126161 (690931), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Рис. 3.5.2. Побудова функції відкликання (Іh) від вибраних факторів.
Мінімальної інтенсивності зношування 3,5 мм3/див2*1000м відповідає зміст дисульфіду молібдену 8%(мас.), показники адгезійної міцності й мікротвердості - 98,2 МПа й 11,46 ГПа. У цьому випадку частки твердого змащення рівномірно розподілені по товщині композиційного покриття і їх кількість виявляється достатнім, щоб забезпечити його високі антифрикційні властивості. При меншій кількості дисульфіду молібдену ефект самозмазування в покритті не досягається. Покриття з більшим змістом Mos2 розпушується, його несуча здатність значно знижується. Була відпрацьована технологія одержання композиційних порошків, які містять у якості одного з компонентів диспергирований дисульфід молібдену. Частки твердого масла, як було експериментально встановлене, винні відповідати фракціям 1-6 мкм (при чистоті до 98%) змішувалися з композиційним порошком легованого заліза "мокрим" способом протягом 1,5 години. Гідності цього способу виробництва композиційної суміші для напилювання полягає колись у більш міцному зчепленні Mos2 із частками основного матеріалу, а також у більш сильному змісті часток твердого змащення в мікрорельєфі поверхні. Суміш сушили при температурі 140-160 °С до повного видалення вологи. Розшарування основного матеріалу із твердим змащенням при цьому не спостерігалося. Приготовлені таким способом композиційні порошкові склади по режимах і методиці, описаної в другому розділі.
3.6 Дослідження триботехнічних характеристик композиційних покрити, що містять MoS2, у нормальній атмосфері
Випробування на зносостійкість детонаційно-газових покриттів , що містять дисперговані дисульфід молібдену, проводили на установці УМТ-1 (схема контакту " торець-торець") при зміні швидкості ковзання від 0,1 до 1,0 м/с і навантаженню 5 мпа. Залежність інтенсивності зношування від навантаження досліджували при постійній швидкості ковзання - 0,8 м/с. Для дослідження сумісності матеріалів, що в задані на грузочно - швидкісних режимах тертя забезпечують стійкий прояв структурної при торканні, детонаційно-газові покриття з MoS2 випробували, як в однойменних парах тертя, так і в парах з гартівними сталями 45,ХВГ, 30ХГСА й бронзою Бр ОЦС-6-6-3. Вплив швидкості ковзання на інтенсивність зношування, коефіцієнт тертя й температуру в контактній зоні покрити, що містять тверде змащення, представлену на мал. 3.6.1.
Рис. 3.6.1. Вплив швидкості ковзання на інтенсивність зношування, коефіцієнт тертя й температуру покрити системи Fe-Мn із уведенням Mo2:1 - інтенсивність зношування; 2 - коефіцієнт тертя; 3 - температури.
Як видне, що незважаючи на підвищення температури в зоні тертя, збільшення швидкості ковзання приводить до зниження інтенсивності зношування й коефіцієнта тертя. На всьому діапазоні швидкостей ковзання коефіцієнт тертя перебуває в межах 0,15 - 0,06. Існують багато гіпотез, які пояснюють низьке значення коефіцієнта тертя мастильних матеріалів і, зокрема , Mo2. У роботі [15] запропонована модель механізму мастильної дії, відповідно до якої антифрикційність твердих ламелярних речовин залежить від енергії зв'язку між площинами, характеру адсорбційної взаємодії, яка визначає зміна поверхневої енергії. Однак виражені припущення недостатні для пояснення всього різноманіття відомих експериментальних фактів (наприклад ефекту "аномально низького" тертя MoS2). Аналіз існуючих вистав про механізми тертя ламелярних твердих мастильних матеріалів і даних експериментальних досліджень дозволили затверджувати, що поверхнева енергія площин базису (0001) дисульфіду молібдену вкрай мала, а взаємодія між окремими шарами
S-Mo-S дуже слабке. Звідси випливає, що дисульфіду молібдену винний забезпечувати досить низькі значення коефіцієнта тертя без участі адсорбуючих атомів або молекул. Більше того, адсорбція в атмосферних умовах речовин, які вступають у взаємодію із сіркою, а тим більше з атомами опозиційно розташованих шарів сірки, винна стримувати переміщення шарів друг щодо друга. Численні експериментальні дані представляють таку точку зору. Так, відомо, що на відміну від графіту, дисульфіду молібдену володіє у вакуумі вищими антифрикційними властивостями . На нашу думку , є розбіжності в описі основного механізму мастильної дії ламелярних матеріалів не перебувають у протиріччі, а скоріше підтверджують більшу складність розглянутого синергетичного явища. На рис. 3.6.2 представлена залежність мікротвердості покриття від змісту MoS2. Однак, незважаючи на те, що введення диспергованих часток MoS2 до складу покриття знижує мікротвердість, зносостійкість його суттєво росте. Таким чином, максимальна твердість не завжди відповідає високої зносостійкості. Тому що зносостійкість у переважній більшості випадків виявляє собою інтегральну характеристику складної взаємодії різних факторів у процесі тертя.
