|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] 1. Способ изготовления детали узла трения скольжения, включающий формирование на рабочей поверхности детали из черного металла покрытия путем нагрева до плавления в электрической дуге двух проволок из хромсодержащих сталей и их последующего распыления продуктами сгорания пропано-воздушной смеси, движущимися со сверхзвуковой скоростью, механическую обработку покрытия, нанесение на покрытие слоя смазки, содержащей ультрадисперсный порошок алмазно-графитовой смеси и приработку в узле трения, при этом в качестве материала одной из проволок используют высокохромистую сталь аустенитного класса с содержанием никеля не менее 10%, в качестве другой проволоки используют высокохромистую сталь мартенситного класса с содержанием углерода более 0,4%, причем ее диаметр в 1,12-1,20 раза больше диаметра проволоки аустенитного класса, в качестве смазочного материала выбирают пластичную смазку с числом пенетрации от 265 до 340, с содержанием алмазно-графитовой шихты 0,25-0,50 мас.%, имеющей размер частиц в пределах 10-50 нм, а приработку осуществляют при удельной нагрузке 40-50 МПа и скорости скольжения 0,20-0,30 м/с.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Способ изготовления детали узла трения скольжения, включающий формирование на рабочей поверхности детали из черного металла покрытия путем нагрева до плавления в электрической дуге двух проволок из хромсодержащих сталей и их последующего распыления продуктами сгорания пропано-воздушной смеси, движущимися со сверхзвуковой скоростью, механическую обработку покрытия, нанесение на покрытие слоя смазки, содержащей ультрадисперсный порошок алмазно-графитовой смеси и приработку в узле трения, при этом в качестве материала одной из проволок используют высокохромистую сталь аустенитного класса с содержанием никеля не менее 10%, в качестве другой проволоки используют высокохромистую сталь мартенситного класса с содержанием углерода более 0,4%, причем ее диаметр в 1,12-1,20 раза больше диаметра проволоки аустенитного класса, в качестве смазочного материала выбирают пластичную смазку с числом пенетрации от 265 до 340, с содержанием алмазно-графитовой шихты 0,25-0,50 мас.%, имеющей размер частиц в пределах 10-50 нм, а приработку осуществляют при удельной нагрузке 40-50 МПа и скорости скольжения 0,20-0,30 м/с.
Евразийское ои 032173 (13) В1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2019.04.30
(21) Номер заявки 201700048
(22) Дата подачи заявки 2016.12.21
(51) Int. Cl. F16C33/04 (2006.01) C23C 28/00 (2006.01) C23C 4/12 (2016.01)
(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ УЗЛА ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ
(43) 2018.06.29
(96) 2016/EA/0104 (BY) 2016.12.21
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИ" (BY)
(72) Изобретатель:
Белоцерковский Марат Артемович,
Жорник Виктор Иванович, Яловик
Александр Петрович, Сосновский
Алексей Валерьевич, Кукареко
Владимир Аркадьевич, Дудан
Александр Витальевич (BY)
(56) BY-C1-12982 BY-C1-15817 BY-C1-11663 EP-A1-2873883 JP-A-2000514528
(57) Изобретение относится к технологии изготовления деталей узлов трения скольжения с применением методов газотермического нанесения покрытий и, в частности, деталей узлов трения скольжения, эксплуатирующихся при повышенных удельных нагрузках. Предложен способ изготовления детали узла трения скольжения, включающий формирование на рабочей поверхности детали из черного металла покрытия путем нагрева до плавления в электрической дуге двух проволок из хромсодержащих сталей и их последующего распыления продуктами сгорания пропано-воздушной смеси, движущимися со сверхзвуковой скоростью, механическую обработку покрытия, нанесение на покрытие слоя смазки, содержащей ультрадисперсный порошок алмазно-графитовой смеси и приработку в узле трения, согласно изобретению в качестве материала одной из проволок используют высокохромистую сталь аустенитного класса с содержанием никеля не менее 10%, в качестве другой проволоки используют высокохромистую сталь мартенситного класса с содержанием углерода более 0,4%, причем ее диаметр в 1,12-1,20 раза больше диаметра проволоки аустенитного класса, в качестве смазочного материала выбирают пластичную смазку с числом пенетрации от 265 до 340, с содержанием алмазно-графитовой шихты 0,25-0,50 мас.%, имеющей размер частиц в пределах 10-50 нм, а приработку осуществляют при удельной нагрузке 40-50 МПа и скорости скольжения 0,20-0,30 м/с.
