CC BY
201
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (80).
УДК 534.44:621.892
С. В. МЕЛЬНИК Ю. К. КОРЗУНИН Г. А. ГОЛОЩАПОВ В. П. РАСЩУПКИН
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, г. Омск
ИССЛЕДОВАНИЕ АБРАЗИВНОГО ИЗНАШИВАНИЯ ПАР ТРЕНИЯ СТАЛЬ-СТАЛЬ, СТАЛЬ—БРОНЗА НА СМАЗКЕ ЛИТОЛ-24 С ДОБАВКАМИ
В статье приведены результаты исследования влияния добавок различной природы на противоизносные свойства смазки литол-24 в условиях абразивного изнашивания поверхностей из различных сплавов при скольжении. Описан механизм действия добавок в условиях абразивного износа пар трения сталь—сталь, сталь—бронза.
Ключевые слова: пластичная смазка, добавки, трение скольжения, абразивное изнашивание.
Машины дорожно-строительного комплекса работают в условиях повышенной запыленности окружающей среды. В узлы трения проникают частицы абразива, вызывающие износ поверхностей трущихся пар, снижая ресурс их работы.
В дорожно-строительных машинах количество узлов трения, работающих на пластичных смазках, составляет 70%. При ремонте выбраковывается до 99% деталей по причине абразивного изнашивания [ 1 ]. Это свидетельствует об актуальности проведения исследований по улучшению противоизносных свойств пластичных смазок с целью повышения срока службы пар трения при контакте с абразивными средами и снижения трудозатрат при проведении технического обслуживания машин.
В табл. 1 приведены составы композиций, используемых в качестве добавок к смазке литол-24 с целью улучшения противоизносных свойств в условиях граничного трения при абразивном изнашивании пар трения сталь - сталь.
В узлах трения дорожно-строительных машин находят применение различные материалы. Так, в опорном катке экскаватора ЭО-5126 кольца уплотнений изготовлены из стали ШХ-15, а пара ось — втулка - из разнородных материалов: ось стальная, а втулка — бронзовая. Это обстоятельство и определило требования к подбору смазочных материалов,
Таблица 1
Состав добавок к смазке литол-24 эффективно снижающих абразивный износ стальных поверхностей
№ п/п Состав композиции, % мае.
1 “литол-24”
2 “литол-24” + 5% абразива
3 “литол-24” + 15% (МоБ; + графит) + 5% абразива
4 “ліпол-24” + 15% МоЭ; + 3% ТКФ* + 5% абразива
' ТКФ — трикрезилфосфат
способных снижать износ пар трения, изготовленных из материалов с различной твердостью и структурным составом.
Цель работы: изучение возможности использования найденных добавок к смазке литол-24, снижающих абразивный износ поверхностей при скольжении в опорном катке экскаватора ЭО-5126 в паре трения сталь-бронза.
Методика исследования
Испытания пластической смазки литол-24 проводились на трехшариковом трибометре [2]. В качестве добавок использовались порошки МоБ^, графита, а также присадка трикрезилфосфат. В смазку вводили кварцевую пыль дисперсного 20 — 25 мкм в количестве 5% масс, от веса смазки.
Износ бронзы оценивали по глубине дорожки скольжения стальных шаров с помощью двойного микроскопа Линника МИС-11. Износ стали оценивали по изменению величины диаметра исходного пятна износа на шарах на горизонтальном компараторе ИЗА-2 в мкм. Микротвердость поверхностей трения измерялась на приборе ПМТ-3.
Результаты исследования и их обсуждение
В табл. 2 приведены результаты исследований двух пар трения: сталь (ШХ-15) — сталь (ШХ-15) и сталь (ШХ-15) — бронза (БрАЖ9-4) в условиях одинакового состава композиций смазки.
Из табл. 2 видно, что при наличии абразива в смазке износ стали возрастает в 6,3 раза по сравнению с исходной смазкой. Введение добавок в смазку способствует снижению износа стали, при этом закономерность в снижении износа сохраняется в обоих случаях. Добавка порошков графита и МоБ2 снижает абразивный износ стали на 20%, а композиция МоБ2 с присадкой трикрезилфосфата на 30%.
В паре сталь — бронза износ на исходных смазках отличается незначительно, а при наличии абразива износ бронзы увеличивается в 1,8 раза, тогда как износ стали превышает износ бронзы в 3,5 раза.
Результаты исследования пар трения
Состав КОМПОЗИЦИЙ Пара трения
Сталь-стапь, износ мкм Сталь-бронза
Сталь, износ, мкм Бронза
Износ, мкм Твердость, НУ, МПА
Базовая поверхность Рабочая поверхность
1 3,37 3,18 3,7 1560-1650 1450-1780
2 27,93 20,04 6.8 1710-1850 1780-1890
3 14,0 16,6 5,2 1560-1850 1890-2050
4 13,61 15,3 3,7 1650-1780 1890-1930
Присутствие добавок в смазке также способствует снижению износа бронзы. Смесь порошков графита и МоБ2 снижает абразивный износ на 30%, а МоБ2с присадкой ТКФ до 80%. В этом случае износ бронзы равен износу на исходной смазке литол-24. Присутствие в смазке данной композиции способно нейтрализовать действие абразива.