Рис. 3.6.2. Залежність мікротвердості покриття від змісту MoS2.
Утвір плівки MoS2 у процесі тертя супроводжується заповненням нерівностей, завдяки чому збільшується загальна контактна поверхня. Металографічне вивчення зовнішнього вигляду поверхні тертя показало, що при цьому формується шар мастильної плівки MoS2, у самих тонких поверхневих шарах, які відбувається інтенсивна й спрямована пластична деформація. На далі, внаслідок комплексу скороминучих динамічних процесів контактної взаємодії, під впливом локальних температур і лещат утворюється гетерогенна структура. Вона складається з м'якої плівки дисульфіду молібдену й твердих фаз складених окислів металів, які входять до складу покриття (Cr2O3, Al2O3, Fe3O4). Таким чином, частки окислів, втілюючись до м'якої ламелярної структури MoS2, викликають різке припинення й запобігають їхній пластичній деформації. Що, у свою чергу, обумовлює стрімке зниження рівня енергії трибоактивації. Мікрофотографія розподілу MoS2, знята в рентгенівських променях на мікроаналізаторі "Самека" моделі МS-46, наведена на мал. 4.6. Частки твердого масла розподіл достатній рівномірно. Стабільність здійснення ефекту самозмазування в процесі тертя досягається внаслідок поновлення шару тертя масла за рахунок Mos2, який вході до складу матеріалу покриття. Дослідження показали, що локалізація пластичної деформації в процесі тертя йде в самих тонких поверхневих шарах плівок і виявляє собою структури на зразок "луска" з товщиною 2-5 мкм. Відповідно до принципів термодинаміки, взаємодії під час тертя йдуть у мінімальних обсягах, у цьому випадку - тонких плівках зі структурою типу "луска", які здатні до свого руйнування поглинати максимальну енергію. Рис. 3.25. Мікро рентгеноструктурний аналіз покриття в рентгенівському характеристичному випромінюванні Mos2Kб (x650). Стан, характер і властивості робочого шару, який виникає безпосередньо в процесі тертя, обумовлюється процесами диспергировання, механіко-хімічного насичення частинами окислів, інтерметалідів, їх змішумання з матеріалами твердого масла й утвором нових фаз, з характеристиками й структурою, яка аналогічна зміцненим-дисперсно-укріпленим матеріалам. Таким чином, у період постійного процесу механіко-хімічного тертя, який характеризується мінімальними коефіцієнтами тертя й зносу. Поверхневий шар, який розділяє трибоповерхню , складається із дрібнодисперсної суміші окислів металів, інтерметалідів розподілених тонкому шару твердого масла.
У роботах є спроба альтернативного пояснення механізму мастильної дії ламелярних твердих масел, у якій зниження коефіцієнта тертя зі збільшенням навантаження пояснюється тим, що підвищення навантаження полегшує умови для найбільш сприятливої орієнтації часток MoS2. Дана залежність, обумовлена силами міжмолекулярної взаємодії: збільшення навантаження тягне зближення молекул MoS2, що веде до росту сил відштовхування й, як наслідок цього, до зниження опору при зрушенні. У дослідженні навпаки, констатується, що при підвищенні навантаження коефіцієнт тертя по твердій плівці MoS2 небагато збільшується. Більша працездатність вивчаємих композиційних покриттів з MoS2, досягається завдяки зменшенню рівня структурної активації поверхневих шарів, внаслідок регуляції властивостей у вторинних структур, що обладнаною затримкою знаходження кисню до поверхні, яка пластично деформується, високим ступенем орієнтації часток дисульфіду молібдену в процесі тертя. А також, особливістю структури покриттів і, як наслідок, високої локалізації пластичної деформації в надтонких шарах твердого масла. На мал. 3.27 наведена електронна світлина вторинної структури на покритті з легованого заліза з MoS2. Вторинна структура гетерогенна, характер розподілу дисперсних включень сорочечний і має орієнтацію в напрямку вектора швидкості ковзання. Ця обставина є підтвердженням того, що при формуванні вторинних структур вирішальну роль відіграють процеси структурної активації. По своїй будові дана структура близька до структури дисперсно-зміцненого композиційного матеріалу. Як відомо, такі матеріали мають унікальне з'єднання високої пластичності, міцності й мають високу стабільність характеристик в умовах експлуатації.