Изобретение относится к технологии изготовления деталей узлов трения скольжения с применением методов газотермического нанесения покрытий и, в частности, деталей узлов трения скольжения, эксплуатирующихся при повышенных удельных нагрузках. Может быть использовано при изготовлении элементов подшипников и опор скольжения, сферических и цилиндрических сочленений, применяемых в металлургической промышленности, автомобилестроении, сельхозмашиностроении, станкостроении. Кроме того, данный способ позволяет восстанавливать изношенные валы, штоки, плунжера и гильзы, ранее покрытые гальваническим методом слоем хрома.
Одним из наиболее эффективных путей решения задачи повышения ресурса и улучшения работоспособности пар трения скольжения, эксплуатирующихся при повышенных удельных нагрузках, является использование композиционных пластичных смазок в сочетании с технологиями, обеспечивающими формирование металлических покрытий толщиной 0,05-0,5 мм методами газотермического напыления порошковых или проволочных материалов [1, 2]. Покрытия из цветных металлов и низколегированных сталей, которые, как правило, мягче стальных или чугунных деталей, позволяют сравнительно легко обеспечить правило положительного градиента, согласно которому процесс деформирования отдельных, наиболее нагруженных участков поверхностей трения должен проходить только в поверхностных слоях, не вовлекая в деформацию ниже расположенные слои. В этом случае контурные давления, возникающие в подвижном сопряжении, будут восприниматься жестким основанием. Нормальные напряжения, возникающие в зонах фактического контакта, также частично будут восприниматься более жестким основанием, поэтому глубина внедрения микронеровностей поверхностей более жесткого элемента узла трения и деформационная составляющая силы трения будут меньше, чем при использовании более толстых покрытий. Площадь фактического контакта при использовании покрытий толщиной до 1 мм будет меньше, чем при использовании относительно толстых (1мм и более). Кроме того, слой относительно мягкого покрытия позволяет улучшить прирабатываемость деталей пар трения и способствует образованию в процессе трения адаптационных, субмикроскопических поверхностных пленок, обладающих повышенной адсорбционной способностью к смазочным материалам.
Известен способ изготовления деталей узлов трения скольжения [3, 4], заключающийся в изготовлении заготовок из черных металлов, формировании на их рабочей поверхности покрытия толщиной до 100 мкм из цветных металлов или железа методом электрохимического осаждения, последующем нанесении на покрытие слоя пластичной смазки и приработку в узле трения. Недостатком известного способа является большая длительность приработки, малая величина прочности сцепления электроосажденных покрытий (менее 10 МПа), их низкая смазкоудерживающая способность, невозможность использования в тяжелонагруженных узлах трения (60-100 МПа).
Известен способ получения деталей узлов трения скольжения [5], включающий изготовление заготовок из черных металлов, формирование на их рабочей поверхности покрытия путем подачи материала покрытия в виде шнура, состоящего из композиционной порошковой шихты и полимерной оболочки, в высокотемпературную зону факела пламени, образованного горением углеводородного газа в кислороде, нагрев шнура до плавления оболочки и металлических компонентов шихты, распыление струей воздуха, осаждение порошковых частиц в виде слоя на предварительно подготовленную поверхность детали, механическую обработку слоя, последующее нанесение на покрытие слоя пластичной смазки с наполнителем и приработку в узле трения.
Данный метод можно использовать для изготовления тяжелонагруженных деталей узлов трения, однако его широкое применение сдерживается необходимостью использования для формирования покрытия дорогостоящего гибкого шнура (стоимость 80-130 долл. США за 1 кг). При изготовлении или упрочнении - восстановлении деталей стоимостью до 100 долл. США применение данного способа нерационально.
Известен способ получения деталей узлов трения скольжения [6], заключающийся в формировании на рабочей поверхности заготовок из черных металлов покрытия из цветного металла методом деформационного плакирования гибким инструментом с последующим нанесением слоя смазки и приработку в узле трения. На первом этапе процесса деформационного плакирования гибким инструментом (металлической щеткой) осуществляется наклеп поверхности детали, вызывающий остаточные напряжения сжатия в поверхностном слое на глубину, зависящую от конструкции щетки, технологических режимов обработки и состояния исходной поверхности материала основы. На последующих этапах формируется покрытие, также имеющее напряжения сжатия и обладающее адгезией к детали около 10 МПа.
