400С 24 часа; В – послекомбинированного процесса ДМЦ+азотирование 6000С 4 часа; Г – с покрытиемЦИНОТАН,нанесеннымпромышленнойокраскойметодомхолодногоцинкования (толщина покрытия 56 мкм). Значения потенциала свободнойкоррозии и максимальной плотности тока коррозии приведены на рисунке 5.17.Эксперимент подтвердил, что нанесение цинкнаполненных покрытийувеличивает стойкость стали к электрохимической коррозии, причем в сернойкислоте стойкость ЦНП на силикатной основе оказывается выше, чем ЦНП наорганической основе, так же как и при испытаниях в солевом растворе.Установлено, что оба вида предлагаемых комбинированных процессов:ДМЦ+азотированиеиЦНП+азотированиеобеспечиваютповышениекоррозионной стойкости стали в кислотной среде.
Процесс ДМЦ+азотированиепри небольшом снижении максимального тока коррозии увеличивают в 1,6 разаотрицательное значение потенциала свободной коррозии по сравнению снеобработаннойсталью.Близкоезначениепотенциаладостигаетсяуазотированных ЦНП на силикатной основе, а также у образцов послеклассического газового азотирования.188В целом, процесс ДМЦ+азотирование и процесс классического азотированияуступают по показателям коррозионной стойкости комбинированному процессуЦНП+азотирование,которыйпридаетобразцамминимальныевнашемэксперименте показатели тока коррозии.70,0а)Максимальная плотность тока, imax, мА/см260,050,040,030,020,010,00,0АВ2БГ15N4NГ15N4NОбразец800,0б)Потенциал свободной коррозии(- Ес) мВ700,0600,0500,0400,0300,0200,0100,00,0АВ2БОбразецРисунок 5.17 – Максимальная плотность тока в р-ре 0.5M H2SO4 образцов стали09Г2С с различным видом обработки поверхности (в порядке уменьшения) (а) иотрицательный потенциал свободной коррозии (б):А – без обработки; В – ДМЦ+азотирование 600⁰С 4 ч; 2 – ЦНП на органическом связующем;Б – Азотирование 540⁰С 24 ч; Г – стандартное покрытие ЦИНОТАН; 1 – ЦНП на силикатномсвязующем; 5N - азотированное ЦНП на органическом связующем; 4N - азотированное ЦНП насиликатном связующем.189В результате азотирования ЦНП на органической основе при увеличениипримерно в 1,5 раза отрицательного значения потенциала свободной коррозии Ecпроисходит снижение в 8…10 раз максимальной плотности анодного тока imax посравнению со значениями для неазотированного покрытия (образцы 2 и 5N нарис.5.17).Минимальноезначениеплотноститокаimaxсоответствуетформированию азотированного двухслойного цинкового покрытия (образец 6N)Для покрытия на силикатной основе азотирование обеспечивает почти 4-кратноеснижение плотности анодного тока imax при увеличении отрицательного значенияпотенциала Ec в 1,3 раза (образцы 1 и 4 N на рис.
5.17).Характерно, что коррозионные параметры образцов стали 09Г2С послекомбинированной обработки ЦНП+азотирование имеют близкие показатели дляпокрытий с разным типом пленкообразователя.При достижении наиболее эффективной комбинации холодного цинкованияс азотированием возможно снижение максимальной плотности тока imaxпочти в 25раз по сравнению с исходным образцом без обработки. Оптимальный процессЦНП+азотирование обеспечивает более чем 6-кратное снижение плотностианодного тока imax по сравнению с показателем, достигающимся в результатенанесения промышленного покрытия ЦИНОТАН толщиной 56 мкм.5.3.2 Взаимосвязь полученных свойств со структурой покрытияПолученныевпроцессеисследованиярезультатыпоказывают,чтокомбинированные процессы ЦНП+азотирование и ДМЦ+азотирование в средеаммиака приводят к формированию модифицированного слоя на углеродистых инизколегированныхсталях,образующегосяврезультатедиффузии.Модифицированный слой состоит из цинкового покрытия, содержащего η-фазуZn(Fe)/ZnO на поверхности и интерметаллидные фазы под ней, «цинк-азотистой»переходной зоны, представляющей собой твердый раствор Feα(Zn, N), возможно,с выделениями нитридов, и «азотистой» переходная зона – твердого раствораFeα(N).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
