Поверхности изнашивания

В 10—30-х годах текущего столетия были опробованы методы микроскопического анализа: изучение под микроскопом поперечного шлифа электролитически покрытой поверхности, измерение под микроскопом неровностей поверхности по репликам из желатина и т. д. Предпринимали попытки косвенной оценки неровностей поверхности: по потерям энергии маятника при торможении его неровностями поверхности во время качания, по разности размеров деталей до и после доводки, по предельному углу регулярного отражения света, по теневой картине поверхности на экране с увеличенными изображениями поверхностных дефектов, по расходу воздуха через участок контакта сопла с испытуемой поверхностью, по четкости изображения растра на испытуемой поверхности или на экране после отражения от нее светового пучка, по электрической емкости контактирующей пары «испытуемая поверхность — диэлектрик с нанесенным слоем серебра», по нагрузке на индентер при определенном его сближении с испытуемой поверхностью, по изображению мест плотного соприкосновения призмы с неровностями поверхности и т. д. Были опробованы методы исследования рельефа поверхности с помощью стереофотограмм и стереокомпаратора. На производстве в этот период доминировали органолептические методы контроля: визуальное сравнение с образцом, сравнение с помощью луп, сравнение на ощупь ногтем, краем монеты и т. п. В 30-х годах был предложен и реализован в двойном микроскопе метод светового сечения (Линник, Шмальц), а также метод микроинтерференции и основанные на нем микроинтерферометры, сочетающие схемы микроскопа и интерферометра Майкельсона. В этот же период

Испытуемую поверхность предварительно смачивают мыльной водой, накладывают нагретую смесь, и через 10—20 мин она за-твердевает и довольно хорошо отделяется, воспроизводя рельеф испытуемой поверхности. Измерение слепка выполняют сразу же после снятия с помощью двойного микроскопа, поскольку через некоторое время вершины гребешков «оплывают».

С учетом этих требований измерение температуры детали в процессе хонингования производилось в поперечном сечении в 9 точках, расположенных на одинаковой глубине и на одинаковом расстоянии от торца детали. В продольном сечении температура измерялась одновременно в 7 зонах. По глубине детали температура была измерена в 4 зонах на расстояниях 0,5; 5; 8 и 12 мм от обрабатываемой поверхности.

Измерение температуры производилось по двум схемам. По первой схеме производилось хонингование самой головки термопары, закрепленной на верхнем торце и в середине детали специальной пробкой. При хонинговании головка термопар находилась непосредственно на обрабатываемой поверхности и вместе с ней обрабатывалась.

Измерение отклонения от плоскостности методом «на краску» осуществляют поверочными линейками типов ШП, ШД, ШМ и УТ с широкой рабочей поверхностью и плитами. При этом линейку или плиту, покрытую тонким слоем краски (смесь берлинской лазури), перемещают без нажима по проверяемой поверхности, а качество поверхности оценивают равномерностью и числом пятен на

Измерение отклонения от соосности относительно оси базовой поверхности

Мерительный штифт прибора касается проверяемой поверхности. Измерение производится при перемещении стойки прибора по поверочной линейке или плите в продольном и поперечном направлениях. Погрешность определяется наибольшей ординатой точек проверяемой поверхности до контрольной плоскости (при учете расположения этой плоскости к проверяемой поверхности). В особых случаях погрешность определяется графически путем построения профиля каждого из сечений по результатам показаний прибора и сопоставления между собой этих профилей (подробнее о графиках см. ниже, при описании измерения с помощью уровня)

Проверка производится аналогично проверке прямолинейности поверхности (см, стр. 586). Измерение производится в продольном и поперечном направлениях проверяемой поверхности в различных сечениях (/, //, /// и т. д.), количество которых должно быть достаточным для выявления отклонений от плоскостности. В каждом из сечений производится определение формы профиля сечения с построением графиков.

Измерение микротвердости является основным методом определения механических характеристик поверхностного слоя. Микротвердость исследуют методом вдавливания алмазной пирамиды на приборах ПМТ-3 и ПМТ-5. Наиболее удобно исследовать глубину поверхностного слоя и изменение его микротвердости по мере удаления от поверхности по микрошлифу, выполненному в виде косого среза под углом 0°30' —2°.

Перспективно применение электронно-оптических преобразователей яркостной температуры с люминесцирующим экраном. На этом принципе построены тепловизоры, фиксирующие теп-ловой портрет исследуемой поверхности. Измерение температуры внутри твердых тел применяется только для специальных исследований [70].

чала заметно нарастала, а затем, дойдя до определенной величины, оставалась неизменной (независимо от длительности нахождения аппарата в газоходе). Пример изменения сопротивления пленки по времени .приведен на рис. 3-4. Для каждого значения температуры поверхности измерение сопротивления пленки производилось до тех пор, пока оно не достигало установившейся величины. Эта неизменная величина сопротивления соответствует состоянию равновесия жидкой фазы (роса) и газовой фазы (дымовые газы) при данной температуре поверхности.