Недостатком известного способа является большая продолжительность процесса приработки (от 30 мин до 2 ч), не достаточно высокая прочность сцепления покрытий с основой, относительно низкие антифрикционные свойства (износостойкость и коэффициент трения fp). Так, значения fp при нагрузках 10-20 МПа в присутствии пластичной смазки составляют не менее 0,10, а при удельных нагрузках свыше 20 МПа составляют 0,12-0,13.
Эти недостатки в значительной степени устранены в способе получения деталей узлов трения скольжения [7]. Способ включает изготовление заготовок из черных металлов, механическую обработку и формирование на их рабочей поверхности покрытия из цветного металла методом деформационного плакирования: гибким инструментом нанесение на покрытие слоя пластичной смазки, содержащей ульт
радисперсный порошок алмазосодержащей шихты в количестве 0,5-1,5 мас.% и приработку в узле трения при нагрузке 20-30 МПа и скорости скольжения 0,1-0,15 м/с.
В процессе приработки со смазкой, модифицированной "ША", в поверхностном слое покрытия из цветного металла формируется наноразмерная субструктура, характеризующаяся размером субзерен <100 нм. Образование в поверхностях трения наноразмерной субзеренной структуры вследствие присущих ей чрезвычайно высоких пластических свойств приводит к эффективному поглощению энергии фрикционного взаимодействия при трении и облегчает приработку контактирующего сопряжения. Процесс фрикционного модифицирования, сопровождающийся измельчением формирующейся в поверхностях трения субзеренной структуры, обусловливает повышенные триботехнические свойства деталей узлов трения скольжения и в их дальнейшей эксплуатации [8].
Недостатком известного способа является невозможность его использования в тяжелонагруженных узлах трения, поскольку интенсивность изнашивания и коэффициент трения начинают резко возрастать при нагрузках свыше 32-35 МПа, а при нагрузках более 40 МПа детали выходят из строя в результате катастрофического износа. Помимо того, покрытия имеют относительно низкую твердость (не более HV=400), что также ограничивает их применение, особенно при наличии в узлах трения абразивных частиц.
Известен способ изготовления детали узла трения скольжения [9], являющийся наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению. Способ включает изготовление заготовок из черных металлов, формирование на их рабочей поверхности покрытия путем нагрева и распыления проволок из сталей мартенситного или аустенитного классов, его механическую обработку, нанесение на покрытие слоя смазки, содержащей ультрадисперсный порошок шихты алмазосодержащей "ША" и приработку в узле трения при удельной нагрузке 32-40 МПа и скорости скольжения 0,2-1,0 м/с.
Недостатком известного способа является невозможность его использования взамен гальванического хромирования или при восстановлении изношенных хромированных деталей, поскольку у газотермических покрытий, напыленных известными стальными проволоками, отсутствует необходимое сочетание значений твердости и коррозионной стойкости. Если покрытие наносить распылением только проволок мартенситного класса с содержанием углерода более 0,4%, то вследствие относительно высокой твердости покрытия будет отсутствовать эффект трибомодифицирования, который обеспечивается смазкой с алмазосодержащей шихтой [9], помимо того, покрытие не будет обладать высокой коррозионной стойкостью. Если же использовать проволоки только из сталей аустенитного класса, то будет обеспечен процесс трибомодифицирования и высокая стойкость покрытий в агрессивных средах, но при этом покрытие будет иметь недостаточную твердость.
Требуемое сочетание свойств обеспечивают композиционные проволочные материалы, состоящие из никелевой трубчатой оболочки и износостойкого порошкообразного наполнителя, однако стоимость таких материалов в 4,0-6,5 раз больше стоимости литых стальных проволок.
Задачей изобретения является повышение качества деталей узлов трения путем повышения твердости и коррозионной стойкости их рабочей поверхности при эксплуатации в условиях высоких удельных нагрузок.