Таким чином, введення диспергованого дисульфіду молібдену до складу композиційного покриття з легованого заліза забезпечує ефективне змащення поверхонь у контакті. На трибоповерхнях утворюється захисна плівка на основі MoS2, які в процесі тертя постійно відновляється й обновляється. Наявність поділяючий плівки твердого масла забезпечує мінімізацію триботехнічних параметрів і належний рівень антифрикційних характеристик покриттів, які досліджувалися.
3.7 Оцінка рівня залишкових напруг у поверхневих шарах досліджуваних покрити
Покрити який формуються при детонаційно-газовому напиленні мають складну геометрію структурних складових і насичені неоднорідністю. У процесі напилення виникають термічні й структурні напруги, які створюють певний стан покриття. Тобто такі покриття відрізняються від компактних матеріалів дуже складною геометрією структурних складових. Напилення викликає виникнення цілого ряду неоднорідностей, таких як внутрішні границя п'яти типів, порушення стехіомерії складу, фазові розбіжності багатьох часток. Крім того, має місце деформація часток, яка супроводжується дробленням периферійних зон. При цьому кількість структурних дефектів, їх загальний вплив на характеристики залежить головним чином від фізико-хімічних властивостей порошкових матеріалів і умов нанесення покрити, а визначальної стає залежність міцності й пластичності від товщини покриття. Тому що процеси детонаційно-газового напилення характеризуються широким діапазоном швидкостей охолодження послідовних потоків часток, які формують покриття. Швидкість охолодження перших шарів, які осаджуються, - 106-108°С шари, що випливають, осаджуються на розігріті до 200-350 С напилюванні поверхні й прохолоджуються з меншою швидкістю. Температурні градіенти викликають термічні напруги, що з одного боку, з'єднуються з навантаженнями, які викликані розбіжностям коефіцієнтів термічного розширення, а, з іншого боку, виникненням навантаження, що обумовлені структурними перетвореннями, зміною питомих обсягів фаз при поліморфних переходах, дифузією й хімічними реакціями. Крім того, швидкість охолодження також є однією із причин структурної неоднорідності й появи дефектів. Таким чином, поверхневе руйнування покрити може відбуватися під впливом не тільки напруга, що виникають у процесі пружно-пластичний деформації при терті, але й залишкових напруг, що виникають у покриттях у процесі його формування. У цілому можна допустити, що напилення покрить з'єднане з реалізацією певного напруженого стану, який обумовлює експлуатаційні можливості всієї системи тертя. Як показує аналіз умов роботи деталей машин з покриттями, втрата працездатності відбувається в основному не від несумісності системи покриття - навколишнього середовища - покриття, а завдяки руйнуванню покриття, за розрахунків утвір поверхневих тріщин . При дослідженнях покрити на відрив величина й розподіл залишкових напруг значною мірою впливають на зниження міцності зчеплення , а характер руйнування є функцією властивостей досліджуваного покриття.
3.8 Величина й рівень технологічних залишкових напруг і їх вплив на зносостійкість напилених покриттів
Рівень залишкових напруг є в багатьох випадках важливим параметром, який визначає якість детонаційно-газових покрить. Так, при дослідженні на відрив наявність цих напруг значно впливає на зниженні міцності зчеплення . Визначення міцності зчеплення покрити, як відзначалося, робили за допомогою спеціальних зразків, які складаються із втулки й штифта . Після попередньої підготовки поверхні (піскоструминної обробки й знежирення) напиляють покриття. Потім звільняють фіксуючий гвинт і відриваються штифт від покриття. Знаючи силу відриву й площа торця штифта, визначають міцність зчеплення (рис. 3.8.1). У якості - підбивки була використана сталь 45.
Рис. 3.8.1. Залежність міцності зчеплення від товщини напилюваного покриття.