Результаты испытаний струйно-плазменных покрытий приведены в табл. 6.2. По сравнению с углеродистой сталью, имеющей твердость ИПВ 91', скорость изнашивания исследуемых покрытий в 1,5— 2 раза меньше, что объясняется более высокой способностью покрытий сопротивляться процессам микрорезания. Особенностью проведенных исследований является то, что, несмотря на более высокие прочностные свойства покрытия ПН85Ю15, скорость его изнашивания существенно выше, чем покрытия ПН70ЮЗО. Это может быть связано с тем, что в процессе изнашивания покрытия ПН70ЮЗО, обладающего высокой пористостью (20%), проявляется эффект шаржирования, т. е. происходит внедрение частиц абразива в покрытие, которые в определенной степени препятствуют изнашиванию образца. Результаты исследований поверхности изнашивания образцов подтверждают данный вывод. Поверхность в лунке износа покрытия ПН85Ю15 блестящая, ровная (фото 9, а). В процессе испытаний на ней не могут удерживаться частицы абразива. В отличие от покрытия ПН85Ю15 поверхность изнашивания на покрытии ПН70ЮЗО содержит большое количество микронеровностей и раковин, которые могут задерживать частицы абразива, препятствующие в дальнейшем интенсивному разрушению поверхности образца (фото 9, б).

Наблюдения за формированием макрорельефа поверхности изнашивания при изучении изнашивания бу-

Многократная упругопластическая деформация, сопровождающая внедрение зерен, вызывает в зоне контакта с абразивом отрыв частиц металла с поверхности изнашивания или хрупкое выкрашивание изнашиваемой поверхности.

Каждому характерному рельефу на поверхности изнашивания соответствует вполне определенный механизм формирования и отделения частицы износа. В •свою очередь, механизм отделения частицы износа обусловливает закономерности между механическими свойствами металлов и интенсивностью изнашивания, а также выбор критерия износостойкости материала при данном виде изнашивания.

Каждый вид изнашивания при ударе отличается макро- и микрорельефом на поверхности изнашивания, основными закономерностями влияния внешнего силового-воздействия и механических свойств стали на из-нос и критериями износостойкости.

Ударно-гидроабразивное изнашивание происходит при соударении металлических поверхностей, когда в зоне контакта находятся одновременно жидкость и твердые частицы, способные поражать поверхность изнашивания. При этом виде изнашивания взаимодействие твердых частиц с поверхностью, изнашивания происходит прямым внедрением или относительным перемещением. Прямое внедрение частиц связано с ударом, относительное перемещение — с вытеснением жидкости из зоны контакта. При движении с жидкостью частицы изнашивают поверхность изделия путем микрорезания. В результате этих двух видов взаимодействия на поверхности изнашивания формируется, сложный микрорельеф, включающий участки ударно-абразивного и гидроабразивного изнашивания, хорошо различимые по виду на поверхности образца (рис. 6). Таким образом, механизм ударно-гидроабразивного изнашивания носит комплексный характер, включающий элементы ударно-абразивного и гидроабразивного изнашивания.

Элементарным -процессом ударно-теплового изнашивания является отрыв частиц металла от поверхности изнашивания в результате многократного пластического деформирования или непосредственно среза, связанного с внедрением твердых частиц при ударе. При ударно-тепловом изнашивании большую роль играют окислительные процессы, а также возможность охлаждения контактируемых поверхностей. Интенсивность ударно-теплового изнашивания определяется механическими свойствами металла, уровнем внешнего силового воздействия и температурой контактируемых пар.

Анализ опубликованных данных показывает, что в настоящее время для изучения изнашивания нет экспериментально обоснованной оптимальной формы и размеров образцов не только для различных схем испытания, но и для изучения одного вида изнашивания, поэтому многие результаты испытания оказываются иногда совершенно несопоставимыми, хотя получены они для одних и тех же материалов в аналогичных условиях взаимодействия изнашиваемой поверхности и абразива. При выборе формы и размеров образца для изучения изнашивания при ударе учитывали его технологичность, возможность термической и химико-термической обработки, размеры поверхности изнашивания и удобства исследования ее макро- и микрогеометрии и микроструктуры. Для всех методов испытания на изнашивание при ударе был выбран цилиндрический образец диаметром 10 и длиной 25 мм.

Учитывая сложный рельеф поверхности изнашивания образца был принят весовой метод оценки износа, как наиболее целесообразный; линейный метод износа в этом случае дает менее точный результат.

Период приработки характеризуется нарастанием скорости изнашивания во времени. Здесь зарождаются первоначальные очаги разрушения и происходит качественное изменение на поверхности изнашивания. По мере увеличения частоты ударов образца о слой абразива на ег.о поверхности "начинает формироваться специфический рельеф," представляющий собой сочетание лунок и выступов. Такой рельеф первоначально появляется только на отдельных участках — в зонах наиболее благоприятного сочетания условий для внедрения зерен абразива.

С увеличением числа ударов число лунок на поверхности изнашивания, а следовательно, и скорость изнашивания увеличиваются. Дальнейшее увеличение числа ударов меньше влияет на изменение рельефа поверхности, соответственно устанавливается постоянная скорость изнашивания.