Для решения поставленной задачи способ изготовления детали узла трения скольжения включает формирование на рабочей поверхности детали из черного металла покрытия путем нагрева до плавления в электрической дуге двух проволок из хромсодержащих сталей и их последующее распыление продуктами сгорания пропано-воздушной смеси, движущимися со сверхзвуковой скоростью, механическую обработку покрытия, нанесение на покрытие слоя смазки, содержащей ультрадисперсный порошок алмазно-графитовой смеси и приработку в узле трения, при этом согласно изобретению в качестве материала одной из проволок используют высокохромистую сталь аустенитного класса с содержанием никеля не менее 10%, в качестве другой проволоки используют высокохромистую сталь мартенситного класса с содержанием углерода более 0,4%, причем ее диаметр в 1,12-1,20 раза больше диаметра проволоки аустенитного класса, в качестве смазочного материала выбирают пластичную смазку с числом пенетра-ции от 265 до 340, с содержанием алмазно-графитовой шихты 0,25-0,50 мас.%, имеющей размер частиц в пределах 10-50 нм, а приработку осуществляют при удельной нагрузке 40-50 МПа и скорости скольжения 0,20-0,30 м/с.
В данном случае используется процесс гиперзвуковой электрометаллизации [10], принцип которого основан на том, что в металлизатор подаются две проволоки, между которыми горит электрическая дуга, а распыление и диспергирование расплавленного в дуге материала осуществляется продуктами сгорания пропано-воздушной смеси, истекающей из камеры со скоростью 1300-1500 м/с.
Одним из возможных подходов формирования композиционных газотермических покрытий, отвечающих принципу Шарпи (материал, отвечающий высоким требования по износостойкости, должен состоять из сплошной вязкой матрицы, в которой расположены твердые структурные составляющие), может быть одновременное распыление стальных проволок аустенитного и мартенситного классов. При этом частицы аустенитной стали образуют вязкую коррозионно-стойкую матрицу, в которой на стадии приработки узла трения может быть реализован эффект трибомеханического модифицирования с формированием наноразмерной зеренной ячеистой субструктуры [11], а частицы мартенситной стали обра
зуют дисперсные включения с повышенным содержанием остаточного аустенита [12], в котором на начальной стадии эксплуатации будут протекать деформационно активируемые у-ж-превращения с образованием твердых включений мартенсита деформации.
Для обеспечения достаточно высокого содержания упрочняющей фазы в композиционном покрытии содержание остаточного аустенита в нем должно быть в пределах 45-60 об.%. При его содержании менее 45 об.% количество формирующегося мартенсита деформации и твердость покрытия после приработки будет недостаточными для обеспечения высокой абразивной износостойкости рабочего слоя, а при содержании более 60 об.% после приработки может сформироваться чрезмерно твердое покрытие низкой трещиностойкости, которое будет иметь недостаточную износостойкость в условиях ударных нагрузок. Вязкая и износостойкая матрица композиционного покрытия может быть получена в процессе трибоме-ханического модифицирования элементов газотермического покрытия, сформированных из напыленных частиц аустенитной стали, с образованием в них наноразмерной субзеренной структуры, в то время как твердые включения образуются в результате у-а-превращения в напыленных частицах мартенситной стали в процессе деформационного воздействия при приработке.
Поскольку механические и физические свойства высокохромистых аустенитных сталей определяются количеством аустенита, перешедшего в мартенсит, а также температурой мартенситного превращения (чем ниже, тем лучше), необходимо, чтобы концентрация никеля в высокохромистой стали аусте-нитного класса, как одного из наиболее активных аустенитообразующих элементов, составляла не менее 10 об.%.
Для исследования были выбраны хромсодержащие стали мартенситного класса с содержанием углерода от 0,2 до 1,1% и хрома - 13-18%, дополнительно легированные никелем, марганцем, ванадием, молибденом, вольфрамом, кремнием следующих марок: 20X13, 30X13, 40X13, 40Х15Н7Г7Ф2МС, 45Х14Н14В2М, 65X13, 90Х18МФ, 95X18, 110Х18М, а также высокохромистые никельсодержащие стали мартенситного класса с содержанием углерода от 0,08 до 0,17%, хрома - 18-25% и никеля - 9-16%, дополнительно легированные титаном, следующих марок: 08Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т, 12Х25Н16Т7, 17Х18Н9.
Для газотермического напыления композиционных покрытий использовались проволоки диаметром 1,5, 1,6, 1,8 и 2,0 мм в различных сочетаниях. Нанесение покрытий осуществлялось на установке гиперзвуковой металлизации АДМ-10 на режимах, соответствующих паспортным для распыления стальных проволок.
Содержание остаточного аустенита в газотермических покрытиях оценивалось методом рентгено-фазового анализа на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3.0 в монохроматизированном CoKa излучении. Съемка образцов осуществлялась при ускоряющем напряжении на рентгеновской трубке 30 кВ и анодном токе 10 мА. Запись интенсивности рассеянного рентгеновского излучения проводилась в режиме сканирования (по точкам) с фиксированным временем счета 10 с на точку. Результаты рентгенофазо-вого исследования приведены в табл. 1.
