<<
>>

Управление качеством переходной зоны «металл-покрытие»

5.6.1. Свойства твердосмазочных покрытий при трении

Образование химических соединений определяется химической активностью твердой смазки по отношению к металлам тел трения.

Условия нанесения вибрационного химико-механического покрытия на основе дисульфида молибдена моделируют приработку двух скользящих поверхностей, покрытых МоБ:.

Поэтому большой интерес представляет определение химической активности дисульфида молибдена и состава продуктов, образующихся на границе раздела «металл-покрытие» в результате химического взаимодействия твердой смазки с металлом в процессе вибрационной обработки.

Химическая активность МоБ2 оценивалась методом рентгеноструктурного фазового анализа на ионизационном дифрактометре УРС-50ИМ при железном К- излучении по стандартной методике.

В результате высоких давлений или температур в зоне контакта может происходить химическое взаимодействие между твердой смазкой и металлом.

В последнее время предприняты попытки описать механизм трения, в котором основную роль играют процессы, вызванные пластической деформацией, то есть процессы механохимии. Однако последние не имеют экспериментального подтверждения, вот почему делается попытка описать сложные явления трения с
помощью универсальной модели - представления об особом состоянии твердого тела в зоне контакта. При импульсном контактном нагружении происходит локальная квазиаморфизация твердого тела, возникают частицы с большой энергией. Такое состояние является причиной возникновения химических реакций.

Образование химических соединений определяется химической активностью твердой смазки по отношению к металлам тел трения.

Условия нанесения вибрационного химико-механического покрытия на основе дисульфида молибдена моделируют приработку двух скользящих поверхностей, покрытых МоБ:. Поэтому большой интерес представляет определение химической активности дисульфида молибдена и состава продуктов, образующихся на границе раздела «металл-покрытие» в результате химического взаимодействия твердой смазки с металлом в процессе вибрационной обработки.

Химическая активность МоБ2 оценивалась методом рентгеноструктурного фазового анализа на ионизационном дифрактометре УРС-50ИМ при железном К- излучении по стандартной методике .

Образцы для рентгеноструктурных исследований приготовлялись из порошка. Так как основной интерес представляли процессы, происходящие на границе раздела «металл-покрытие», приготовление порошка производили по следующей методике. На образцы из отожженной стали ШХ 15 наносили ВиХМТП МоБ2. Затем, после удаления избытка порошка с поверхности образцов, покрытие очищалось механическим способом, а образовавшийся в процессе обработки поверхностный слой металла снимался напильником. Полученный таким образом порошок, состоящий из частиц МоБ2 и металла переходной зоны, подвергался исследованиям.

Приведенные в табл.5.4 данные показывают, что порошок в основном содержит дисульфид молибдена и материал подложки - aFe цементит Fe3C . В то же время имеются линии, которые свидетельствуют о наличии в исследуемом порошке сульфидов FeS, FeS2 и окислов железа FeO, Fe2O3, Fe3O4 .

Таблица 5.4

Рентгеноструктурные исследования образцов с дисульфидом молибдена

Номер линии Расчетное А Табличное А Фаза
1 6,09 6,15 МоS2
2 2,52 2,51 Fe2O3
2,53 Fe3O4
2,501 МоS2
3 2,49 р МоS2
4 2,27 2,277 МоS2
5 2,23 в МоS2
6 2,02 2,01 aFe
7 1,83 1,830 МоS2
8 1,58 1,581 МоS2
1,583 Fe3C
9 1,53 1,538 МоS2
10 1,43 1,428 aFe
1,430 Fe3C
11 1,29 1,2983 МоS2
1,299 FeS
1,293 FeO
12 1,17 1,179 FeS
1,166 aFe
13 1,12 1,121 Fe3O4
1,126 Fe3C
14 1,10 1,1015 МоS2
1,105 FeS, FeS2
1,104 Fe2O3
15 1,01 1,010 aFe

При тяжелых режимах трения на воздухе в зоне контакта в присутствии серосодержащих твердых смазок МоБ2 и WS2 происходит образование сульфидов

(FeS, FeS2) и окислов железа.

