ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ТРЕНИЯ НА ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ КЭП В УСЛОВИЯХ АБРАЗИВНОГО ИЗНАШИВАНИЯ
Гурьянов Г.В., (БГСХА, Брянск, РФ), Кисель Ю.Е. (БГИТА, Брянск, РФ)
Influence of relative speed of sliding and effort of pressing of abrasive particles to a surface of friction on intensity of wear process КЭП is investigated. Wear resistance КЭП considerably exceeds wear resistance of "pure"("clean") coverings and steel 65Г tempered. Efficiency КЭП grows at toughening conditions of friction.
Композиционные электрохимические покрытия (КЭП) весьма перспективны для восстановления и упрочнения деталей машин, работающих в условиях абразивного изнашивания. Износостойкость КЭП определяется свойствами матрицы и наполнителя. Однако недостаточная изученность механических свойств покрытий на основе железа в условиях абразивного изнашивания не позволяет обоснованно выбрать оптимальное сочетание составляющих композита для повышения надежности быстроизнашиваемых деталей машин и ограничивает применение КЭП в машиностроении и ремонтном производстве.
В условиях службы рабочих органов дорожно-строительной и сельскохозяйственной техники, работающих в контакте с грунтами и песком, изнашивание чаще всего происходит в результате многократного пластического деформирования-передеформирования поверхностных микрообъемов поверхности материала перекатывающимися абразивными зернами. Известно, что при изменении скорости скольжения и усилия прижатия трущихся поверхностей происходит изменение характера взаимодействия поверхности трения с абразивом от перекатывания частиц к скольжению и микрорезанию, происходит изменение рельефа рабочих поверхностей.
По этому целью работы было исследование влияния относительной скорости скольжения и усилия прижатия абразивных частиц к поверхности трения на интенсивность изнашивания КЭП.
Исследования относительной абразивной износостойкости проводились в соответствии с ГОСТ 23.208-79. Схема установки приведена на рисунке 1. Усилие прижимания (Р) образца к резиновому ролику изменяли в пределах от 20 до 88 Н, обороты ролика от 60 до 325 об/мин, что соответствует изменению относительной скорости скольжения (Vот) от 0,3 до 0,9 м/с. Время испытаний определялось необходимостью получения ощутимой величины износа, который определяли весовым методом с погрешностью 0.05 мг. В качестве абразивного материала использовали речной песок, с размером зерен не более 1 мм. Эталонами сравнения служили образцы стали 65Г закаленной, «чистого» железо-никелевого и железо-кобальтового покрытий.
Рисунок 1 – Схема установки для испытания образцов на абразивную износостойкость: 1 – резиновый ролик; 2 – образец; 3 - держатель; 4 - абразив
Рисунок 2 - Влияние нагрузки на износ образцов в контакте с нежесткозакрепленным абразивом: а) железо-никель; б) железо-кобальт; в) сталь 65Г закаленная; г) железо-никель-электрокорунд М10
Образцы КЭП получали из железо-никелевого электролита-суспензии (ЭС) с содержанием дисперсной фазы (ДФ) электрокорунда белого (марок М7 – М24) при механическом контролируемом перемешивании и режимах электролиза, отвечающих наивысшей износостойкости чистых покрытий. Электрохимические покрытия толщиной 0,5±0,1 мм наносили на пластины из стали Ст3 (длиной 30 мм, шириной 30 мм, толщиной 1 мм). Методики испытаний и статистической обработки их результатов приведены ранее [1, 2].
Анализ результатов испытаний показал, что с ростом нагрузки и скорости относительного скольжения пары трения скорость изнашивания (Iот, мг/мин) эталонов и образцов, покрытых КЭП, возрастала (рисунки 2 и 3).
Рисунок 3 - Влияние скорости скольжения на скорость износа образцов:
1 – сталь 65Г закаленная; 2 – покрытие железо-никель; 3 – железо-кобальт; 4 – железо-никель–электрокорунд М10
Причем, износ образцов (J, мг) железо-никелевым покрытием и эталона стали 65Г закаленной возрастал больше, чем КЭП. Скорость изнашивания композиции увеличивалась линейно нагрузке, оставаясь в 4 раза меньше, чем покрытий без ДФ, и 8 раз меньше, чем эталона стали 65Г закаленной.
Наибольшее влияние на износостойкость КЭП оказывала относительная скорость скольжения, с увеличением которой от 0,3 до 0,9 м/с она изменялась в 1.5 раза, и при Vот равной 0,9 м/с была в 12 раз большей эталона из стали 65Г закаленной.
Высокую износостойкость КЭП при ужесточении условий работы можно объяснить тем, что в условиях смешанных процессов изнашивания твердая фаза оказывает большое сопротивление деформациям и изнашиванию, а также тем, что с включением частиц прочность связки растет, хотя уровень ее внутренних напряжений остается относительно высоким. При увеличении нагрузки и скорости скольжения увеличивается составляющая микрорезания и оттеснения частицами абразива поверхности покрытия. Частицы наполнителя выступают в качестве площадок контакта и барьеров при прямом разрушении поверхности, распределяя напряжения и переводя процесс разрушения в сторону полидеформационного (рисунок 4). Это обстоятельство приводит к значительному увеличению относительной износостойкости КЭП в сравнении с покрытиями без ДФ.
Рисунок 4 – Модель износостойкого КЭП
Результаты лабораторных исследований были подтверждены испытаниями деталей упрочненных КЭП в полевых условиях в процессе работы в контакте с суглинистыми грунтами и песком. По результатам испытаний был разработан типовой технологический процесс восстановления и упрочнения деталей дорожно-строительных и почвообрабатывающих машин, проверка которого в производственных условиях дала хороший результат. Эффективность КЭП повышается при ужесточении условий эксплуатации машин.
Железо-никелевые, железо-кобальтовые покрытия и КЭП на их основе показали высокую эффективность при восстановлении и повышении износостойкости зубьев экскаваторов, золотников гидрораспределителей, дисков фрикционов К-700, поршневых пальцев и корпусов толкателей тепловозных дизелей 10Д100 и Д50.
Литература
1 Гурьянов Г.В., Кисель Ю.Е. Повышение долговечности деталей машин сельскохозяйственной техники электролитическими сплавами на основе железа//Материалы межвуз. науч.-практ. конф. «Инженерное обеспечение агропромышленного комплекса». – Орел, 1998. - C.109-111.
2 Гурьянов Г.В., Кисель Ю.Е. Повышение долговечности деталей машин сельскохозяйственной техники композиционными электрохимическими покрытиями на основе сплавов железа //Материалы III региональной науч.-практ.конф.-ярмарки «Новые идеи, технологии, инвестиции». – Брянск, 2001. - С. 96-97.