Анализ результатов проведенных экспериментов показал, что для формирования покрытий с количеством остаточного аустенита в пределах 45-60% (опыты №№ 8, 9, 12, 13, 16, 17, 20, 21, 24, 25, 28, 29, 32, 33) необходимо, чтобы в качестве материала одной из проволок использовалась высокохромистая сталь аустенитного класса с содержанием никеля не менее 10%, в качестве другой проволоки - высокохромистая сталь мартенситного класса с содержанием углерода более 0,4%, причем ее диаметр должен быть в 1,12-1,20 раза больше диаметра проволоки аустенитного класса.
Отработка состава смазочного материала и режимов приработки осуществлялась на основе анализа процессов трибологического контактирования элементов узлов трения в присутствии модифицированных пластичных смазок, оценки особенностей взаимодействий наночастиц добавки с волокнами дисперсной фазы пластичных смазок и экспериментальных данных по исследованию структурного состояния (размер субзерен) и свойств (твердость, износостойкость) поверхностных слоев газотермических покрытий после приработки поверхности трения с оценкой экономической составляющей трибомехани-ческой обработки.
Эксплуатационные характеристики смазочных материалов в значительной степени определяются их вязкостными показателями. Для пластичных смазок этот показатель может быть охарактеризован пе-нетрацией. Пенетрация (лат. penetratio - проникать) - это физико-химическое свойство пластичных смазок, которое показывает степень густоты, консистенцию смазки. Характеризуется пенетрация мерой погружения конуса стандартной массы в пластично-вязкую среду на определённое время при определённой температуре (показатель, указывающий глубину проникновения конуса иглы под действием собственной силы тяжести в испытуемый нефтепродукт в течение заданного времени [13]). Как правило измерения проводятся при 25°C; время воздействия сил тяготения на конусообразное тело - 5 с. Так, если конусообразное тело погрузилось в вещество на 25 мм, то число пенетрации будет равно 250. Смазка пластичная высокотемпературная обычно имеет показатель пенетрации от 170 до 400. Соответственно, чем выше число пенетрации, тем смазка более текуча и подвижна.
В странах СНГ количественно пенетрация определяется согласно ГОСТ 26098 84.
Повышение триботехнических свойств поверхностей трения за счет реализации эффекта трибоме-ханического модифицирования достаточно эффективно протекает в присутствии пластичных смазочных материалов, содержащих наноразмерные алмазосодержащие добавки [11].
Для реализации эффекта трибомеханического модифицирования наиболее рационально использовать пластичные смазочные материалы с числом пенетрации 265-340, что соответствует очень мягкой и мягкой консистенции. Пластичные смазки с числом пенетрации выше 340 представляют собой смазочные материалы полужидкой (число пенетрации 355-385), жидкой (число пенетрации 400-430) и очень жидкой (число пенетрации 445-475) консистенций, в которых твердые наноразмерные добавки легко агрегируются в субмикро- и микроразмерные образования, обуславливающие низкую седиментационную устойчивость смазочной композиции.
Пластичные смазочные материалы с числом пенетрации ниже 265 (твердая консистенция и особо твердая консистенция) рекомендуются, в основном, для применения в низкоскоростных или неподвижных соединениях, поскольку они, в силу высокой вязкости, плохо подтекают в зону трибокон-такта, и при их использовании в узлах трения может происходить разрыв смазочной пленки и появляться задиры на поверхности трения.
Наноразмерные частицы добавки благодаря их высокой поверхностной энергии склонны к агрегированию, и для повышения эффективности их применения требуется проводить операции диспергирования агрегатов наночастиц. Для этих целей используют диспергирующие устройства, в основу функционирования которых положены эффекты акустической или гидродинамической кавитации. Как правило, использование подобных устройств эффективно для достижения дисперсности частиц не ниже с1ч = 10 нм. В противном случае резко возрастает продолжительность обработки, требуются дополнительные операции по стабилизации гранулометрического состава диспергируемого материала, что снижает экономическую целесообразность операции диспергирования. В случае применения наночастиц алмазно-графитовой шихты размером более сч = 50 нм невозможно получить нано-композиционную пластичную смазку с бинарной дисперсной фазой, в которой наночастицы добавки были бы закреплены (стабилизированы) в волокнах солей высокомолекулярных кислот, что предопределяет увеличенный ресурс, высокие противозадирные и противоизносные свойства, а также эффективное трибомеханическое воздействие на поверхности трения используемого смазочного материала.