Как отмечалось выше, химическое взаимодействие происходит под действием высоких давлений или температур.

Процесс нанесения вибрационного химико-механического покрытия сопровождается высокими контактными давлениями в зоне соударения и образованием локальных температурных вспышек.

На основании проведенных рентгеноструктурных исследований можно предположить, что в данном процессе, благодаря большим контактными давлениями, превышающим предел текучести обрабатываемого материала, и температуре в зоне контакта, происходит химическое взаимодействие порошка МоS2 с поверхностью детали на границе раздела «металл-покрытие». Образуется химически модифицированный граничный слой, содержащий сульфиды и частично окислы железа.

5.6.2. Микротвердость, толщина и прочность сцепления дисульфидамолибдена с поверхностью металла

Микротвердость поверхностного слоя исследовалась на прямоугольных образцах размером 10?10?25 мм из стали 45. Сталь 45 подвергалась различной термической обработке.

Применялись:

1) отожженные образцы (180 НВ) с ферритно-перлитной структурой;

2) закаленные образцы при 1130 К после высокого отпуска при 770К (250 НВ), имеющие структуру сорбита закалки;

3) закаленные образцы при 1130 К после низкого отпуска при 470К (550 НВ), со структурой мартенсита отпуска.

До и после обработки микротвердость замерялась в отмеченной зоне на приборе ПМТ-3. Определение микротвердости закаленной стали производилось при нагрузке 100 г, отожженной - 50 г.

Микротвердость определялась на расстоянии 10, 20, 30, 50, 100, 200, 300, 500 и 1000 мкм от поверхности. Замеры производили в пяти различных точках изучаемой зоны (рис. 5.19).

Микротвердость отожженной стали определялась как средняя микротвердость ферритных и перлитных составляющих.

Обработка производилась при амплитуде колебаний 2,5 мм; частоте колебаний 33 Гц; продолжительности 60 мин.

Для стали с твердостью 550 НВ (мартенсит отпуска) наблюдается лишь незначительное увеличение микротвердости до 4%.

Для стали с твердостью 250 НВ (сорбит закалки) при обработке в шарах с порошком Мо32 максимальное увеличение микротвердости (10%) отмечается на глубине 150 мкм.

При обработке отожженной стали 180 НВ (ферритно-перлитная структура) микротвердость увеличивается на 23%. Максимальное увеличение микротвердости наблюдается на глубине около 100 мкм.

Анализ полученных результатов показывает, что с увеличением твердости обрабатываемого материала (рис. 5.17) отмечается уменьшение микротвердости поверхностного слоя в процессе вибрационной обработки в среде стальных шаров с порошком дисульфида молибдена вследствие различной упрочняемости стали, имеющей разную структуру.


220

Рис. 5.17. Изменение микротвердости стали 45 с различной структурой: а - мартенсит отпуска; б - сорбит закалки; в - ферритно-перлитная; 1 - исходный образец; 2 - после нанесения ВиХМТП Мо8 2

Максимальное увеличение микротвердости 25 30% отмечается у отожженной стали. Это, вероятно, можно объяснить еще и тем, что при обработке материалов, имеющих твердость меньше твердости частиц порошка дисульфида молибдена, пластическая деформация происходит также под действием наносимого покрытия. В процессе обработки отмечаются некоторые изменения микроструктуры поверхностного слоя стали.

Мартенситная структура после обработки в шарах с дисульфидом молибдена в течение одного часа не обладает ярко выраженной игольчатостью, а имеет более размытую, сглаженную картину (рис.5.18). Сорбитная структура

становится более мелкой на поверхности, край образца сильно деформирован (рис. 5.19).

