Методы упрочнения поверхностей трения

В последние годы в машиностроении накоплен значительный опыт использования материалов триботехнического назначения и эффективных методов химико-термической обработки деталей машин, механизмов и технологической оснастки, работающих в условиях интенсивного трения, коррозионно-механического и усталостно-абразивного изнашивания. Прежде всего, они нашли применение в машиностроении при производстве конкурентоспособной автотракторной, сельскохозяйственной и авиационной техники новых поколений. Эффективные методы химико-термической обработки (ХТО) используются при изготовлении таких деталей, как гильзы двигателей, зубчатые колеса, клапаны, валы, балансиры, диски, катки, муфты сцепления, шпиндели, роторы и т.д. В термических, литейных, кузнечных и других заготовительных цехах машиностроительных объединений расширяется использование малоотходных технологических процессов при производстве деталей из фрикционных и антифрикционных материалов, а также индукционных установок для ускоренного нагрева литых деталей и кузнечных заготовок.

Основными методами упрочнения поверхностей износостойких деталей из легированных сталей являются операции термической и химико-термической обработки. Влияние термообработки на изменение концентрации легирующих компонентов Ni и Mn в ряде комплексно-легированных сталей при 850 °С представлено на рис. 1. Было предложено, что важнейшим фактором изменения сверхпластичности и других свойств хромомарганцевых сталей при отжиге является переход от метастабильной структуры к равновесной.

В зависимости от соотношения компонентов, стабилизирующих ОЦК- или ГЦК-фазу, ведущей фазой при кристаллизации расплавов сталей 05Х18Г2Н5Т, 05Х18Г2Н5АТ и 05Х18Г10Н5МЗФ является δ-феррит. В окончательном виде структура литого металла формируется в результате фазовых превращений, протекающих при охлаждении сталей. Стали имеют высокие значения предела текучести и временного сопротивления разрыву при низких упругопластических свойствах, что связано с наличием в окончательной структуре сталей до 71% мартенсита.

На диаграммах состояния хромоникелевых сталей (рис. 2) видно, что только сталь 05Х18Г10Н5МЗАФ [кривая (4)] больше, чем другие комплексно-легированные стали, при кристаллизации образует аустенита. Металлографические исследования этих сталей показывают, что оси ячеек и дендритов обогащены хромом. Термомеханическая обработка с обжатием на 25…30% при 1200 °С с подстуживанием до 1100…1000 °С и немедленная закалка с последующим старением повышают жаропрочность и износостойкость аустенитных сталей.

Приведенные результаты промышленных испытаний высоколегированных сталей показали, что совмещенная технология легирования с применением отработанных катализаторов обеспечивает высокий уровень усвоения легирующих элементов при используемом в литейном производстве режиме выплавки углеродистых и легированных сталей. Легирование молибденом и никелем позволяет повысить важные эксплуатационные характеристики отливок (табл. 1), используемых для изготовления деталей, работающих в условиях трения и ударных нагрузок, кавитации и тепловых ударов.

Результаты эксплуатационных испытаний сталей мша Х18Н24С2Л, легированных молибденом и ниобием

В авиационных поршневых двигателях воздушного охлаждения, со свойственной им высокой тепловой и общей напряженностью работы, относительно тонкостенные цилиндры для обеспечения их высокой износостойкости изготовляют из азотируемых легированных сталей. Поршневые кольца, которые при средней температуре порядка 300…400 °С должны сохранять значительную упругость и высокую твердость, делают из теплостойкого чугуна ХТВ, легированного хромом, титаном и вольфрамом, а также из других легированных чугунов, используя одношлаковую технологию плавки.

Комплексное легирование молибденом и никелем по одношлаковой технологии используют также при производстве литейных высоколегированных жаропрочных сталей Х18Н24С2МЛ и Х18Н23МСЛ. При плавке жаропрочных сталей в состав металлозавалки вводили 5% отработанных катализаторов типа АКМ вместе с ниобийсодержащими отходами в виде стружки. Применение ниобийсодержащего материала связано с положительным влиянием этого элемента на жаропрочность стали. Плавки осуществляли в трехтонной электродуговой печи ДСП-ЗИ. Отходы вводили в твердую металлозавалку из расчета получения в стали 0,1… l,0%Nb и 0,2…1,2%Mo.