Диапазон оптимальных значений концентрации наноразмерной алмазно-графитовой добавки и режимов приработки (удельная нагрузка, скорость скольжения, продолжительность) в присутствии нано-композиционной смазки определялись на основе экспериментальных исследований.
Триботехнические испытания проводились на трибометре МТВП-9М, оснащенном устройством для измерения коэффициента трения и управляемым программным комплексом. Контртело - пластина из закаленной стали У8 твердостью 64-65 HRC (800 HV 30). Эффективность процесса трибомеханического модифицирования поверхности трения определялась на основе оценки характера изменения коэффициента трения в процессе приработки, уровня увеличения твердости прирабатываемой поверхности и продолжительности процесса приработки.
Поверхность покрытия после газотермического напыления подвергалась механической обработке (шлифованию) до получения шероховатости поверхности, соответствующей параметру шероховатости Ra = 0,63-0,80 мкм.
В качестве образцов-представителей были выбраны пять вариантов композиционных покрытий, полученных распылением следующих пар проволочных материалов (табл. 2).
Таблица 2
На фиг. 1 представлена зависимость коэффициента трения от продолжительности приработки (путь трения) для газотермического покрытия состава № 1 (табл. 2) при скорости скольжения V=0,25 м/с и удельных нагрузках Р=40 МПа (кривые 1а, 1б, 1в, 1г) и Р=50 МПа (кривые 2а, 2б, 2в, 2г) с использованием пластичной смазки Литол-24 (число пенетрации 300), модифицированной алмазно-графитовой шихтой ША-А (ТУ РБ 1000561180.003-2003) (размер частиц в пределах сСч = 10-50 нм) с различной концентраций добавки: США-А = 0,20 мас.% (кривые 1а, 2а), США-А = 0,25 мас.% (кривые 1б, 2б), США-А = 0,50 мас.% (кривые 1в, 2в), США-А = 0,60 мас.% (кривые 1г, 2г).
Анализ приведенных данных показывает, что в случае использования приработочного состава с концентрацией алмазно-графитовой шихты в пределах США-А= 0,25-0,50 мас.% (кривые 1б, 1в, 2б, 2в) процесс приработки протекает достаточно интенсивно, и уже после пути трения L = 1000-1500 м наступает стабилизация коэффициента трения. При использовании приработочной композиции с концентрацией алмазно-графитовой шихты США-А < 0,25 мас.% (кривые 1а, 2а) продолжительность процесса приработки рабочей поверхности газотермического покрытия чрезвычайно велика, о чем можно судить по тому, что стабилизация коэффициента трения не наступает даже после пути трения L = 3000 м. Это обусловлено недостаточным содержанием в приработочном составе сверхтвердых частиц, обеспечивающих проявление эффекта трибомеханического модифицирования поверхности трения.
При концентрации алмазно-графитовой шихты в смазке США-А > 0,50 мас.% (кривые 1г, 2г) на начальной стадии происходит резкое снижение коэффициента трения, однако через некоторое время на
блюдается столь же резкое его увеличение с последующим наступлением задира. Это, вероятно, связано с чрезмерно повышенной вязкостью смазочной композиции при таком содержании в ней модификатора, ухудшением подтекания смазочного состава в зону трибоконтакта и нарушением условий смазывания пары трения. Наряду с этим повышенное содержание наноразмерной алмазно-графитовой шихты в смазочной композиции приводит к существенному увеличению стоимости последней.
Исследование влияния режимов трибомодифицирования на характер изменения свойств поверхности газотермического покрытия (твердость, коэффициент трения), а также продолжительность эволюции свойств поверхностного слоя покрытия (по пути трения) осуществлялось на образцах покрытий, материал которых соответствовал нумерации, приведенной в табл. 2. Концентрация алмазно-графитовой шихты в смазочной композиции составляла США-А = 0,40 мас.%, удельная нагрузка в зоне трибоконтакта Р = 3060 МПа, скорость скольжения V = 0,15-0,35 м/с.
