Износостойкость наплавленных

Износостойкость материалов 246 ------, классы 246

Износостойкость материалов 246 ----- , классы 246

Для обеспечения названных разнообразных технических требований и условий эксплуатации материалы трибосистем должны удовлетворять определенным требованиям. Одним из главных требований к материалу пары трения является достаточная износостойкость в заданных условиях работы, которая характеризуется интенсивностью изнашивания - отношением величины линейного износа к пути трения:./;, = UhIL. Износостойкость материалов по интенсивности изнашивания делится на классы:

Модификация структуры основывается на влиянии изменений параметров микроструктуры (размер зерна, кристаллографическая текстура, плотность дислокаций) на механические свойства и износостойкость материалов. Примерами структурной модификации приповерхностного слоя являются дробеструйная обработка, накатывание роликом, вибрационное накатывание, ультразвуковая упрочняющая обработка, алмазное выглаживание, электромеханическое упрочнение [13]. Известно, что поверхностная закалка после нагрева приводит к уменьшению размера зерен вблизи поверхности и увеличению локального напряжения течения. Поэтому поверхностный нагрев с применением направленных источников энергии, таких, как лазер и электронный луч, может использоваться для оплавления и последующего быстрого затвердевания (кристаллизации) поверхностного слоя. Названные методы обработки вызывают улучшение размеров зерна, формирование мелкой, субзеренной структуры, увеличивают концентрацию выделений и упрочнение, приводят к появлению новых полезных фаз. растворению или удалению инородных включений [19]. Перечисленные эффекты структурной модификации делают ее весьма перспективной, а развитие метода входит в число актуальных задач триботехнологии.

Основные задачи и цели испытаний [106]: 1) решая поставленную проблему повышенного износа деталей, вернуть машину в работоспособное состояние; 2) предотвращая возникновение известной проблемы износа в новой системе, обеспечить требуемую работоспособность машины; 3) классифицируя материалы по износостойкости, дать исходные данные для выбора материалов трибосистемы; 4) классифицируя виды упрочняющей обработки материалов по влиянию на износостойкость материалов, дать исходные данные для выбора вида обработки, обеспечивающей оптимальную работоспособность; 5) исследуя механизм изнашивания, создать материалы, стойкие к изнашиванию в заданных условиях; 6) разрабатывая износостойкие материалы или виды обработки, повышающие износостойкость, извлечь прибыль при продаже материалов или технологий.

Пусть изменение выходного параметра X зависит от износа Ц одного из элементов изделия, т. е. X == F- (U), где .F — известная функция» зависящая от конструктивной схемы изделия. Примем, что износ связан с удельным давлением /? и скоростью скольже? ния трущейся пары v степенной зависимостью U — kpmivm*t, где коэффициенты .тги тг известны (например, из испытания материалов пары). Коэффициент k оценивает износостойкость материалов и условия работы сопряжения (смазка, засоренность поверх-

Так, проф. М. М. Хрущев и М. А. Бабичев [217] исследовали различные материалы и сплавы на износ при трении об абразивное полотно и определяли так называемую относительную износостойкость материалов е, т. е. отношение износа эталонного материала к износу испытуемого. Исследования показали^ что основной характеристикой абразивной износостойкости является твердость металлов и сплавов. Для чистых металлов и термически необработанных сталей имеется линейная зависимость между их твердостью и износостойкостью:

&J — отражает износостойкость материалов и условия изнашивания; s — интенсивность работы машины во времени; р =f (/)—отражает конструкцию суппорта (стола), т. е. расположение сил (характер эпюры давлений), и величины действующих сил; Ф (х) — характеризует процесс работы машины, например технологические процессы обработки, осуществляемые на универсальном станке.

Из формулы следует, что чем больше износостойкость материалов, т. е. чем меньше скорость их изнашивания -Vi_2> тем больше период приработки.

В работах Б. И. Костецкого, И. В. Крагельского, М. М. Хрущева, В. Н. Кащеева, В. Н. Ткачева, В. А. Белого, Ю. М. Виноградова и др. износостойкость материалов (в том числе и покрытий) обусловливается в основном их тонким строением, так как только структура предопределяет дислокационную природу изнашивания.

186. Тененбаум М. М. Гидроабразивная износостойкость материалов.-~ Трение и износ, 1982, № 1, с. 76—82.

Механизированная наплавка под слоем флюса. Получение износостойких слоев на поверхностях деталей достигается различными способами. Способы легирования наплавленного под флюсом металла можно разделить на четыре группы. Легирование наплавленного слоя по первой группе достигается применением легированной проволоки при обычном флюсе (ГОСТ 10543—63). По второй группе легирование осуществляется применением специальной проволоки, внутри которой находятся легирующие элементы в виде порошка. Легирование по третьей группе выполняется путем применения специального флюса, содержащего легирующие элементы при наплавке обычной проволокой или лентой. В четвертой группе легирование достигается укладкой на поверхность легированного присадочного прутка, посыпанием порошка, намазыванием паст и др. Наплавка производится обычным электродом под слоем флюса. Большое применение механизированная наплавка получила для упрочнения деталей металлургического оборудования, особенно прокатных валков станов. Износостойкость наплавленных сталью ЗХ2В8 валков по сравнению с закаленными (валки изготовлены из стали 60ХТ) повышается в 3—4 раза. Износостойкость наплавленного металла валков под флюсом КС-320 составляет 180—200% стойкости основного металла валков из стали 55Х.