Повышенные температуры и температурный градиент в узлах трения вызывают существенные изменения в характере взаимодействия трения сопряженных деталей, что приводит к переходу от трения со смазкой к граничному и к трению без смазки, а также к изменению характера взаимодействия поверхностей трения с окружающей средой, т.е. изменению кинетики процессов: диффузии, адсорбции и абсорбции; к фазовым структурным изменениям в поверхностных слоях деталей. Вследствие этого на надежность и долговечность работы деталей, их износостойкость и коэффициент трения влияют не только структура и свойства исходного сплава и окружающей среды, но и режим работы, влияющей на изменение свойств трущихся деталей. Режим работы в основном зависит от контактной температуры, скорости скольжения, удельного давления, условий теплоотвода и типа узла трения.

Освоено производство фасонных отливок ответственного назначения из сложнолегированных конструкционных сталей, формирование свойств которых определяется не только химическим составом, но и температурно-временными условиями их нагрева под закалку и при последующем отпуске. Степень легирования мартенсита в структуре таких сталей, как 20ТХМФЛ, 25Х20МЛ, ЗОХЗЛМФЛ, зависящая от степени легирования аустенита, оказывает большое влияние на формирование свойств при последующем отпуске. На изменение свойств, протекающих при отпуске, оказывают большое влияние степень легирования матрицы, виды и морфология образующихся карбидов и карбидные превращения.

Образующиеся при сложном легировании конструкционных сталей карбиды обладают повышенной устойчивостью. Карбиды хрома, молибдена и вольфрама растворяются в аустените при более высоких температурах и в течение более длительного времени, а никель снижает температуру точки А_сз. Поэтому свойства сложнолегированных сталей, склонных к хрупкому разрушению и прокаливаемости, формируются под влиянием физико-структурного состава и степени легирования матрицы. Значительное увеличение степени легирования матрицы сталей происходит при увеличении выдержки при температуре А_сз = +70… 100 °С. После закалки от более высоких температур происходит снижение механических свойств, связанное с укрупнением аустенитного зерна.

Абразивная износостойкость сталей определяется не одним каким-либо механическим свойством, а комплексом свойств: твердостью, прочностью, пластичностью, вязкостью, модулем упругости и термической стойкостью. Растворное легирование и образование промежуточных фаз способствует повышению абразивной износостойкости.

Термическая обработка литых деталей

Отливки часто имеют крупное строение зерен, ликвационные зоны; в них неравномерно распределяются неметаллические включения и легирующие элементы. Все это снижает их механические свойства. Для улучшения механических и других свойств сплавов отливки подвергают термической обработке.

Академиком А.А. Бочваром классифицированы следующие виды термической обработки:
— отжиг первого рода, включая гомогенизацию, рекристаллизацию, отжиг для снятия внутренних напряжений;
— отжиг второго рода или перекристаллизация, включая нормализацию;
— закалка, отпуск.

Отжиг второго рода изменяет структуру сплавов посредством перекристаллизации. В этом случае нагревают отливки на 30…50 °С выше температуры рекристаллизации, выдерживают при этой температуре и затем медленно охлаждают. В результате такой термической обработки изменяется микроструктура сплава, размельчаются его зерна и более равномерно распределяются неметаллические и другие включения. Выдержка при высоких температурах необходима для выравнивания температуры по сечению отливки.

Большое значение имеет скорость охлаждения отливок после выдержки их при высоких температурах. Регулируя скорость охлаждения, можно получить грубую или более тонкую структуру с игольчатым, сетчатым или зернистым строением. При больших скоростях охлаждения при прохождении температур рекристаллизации образуется больше центров кристаллизации, а следовательно, и более мелкое строение зерна в отливке.

Для отливок из цветных сплавов часто применяют гомогенизацию. Этот вид термической обработки обеспечивает выравнивание химического состава сплава (резкое уменьшение ликвационной неоднородности), более равномерное распределение легирующих элементов в объеме зерен твердого раствора, разрушение литой сетки и сфероидизацию (округление) частиц. Процессы осуществляют при очень высоких температурах (близких к температуре плавления сплава), продолжительном их воздействии и малой скорости последующего охлаждения, особенно для отливок сложной конфигурации.

Вам также могут быть интересны статьи:

Износостойкие материалы для пар трения, работающих при высоких скоростях скольжения Технология обработки поверхностей рабочей части и переходных поверхностей лопаток турбин Материалы для трущихся деталей часть 2: бронзы, баббиты. Влияние термообработки на степень упрочнения сплавов Методы физического и комплексного воздействия при производстве износостойких чугунов Методы улучшения структуры чугуна для деталей гидроаппаратуры Сплавы и композиции для работы в экстремальных условиях трения

(1 оценок, среднее: 5,00 из 5)

Загрузка...