Таблица 3
Влияние режимов трибомодифицирования на свойства газотермических покрытий
Анализ приведенных данных показывает, что наиболее эффективно процесс трибомодифицирова-ния поверхности трения для исследованных газотермических покрытий проявляется в диапазоне удельных нагрузок P = 40-50 МПа при скорости скольжения V= 0,20-0,30 м/с. При этих режимах стабилизация коэффициента трения на уровне f = 0,07-0,09 наступает после приработки на пути трения L = 1580-1860 м, а твердость поверхностного слоя при этом увеличивается на 50-70%. При давлениях Р <40 МПа стадия приработки протекает на пути трения более L = 3000 м, при этом повышение твердости поверхности составляет не более 12-23%, а коэффициент трения стабилизируется на уровне f = 0,10-0,12. При давлениях P > 50 МПа уже на стадии приработки начинают проявляться явления задира, обусловленные выдавливанием смазочного материала из зоны трения.
Скорость скольжения в меньшей степени, чем удельная нагрузка, оказывает влияние на протекание процессов модифицирования поверхности. Однако при значениях скорости скольжения V <0,20 м/с отмечено замедленное протекание процессов приработки поверхности трения, которые завершаются после пути трения более L = 2500 м с фиксацией коэффициента трения на уровне f = 0,09-0,11 и повышением твердости поверхности покрытия на 28-37%. В случае проведения приработки при скорости скольжения V > 0,30 м/с наблюдаются процессы разрушения дисперсной фазы пластичного смазочного материала и вытекания последнего из зоны трибоконтакта с последующим появлением задиров на поверхностях трения.
Пример реализации способа.
Восстановительному ремонту подлежали штоки гидроцилиндров подъема платформы прицепов типа 2ПТС-4 с изношенными хромированными поверхностями. У изношенных штоков на рабочей поверхности наблюдались риски, вырывы, отслаивания хромового покрытия, царапины, следы схватывания и коррозии. Кроме этого, в соединении штока с поршнем обнаруживались следы стирания и вмятин, а на торцевых участках, контактирующих с поршнем - царапины и следы схватывания. Величина износа составляла в среднем 0,15 мм, что не позволяло применять повторное хромирование рабочих поверхностей штоков.
Первую партию из четырех штоков восстанавливали по заявляемому способу, вторую - по способу-прототипу.
Для восстановления штоков гидроцилиндров по заявляемому способу использовали установку гиперзвуковой металлизации модели АДМ-10. В качестве материала одной проволоки использовали высокохромистую сталь мартенситного класса марки 40X13 с содержанием углерода 0,42%, диаметром D1 = 1,8 мм. В качестве материала другой проволоки использовали высокохромистую сталь аустенитного класса марки 12Х18Н10Т с содержанием никеля 10%, диаметром D2 = 1,6 мм. Диаметр D1 больше диаметра D2 в 1,125 раза. Для повышения прочности сцепления покрытий с основой наносили промежуточный слой напылением проволоки из сплава Х20Н80. После напыления покрытия и шлифовки в окончательный размер на покрытие наносился слой смазки Литол-24 (число пенетрации 300), модифицированной алмазно-графитовой шихтой ША-А (ТУ РБ 1000561180.003-2003), содержание которой составило 0,25 мас.%. Размер частиц алмазно-графитового наполнителя 20-40 нм. Приработку восстановленных штоков осуществляли при удельной нагрузке 40 МПа и скорости скольжения 0,25 м/с в течение 2 ч.
Вторую партию штоков восстанавливали распылением на установке АДМ-10 двух проволок из стали 40X13, наносили слой смазки Литол-24, модифицированной алмазно-графитовой шихтой ША-А (содержание 0,4%) с размером частиц 50-100 нм. Приработку осуществляли при удельной нагрузке 35 МПа и скорости скольжения 1,0 м/с.
Испытания, проведенные в условиях подконтрольной эксплуатации при удельных нагрузках от 15 до 45 МПа, показали, что после 300-420 ч работы на поверхности штоков из второй партии были зафиксированы следы износа в виде хорошо различимых невооруженным глазом мелких рисок и вырывов, кольцеобразные следы вмятин, отдельные пятна коррозионного характера.
На поверхности штоков первой партии до 450-490 ч работы не наблюдалось никаких заметных следов изнашивания или коррозии.
Таким образом, заявляемый способ позволяет повысить качество покрытий и тем самым срок службы деталей узлов трения скольжения, эксплуатирующихся при повышенных нагрузках, а также может быть использован как альтернатива гальваническому хромированию.