Рис. 105. Износостойкость наплавленных виброконтактным способом втулок в зависимости от метода чистовой обработки

Механизированная наплавка под слоем флюса. Получение износостойких слоев на поверхностях деталей достигается различными способами. Многочисленные варианты способов легирования наплавленного под флюсом металла можно свести к четырем способам. Легирование наплавленного слоя по первому способу достигается применением легированной проволоки при обычном флюсе (ГОСТ 10543—63 «Проволока стальная наплавочная»). По второму способу легирование осуществляется применением специальной «проволоки», внутри которой находятся легирующие элементы в виде порошка. Легирование по третьему способу выполняется путем применения специального флюса, содержащего легирующие элементы при наплавке обычной проволокой или лентой. При четвертом способе легирование достигается укладкой на поверхность легированного присадочного прутка, посыпкой порошка, намазыванием паст и др. Наплавка производится обычным электродом под слоем флюса. Большое применение механизированная наплавка получила для упрочнения деталей металлургического оборудования, особенно прокатных валков станов. Износостойкость наплавленных сталью ЗХ2В8 валков по сравнению с закаленными (валки изготовлены из стали 60ХТ) повышается в 3—4 раза. Износостойкость наплавленного металла валков под флюсом КС-320 составляет 180—200% стойкости основного металла валков из стали 55Х.

Рис. 4. Износостойкость наплавленных виброконтактным способом втулок в зависимости от чи-• стовой обработки

ми Т-590, Т-620, КБХ-45 и полуавтоматическую наплавку порошковой проволокой марок ПП-У25Х17Т-0 или ПП-УЗОХ14МСФ-0 диаметром 2,8—3,0 мм. Наплавку ведут при помощи полуавтоматов А-765, А-1035М, режим: ток 370—390 А, напряжение 25—27 В, скорость подачи проволоки 178 м/ч. Ток постоянный, полярность обратная. Наплавка двухслойная толщиной 8—10 мм! Износостойкость наплавленных бил в 1,5—2,5 раза выше, чем ненаплавленных. Для наплавки бил из стали 20Л используют порошковую ленту марки ПЛ-АН 101.

Износостойкость наплавленных покрытий в результате ППД повышается незначительно (на 5...10%), а после ЭМУ достигает износостойкости стали 45, закаленной с применением ТВЧ.

Основой сплава является ЕЯЗКИЙ аустенит, обусловливающий высокую ударную стойкость и прочно удерживающий карбидные зерна. Содержание карбидной фазы составляет 30—45%. Для повышения пластичности в стеллиты вводят редкоземельные элементы. Стеллиты выпускаются в виде стержней диаметром 4—7 мм. Их наплавляют на изнашиваемые поверхности деталей и режущие кромки инструментов дуговым, электрошлаковым, газопламенным или индукционным способом в два-три слоя. Износостойкость повышается в 3—5 раз. Твердость и соответственно износостойкость наплавленных слоев мало изменяются до температуры 700 СС. Широкому применению стеллитов препятствует дефицитность основных компонентов (кобальта, вольфрама).

Преимущества плазменной наплавки по сравнению с другими способами нанесения покрытий сводятся к следующему. Гладкая и ровная поверхность покрытий позволяет оставлять припуск на обработку 0,4...0,9 мм. Малая глубина проплавления (0,3...3,5 мм) и небольшая зона термического влияния (3...6 мм) обусловливают долю основного металла в покрытии < 5 %. Малое вложение тепла в обрабатываемую деталь обеспечивает небольшие деформации и термические воздействия на структуру основы. При восстановлении обеспечивается высокая износостойкость наплавленных поверхностей. Наблюдается снижение усталостной прочности деталей на 10... 15 %, что намного меньше, чем при использовании некоторых других видов наплавки.

На качество и толщину наплавленного металла влияют температура заготовки и расплава и продолжительность их контактирования. Износостойкость наплавленных намораживанием деталей в 1,8...3,5 раза выше, чем новых изделий. По производительности способ конкурирует со всеми видами наплавки, исключая электрошлаковую.

Износостойкие наплавленные слои имеют обычно гетерогенную структуру. Она часто состоит из твердых, внедренных в вязкую матрицу кристаллов карбидов, боридов и нитридов металлов, а также кристаллов интерметаллических соединений. Вследствие этого значения микротвердости имеют очень большой разброс и не дают представления о взаимосвязи между твердостью металла наплавки и его износостойкостью. Поэтому в дальнейших примерах наплавок некоторых наиболее распространенных сплавов приведены также и значения микротвердости наплавленного металла. Процентное содержание твердых составляющих и связь их с матрицей характеризуют при большинстве видов износа (TGL 0—50320 износостойкость наплавленных слоев.

Основой сплава является вязкий аустенит, обусловливающий высокую ударную стойкость и прочно удерживающий карбидные зерна. Содержание карбидной фазы составляет 30—45 % . Для повышения пластичности в стеллиты вводят редкоземельные элементы. Стеллиты выпускаются в виде стержней диаметром 4—7 мм. Их наплавляют на изнашиваемые поверхности деталей и режущие кромки инструментов дуговым, электрошлаковым, газопламенным или индукционным способом в два-три слоя. Износостойкость повышается в 3—5 раз. Твердость и соответственно износостойкость наплавленных слоев мало изменяются до температуры 700 °С. Широкому применению стеллитов препятствует дефицитность основных компонентов (кобальта, вольфрама).