Рис. 5.18. Сталь 45 (НВ 550):а - до обработки; б - после обработки (?800)

Рис. 5.19. Сталь 45 (НВ 250):а - до обработки; б - после обработки (?800)

При обработке стали с ферритно-перлитной структурой происходит вытягивание зерен перлита параллельно обрабатываемой поверхности. Зерна феррита из отдельных, ясно различимых островков переходят в рассеянные в перлитной матрице. Наблюдается дробление и уменьшение размеров зерен.

Деформация поверхностного слоя отличается также при обработке стали с мартенситной и сорбитной структурой. В исходном образце фиксировалась зона: вдоль поверхности образца - 100 мкм, вглубь - 700 мкм. После обработки размеры стали 115 и 675 мкм соответственно.

С целью установления параметров твердости нанесённого покрытия на более высоком уровне и оценки изменений, происходящих с ним, была
использована установка Nanotest 600 platform 2, которая позволила определить, как меняется твердость покрытия в диапазоне размеров 500-1000 нм, что фактически дает оценку влияния виброволнового воздействия непосредственно на изменения в структуре покрытия на наноуровне.

Исследование твердосмазочного покрытия проводили на предварительно полированных образцах из стали 45 в обычном диапазоне времени, размер всех образцов составлял 10x10 мм. Микротвердость исходной поверхности представлена на рис.5.20.

Рис. 5.20 Исходный образец. Материал - сталь 45; площадка 500-1000 нм

Микротвердость исходного образца сталь 45 составляла max 3,67 (GPa). После нанесения покрытия замеры проводились в той же зоне, при этом определялась твердость дисульфида молибдена, а не стали.

После обработки замеры микро/нанотвердости представлены на рис.5.23.

Рис.5.21. Микротвердость поверхности вибрационного химико-механического твердосмазочного покрытия. Материал- сталь 45; площадка 500-1000 нмт/ - составляет max 0.21 (GPa); время 30 мин; б -max 0.31(GPa); время 60 мин.

Измерение микротвердости по остаточному отпечатку на макро- и микромасштабах регламентируется ГОСТ 9450-76. В соответствии с данным стандартом минимальная нагрузка составляет 5г, а размер отпечатка должен быть не менее 4 мкм. Эти ограничения в значительной степени обусловлены
предельными техническими характеристиками оптической системы наблюдения отпечатка. Однако этот метод можно применять и на субмикронном масштабе, если линейные размеры остаточного отпечатка определяются методами сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ), а не оптической микроскопии. Исследование остаточных отпечатков ВиХМЦП методами СЗМ дает возможность определить не только проекцию площади остаточного отпечатка, но и его глубину, а также учесть площадь пластических навалов при определении контактной площади отпечатка. Таким образом, применение СЗМ позволяет распространить применение данного метода в область нагрузок, существенно меньших 5г. При этом методически такой подход является наиболее близким к способам определения твердости на микро- и макромасштабах, что дает возможность проследить значения микротвердости от эталона к рабочим средствам измерения, применяемым для измерения механических свойств ВиХМЦП на субмикронных масштабах.

При переходе к наномасштабным измерениям и уменьшении глубины внедрения индентора (

<< | >>
Источник: ИВАНОВ Владимир Витальевич. ПРОЦЕССЫ И МЕТОДОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ВЫСОКОРЕСУРСНЫХ ИЗДЕЛИЙ ПУТЕМ ВИБРАЦИОННОГО ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЙ КОМБИНИРОВАННЫМ ХИМИКО-МЕХАНИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Ростов-на-Дону 2017. 2017

Скачать оригинал источника

Еще по теме Управление качеством переходной зоны «металл-покрытие»:

  1. Тесты по дисциплине «Экономическая теория»
  2. К правовому государству и гражданскому обществу
  3. Г Л A B A XII СИРИЯИ ФИНИКИЯ
  4. Управление качеством переходной зоны «металл-покрытие»
  5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