Износостойкость поверхностного

Влияние твердости на износостойкость поверхностей, подвергнутых действию абразива (корунда), показано на рис. 5. За единицу принята износостойкость поверхности с HV 500 (~ HRC 50). Повышение твердости на каждые 500 единиц HV увеличивает износостойкость в 10 раз.

Белыми называют чугуны в которых углерод находится в связанном состоянии в виде цементита РезС. Эти чугуны, фазовые превращения которых протекают согласно диаграмме Fe-C, подразделяются на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. Из-за большого количества цементита белые чугуны имеют высокую твердость (НВ4500...5500 МПа), хрупкие и практически не поддаются обработке резанием, поэтому в качестве конструкционных материалов практически не применяются. Их можно применять для деталей от которых требуется высокая износостойкость поверхности. Например, изготавливают шары шаровой мельницы для размола руды и минералов.

Для повышения износостойкости покрытий на основе эпоксидных смол в них вводят различные наполнители. Введение железного порошка в эпоксидную композицию состава, мас-ч: 100 - смолы ЭД-5 или ЭД-6; 10-15 дибутилфталата (ДБФ); 10-15 отвердителя полиэтиленполи-амин позволило в 3-5 раз повысить износостойкость поверхности по сравнению с покрытием без наполнителя. Покрытие используют для защиты от коррозии и износа внутренней поверхности насосных труб, применяемых при насосном способе добычи нефти.

Твердость и износостойкость поверхности детали из средне-углеродистых сталей (от 0,3 до 0,5% углерода) марок 35, 40, 45, 40Х, ЗОХГС, 38ХМЮА и др. может быть повышена закалкой с нагревом поверхностного слоя детали токами высокой частоты (закалка ТВЧ), а также азотированием или цианированием с последующей закалкой.

Цементацией повышают твердость и износостойкость поверхности стальных деталей. Для цементации применяют низкоуглеродистые или легированные стали с малым содержанием углерода (0,15—0,25% С). После цементации концентрация углерода на поверхности повышается до 0,8—1%; она плавно снижается по мере приближения к сердцевине до значений, соответствующих исходным. В соответствии с концентрацией изменяется и микроструктура цементационного слоя. Перлитно-цементитная структура на поверхности постепенно переходит в сердцевинных зонах в перлитно-ферритную с уменьшением перлитной составляющей.

оборудования. Размеры литой ступицы существенно меньше. Кроме того, применение катаного обода дает более высокое качество и износостойкость поверхности зубьев. Второй вариант можно применить в серийном производстве. Третий вариант (рис. 6.22, в) — полностью литая заготовка — рационален только в крупносерийном производстве, когда на предприятии имеются возможности для изготовления соответствующих модельной оснастки и форм.

3. Влияние параметров технологического процесса на износостойкость поверхностей. Показатели качества изготовления изделий, как следствия принятого технологического процесса, оказывают непосредственное влияние на такое основное эксплуатационное свойство, как износостойкость поверхности. Во-первых, как это было показано выше, на износостойкость влияют химический состав, структура и механические характеристики материалов (см. гл. 5, п. 2 и п. 5), которые зависят от металлургических или других процессов получения материалов, от термических и термохимических видов обработки поверхностей. Во-вторых, износостойкость зависит от геометрических и физико-химических параметров, поверхностного слоя (см. гл. 2, п. 2). При этом отклонения формы деталей увеличивают период макроприработки (см. гл. 8, п. 3), а шероховатость поверхности влияет на период микропрй-раЙотки, поскольку в процессе нормального изнашивания устанавливается оптимальная шероховатость, соответствующая данным условиям работы сопряжения (см. рис.74).

Рис. 6.22. Влияние понно-плазменного покрытия из TIN на износостойкость поверхности кронштейна ткацкого станка.

Аналогичным является выражение для интенсивности изнашивания металла. Однако здесь необходимо учесть, что изменение интенсивности изнашивания металла следует за изменением давления рв с запаздыванием на некоторый отрезок % пути трения. Это характерно для режима ИП. Образующийся в этом режиме антифрикционный слой обеспечивает высокую износостойкость поверхности, причем свойства слоя сохраняются в течение некоторого времени после того, как изменились условия его воспроизведения. Поэтому зависимость интенсивности изнашивания участка металла от давления на вставке должна быть представлена в виде

Важной геометрической характеристикой качества поверхности является направленность штрихов — следов механической и других видов обработки. Она влияет на износостойкость поверхности, определенность посадок, прочность прессовых соединений. В ответственных случаях конструктор должен оговаривать направленность следов обработки на поверхности детали. Это может оказаться необходимым, например, в связи с направлением относительного скольжения сопряженных деталей или с направлением движений по детали струи жидкости или газа. Изнашивание уменьшается и достигает минимума при совпадении направления скольжения с направлением неровностей обеих деталей.