Збільшення товщини покриття до 0,18 - 0,20 мм веде монотонного збільшенню зусилля, яке необхідне для відриву штифта, і після досягнення величини 100 мПа наступне наростання товщини супроводжується зменшенням міцності зчеплення. Причини, які приводять до наявності максимуму на кривій бсц=f(д), на наш погляд, обумовлюються тим, що в області малих товщин має місце, переважно, когезійне руйнування. Таким чином, значення, отримані при іспитах, у певної мерові відбивають не міцність зчеплення, а міцність самого покриття, підтверджуючи тим самим, що при детонаційному напиленні ступінь взаємодії близький до одиниці . Мала товщина напиляного шару (0,1 мм) викликає прорив покриття, при збільшенні товщини міцність зчеплення небагато росте, але залишається незначної й при іспитах має місце деформація напиляного шару над штифтом, його прогин і розтріскування. У результаті росту товщини покриття відбувається придушення цих явищ, яке виражається в збільшенні фіксуємої при іспитах міцності. У той же час збільшення товщини покриття супроводжується наростанням внутрішніх напружень у системі покриття - основа, результатом чого є зниження міцності зчеплення. І руйнування при цьому, як правило, носить адгезійний характер. Таким чином, працездатність і довговічність детонаційних покрити залежить від величини й характеру розподілу залишкових напруг. Високі значення залишкових напруг є причиною появи або мікротріщин відшарування покрити. Однак, незважаючи на формальну ясність основних фізичних процесів, які викликають залишкові напруги в напилюваних покриттях, тепер , хоча й існує відносно велика кількість різних залежностей, які дозволяють розрахувати залишкові напруги, застосовувати їх повною мірою неможливо через безліч допущень, які вводяться, наслідком яких є неточність обчислень. У науково-дослідних роботах, присвячених характеристикам детонаційних покрити, дуже обмежені зведення про технологічні залишкові напруги, що розкривають якісні залежності зносостійкості, відсутні дані про вплив термічної обробки на їхні величини й розподілу. Структуроутворення при формуванні детонаційних покрити підкоряється загальним закономірностям, характерним для напилюємих покрить.Одним з методів вивчення, які зарекомендували себе, технологічних залишкових напруг є методом Н. Н. Давиденкова, що дозволяє визначати характер розподілу, глибину залягання й величину залишкових напруг у досліджуваних покриттях . Метод Н. Н. Давиденкова дозволяє визначити характер розподілу залишкових напруг, їх величину й глибину залягання за допомогою приладу, що дозволяє записувати зміни стріли прогину зразка в процесі невпинного підбурювання напиляного шару. Зняття шарів матеріалу здійснювалося за допомогою електролітичного травлення, склад, концентрація й режим підбиралися так, щоб швидкість травлення становила 3-5 мкм/хв, при цьому напруга на електродах відповідало 10 В, щільність струму - 15 А/дм2, а температура електроліту 25 °С. Склад електроліту - 850 див3 фосфорної кислоти (питома вага 1,56), 150 див3 - сірчані кислоти (питома вага 1,89) і 50 м хромового ангідриду. Поверхні зразка, які не повинні піддаватися травленню, захищалися сумішшю парафіну й каніфолі (2:1). Невпинний запис прогину здійснювався за допомогою індуктивного датчика й передавалася на самопис БВ-662, де фіксувалася залежність прогину від часу. Наконечник датчика опирався на корундову пластину - опору діаметром 4 мм і товщиною 1,5 мм Досліджувані залишкові напруги значно змінюються в межах поверхневих шарів. У цьому випадку для одержання належної точності потрібно послідовне видалення дуже тонких шарів. Ініційоване цим видаленням перерозподіл напруг викликає переміщення, яке можна замірити, а потім обчислити залишкові напруги в питомій частині. Дуже важливим є також точне обчислення величин. Зразки для визначення залишкових напруг мали форму пластин з розмірами: товщина - 2-3 мм, ширина 10-12 і довжина 50-60 мм У дослідженнях визначалися напруги 1 роду - макронапруги, які виникають у детонаційних покриттях у результаті взаємодії різних технологічних факторів при його формуванні. При детонаційно-газовому напиленні покрити, що рухаються з великою швидкістю частки, нагріті до високої температури, послідовно нашаровуються після кожного пострілу спочатку на поверхню основи, потім на вже нанесені частки, що значно остигають. У процесі напилювання значного підвищення температури не відбувається, що тому прохолоджуються після удару частки стискуються більше, ніж метал основи, у результаті цього при нормальній температурі в напиляному гетерогенному шарі покриття виникають технологічні залишкові напруги, що залежно від ряду факторів можуть бути що розтягують, що стискають або ж змінними за знаком.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