Источники информации.
1. Hocking M.G., Vasantasree V., Sidky P.S. Metallic and Ceramic Coatings. - Longman Group UK Ltd., London, 1989.
2. Белоцерковский М.А. Технологии активированного газопламенного напыления антифрикционных покрытий. Минск. Технопринт, 2004.
3. Трение, изнашивание и смазка. Справочник. В 2-х кн. Кн. 2/под ред. И.В. Крагельского. М., Машиностроение, 1979. 358 с., с. 197.
4. Патент GB № 2313163 А1, 1997.
5. Затока А.Е. Газотермическое напыление и наплавка с использованием гибких шнуровых мате-риалов//Пленки и покрытия. 98. С.-Петербург, 1998, с. 218-224.
6. Леванцевич М.А., Максимченко Н.Н., Зольников В.Г. Повышение эксплуатационных свойств трибосопряжений нанесением покрытий металлическими щетками/ЛВесщ НАН Беларусь. 2005. № 1, с.
67-72.
7. Камко А.И. Технология формирования антифрикционных слоев на рабочих поверхностях шарнирных сопряжений/Вестник Гомельского государственного технического университета им. П.О.Сухого.
2007. № 3, с. 66-74 (прототип).
8. Витязь, П.А. Формирование износостойких поверхностных структур и механизм фрикционного разрушения при трении в среде смазочного материала, модифицированного ультрадисперсными алмазно-графитовыми добавками. 4.1. Триботехнические свойства/П.А. Витязь, В.И. Жорник, В.А. Кукареко, А.И. Камко//Трение и износ. 2006, т. 27, № 1, с. 61-68.
8.
9. Способ изготовления детали узла трения скольжения: пат. 12982 Респ. Беларусь, МПК С23С 28/00/Белоцерковский М.А., Жорник В.И., Кукареко В.А., Камко А.И., Прядко А.С., Заболоцкий М.М.; заявитель Объединенный ин-т машиностроения НАН Беларуси. № а20081384; заявл. 03.11.08; опубл. 30.04.10//Афщыйны бюл./Нац. цэнтр штэлектуал. уласнасщ. 2010, № 2, с.111.
10. Белоцерковский, М.А. Выбор технологических параметров процесса нанесения стальных покрытий методом гиперзвуковой металлизации/ Белоцерковский М.А., Сосновский А.В., Яловик А.С, А.П., Трусов. Д.И.//Механика машин, механизмов, материалов. 2015, № 3, с. 52-57.
11. Повышение ресурса трибосопряжений активированными методами инженерии поверхности/ Витязь П.А. [и др.]. Минск, Беларус. навука, 2012, с. 380-385.
12. Белоцерковский М.А. Структурные аномалии в стальных газотермических покрытиях и возможности их использования/Белоцерковский М.А.//Упрочняющие технологии и покрытия. 2008, № 10, с.
39-44.
13. Основы трибологии (трение, износ, смазка). Учебник для технических вузов. 2-е изд. переработ., и доп./Чичинадзе А.В., Браун Э.Д., Буше Н.А. и др. М., Машиностроение, 2001, 684 с.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
0,06
Путь трения, м
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
Способ изготовления детали узла трения скольжения, включающий формирование на рабочей поверхности детали из черного металла покрытия путем нагрева до плавления в электрической дуге двух проволок из хромсодержащих сталей и их последующего распыления продуктами сгорания пропано-воздушной смеси, движущимися со сверхзвуковой скоростью, механическую обработку покрытия, нанесение на покрытие слоя смазки, содержащей ультрадисперсный порошок алмазно-графитовой смеси и приработку в узле трения, при этом в качестве материала одной из проволок используют высокохромистую сталь аустенитного класса с содержанием никеля не менее 10%, в качестве другой проволоки используют высокохромистую сталь мартенситного класса с содержанием углерода более 0,4%, причем ее диаметр в 1,12-1,20 раза больше диаметра проволоки аустенитного класса, в качестве смазочного материала выбирают пластичную смазку с числом пенетрации от 265 до 340, с содержанием алмазно-графитовой шихты 0,25-0,50 мас.%, имеющей размер частиц в пределах 10-50 нм, а приработку осуществляют при удельной нагрузке 40-50 МПа и скорости скольжения 0,20-0,30 м/с.
032173
- 1 -
032173
- 1 -
032173
- 1 -
032173
- 1 -
032173
- 4 -
|