При любых температурах (прочие условия одинаковые) максимальная толщина борированного слоя получается на деталях из стали ЗОХГСА, затем она последовательно уменьшается на деталях, изготовленных соответственно из сталей 50С2А, 12ХНЗА, 12ХН2А, 35 и 40Х. Рекомендуется детали из указанных сталей борировать при температуре 950° С и выдержке в течение 6 ч. При этих условиях получается слой наилучшего качества и достигается высокая износостойкость бориро-ванных деталей. Из указанных выше сталей, подвергнутых сравнительным испытаниям, после борирования наиболее износостойкой оказалась сталь 12ХН2А, а затем стали 12ХНЗА и 40Х. С целью повышения предела выносливости борированной стали рекомендуется упрочнять ее обкаткой роликами [26]. Свойства слоя бора не изменяются при нагреве до температуры 950° С. Этот слой имеет повышенные кислотостойкость и жаростойкость при нагреве до температуры 300° С. Высокая твердость слоя бора увеличивает износостойкость поверхности детали. Поэтому борированием упрочняют детали машин, работающие в тяжелых условиях — при наличии абразивной среды и ударных нагрузках, например втулки буровых насосов.

Азот диффундирует в глубь металла, где образуются нитриды Fe.N. Fe2N,, Cr2N, MojN, VN и др. Они препятствуют движению дислокаций и тем самым повышают твердость и износостойкость поверхностного слоя, предел выносливости, сопротивление коррозии в атмосфере воды и пара. Чем больше образуется нитридов, тем тверже поверхностный слой. Поэтому азотированию подвергаются среднеуглеродистые легированные стали (38Х2МЮА), в которые входят нитридообразующие элементы. Для повышения коррозионной стойкости можно азотировать и углеродистые стали. Твердость азотированного слоя выше, чем цементованной стали, и сохраняется при нагреве до высоких температур (550...600 "С), тогда как твердость цементованного слоя. имеющего мартенситную структуру, сохраняется только до 200 ..225 ;'С. Продолжительность азотирования составляет 24...60 часов.

Цианирование увеличивает твердость (до HV 1100) и износостойкость поверхностного слоя и рекомендуется для инструмента, не подвергающегося переточке по всем граням, — сверл, разверток, метчиков, фрез.

6. Износостойкость поверхностного слоя

Рассмотрим влияние высокотемпературной термомеханической поверхностной обработки (ВТМПО) на износостойкость поверхностного слоя. Сущность этого процесса заключается в нагреве поверхности ТВЧ на необходимую глубину, обкатке ее роликом при 900 ...950°С и быстром охлаждении. Существенный эффект при этой обработке достигается для деталей, работающих при переменных нагрузках [11]. Ролики для обкатки изготовлялись из быстрорежущей стали Р18 с 62 ...64 HRC3. Сравнительные испытания контактной прочности сталей 40 и 40Х показали, что при обкатке с давлением 550 МПа оптимальной тем-

Износостойкость поверхностного слоя, полученного после ЭМС, сравнивалась с износостойкостью шлифованных поверхностей. Испытания велись при различных давлениях на машине трения типа МИ. Графики сравнительных испытаний на износ образцов из закаленной стали ШХ15 с 56 ...58 HRC3 приведены

действий на поверхностный слой [52]. Поэтому представляют интерес исследования влияния повторных рабочих ходов при ЭМС на износостойкость поверхностного слоя.

Несколько иное влияние оказывает ЭМС на износостойкость поверхностного слоя чугуна. Как показывают наши опыты, чугун целесообразно сглаживать вращающимся роликом, так как при этом значительно меньше разрушаются неровности, имеется возможность подвода тока большой силы и получения более высокой износостойкости поверхностного слоя.

6. Износостойкость поверхностного слоя........... 44

Псверхностной закалке подвергают такие детали, как шестерни, валы, оси, кулачки, пальцы для муфт, работающие на истирание и подвергаемые динамическим (ударным) нагрузкам. Для таких деталей необходимы высокая твердость и износостойкость поверхностного слоя, а их сердцевина должна быть вязкой и иметь повышенную усталостную прочность. Перечисленное сочетание свойств можно придать изделиям, применив индукционную закалку токами высокой частоты (ТВЧ).

Образование окалины на поверхности приводит к угару металла. Требуется последующая чистовая механическая обработка, пескоструйная очистка или травление. Вследствие обезуглероживания снижается твердость и износостойкость поверхностного слоя стальных деталей. В обезуглероженном слое легко зарождаются усталостные трещины. Это опасно для таких изделий, как пружины, зубчатые колеса и т. д.

Оно позволяет получить высокую твердость и износостойкость поверхностного слоя при сохранении достаточно вязкой сердцевины, способствует повышению долговечности и усталостной прочности. Некоторые методы поверхностного упрочнения отличаются высокой производительностью. В ряде случаев они с большой эффективностью используются вместо обычных методов термической обработки.

Nitrocarburizing — Нитроцементация. Любой из процессов, при которых и азот и углерод поглощаются поверхностными слоями черных металлов при температурах ниже нижней критической температуры путем диффузии, за счет градиента концентрации. Нитроцементация производится, прежде всего, чтобы обеспечить твердость и износостойкость поверхностного слоя и повысить усталостную прочность.