Металлографические исследования поверхностей трения и определения микротвердости в зоне трения показали некоторое отличие в механизме изнашивания пары трения сталь — сталь и сталь — бронза, в присутствии абразива.
Контактирующие поверхности из стали ШХ-15 имеют структуру отпущенного мартенсита с твердостью НУ 7200 МПа и наличием очень мелких включений карбидов хрома с твердостью НУ 1600 МПа. Механизм изнашивания по классификации И.В. Кра-гельского выделяет три стадии: взаимодействие поверхностей трения, изменения в поверхностном слое и разрушение поверхности трения (3). Механическое взаимодействие поверхностей сталь — сталь при наличии только смазки литол-24 происходит в условиях граничного трения, при котором происходит разрыв смазочной пленки. При этом условии взаимное соприкосновение поверхностей неизбежно. Важную роль при этом играют фазовые и структурные составляющие материала трущихся поверхностей. Наличие в них очень твердых частиц карбидов хрома приводит к их перемещению в хрупкой матрице мартенсита.
Изменения в поверхностном слое закаленной стали в случае неравномерного всестороннего сжатия вызываются малой деформацией, накоплением дефектов в тетрагональной решетке мартенсита как
за счет сдвига карбидных частиц внутри структуры, так и за счет взаимодействия поверхностей трения. Происходит разрушение игольчатых кристаллов мартенсита и изменяется структура поверхностного слоя. Смещение сопровождается хаотичным нарушением связей и появлением микротрещин. Разрушение поверхности трения в данной конфигурации сочетаний структур осуществляется процессами микрорезания и в большей степени выкрашиванием.
Проведенные исследования рабочих поверхностей (табл. 2) показали, что все добавки в смазке литол-24 уменьшают износ от 1,5 до 2,5 раза. Это означает, что в зоне трения сохраняется разделительный слой, уменьшающий износ. Наиболее эффективно снижает абразивный износ добавка 4 (табл. 2), эффективность смеси МоБ2 и графита оказалась несколько ниже.
В паре трения сталь-бронза контактирующие поверхности имеют сильно отличающиеся между собой структурные и фазовые составляющие. Наличие в зоне контакта частиц абразива с твердостью НУ 1200 МПа оказывает существенное влияние на механизм изнашивания.
Бронза АЖ 9-4 имеет в своей основе а-твердый раствор на основе меди с твердостью НУ 1800 МПа, эвтектоид и интерметаллические включения РеА13 с твердостью НУ 6500-8000 МПа (4]. Взаимодействие поверхностей сталь — бронза существенно отличается от пар трения, изготовленных из других сплавов. При наличии в одном из контртел или зоне трения меди изменяется механизм взаимодействия при трении. В таких случаях возникает избирательный перенос-эффект безызносности и на
Рис. 2. Структура поверхности бронзы после испытаний со смазкой литол-24 с абразивом
Рис. 1. Структура поверхности бронзы после испытаний с исходной смазкой литол-24
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ИСТНИК №2 (80). 2009 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (ВО). 2009
стальной поверхности образуется сервовитная пленка на основе меди.
В паре трения сталь — бронза износ поверхностей значительно уменьшается. При этом роль структурного фактора (твердых частиц карбидов в стали и интерметаллидов в бронзе) становится малозначимой.
Главную роль при износе играет состав смазки, а особенно наличие абразивных частиц, которые подавляют эффект образования сервовитной пленки на стальной поверхности. Экспериментальные данные (табл. 2) свидетельствуют о том, что износ стальных поверхностей превышает износ бронзовых в 3-4 раза. При этом твердость стали в 4 раза выше твердости бронзы. Добавка в смазку литол-24 трикрезилфосфата с порошком МоБ2 (композиция 4) снижает абразивный износ поверхностей трения. Присутствие присадки в смазке способствует образованию сервовитной пленки, которая сохраняется сплошным слоем при участии порошка МоБ^что и обеспечивает высокий эффект проти-воизносного действия в условиях абразивного изнашивания.
Исследования микротвердости поверхностей бронзы до и после испытания (рис. 1) свидетельствуют о том, что базовая поверхность (отпечатки слева) и рабочая зона после испытаний (отпечатки справа) имеют малую разницу по твердости (табл. 2), но все же прослеживается ее увеличение на рабочих поверхностях трения. При наличии абразива в составе смазки (образец 2, рис. 2) твердость слоя возрастает до значений НУ 1780 - 1890 МПа.
При проведении металлографических исследований получают видимое, увеличенное под микроскопом изображение структуры исследуемого металла, при этом количественные критерии оценки зернис-
Библиографический список
1. Рейш, А.К. Повышение износостойкости строительных и дорожных машин. — М. : Машиностроение, 1986. - 194 с.
2. Мальцев, М.В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов. — М. : Металлургия, 1970. — 367 с.
3. Трение, изнашивание и смазка: справочник / под ред. И.В. Крагельского, В.В. Алисина. — М. : Машиностроение, 1979. — Кн. 2. — 358 с.
4. Голощапов, Г.А. Прибор для оценки противоиз-носных свойств смазочных материалов // Омский научный вестник. — 2002. —Вып. 20 — С.112-113.
МЕЛЬНИК Сергей Владимирович, кандидат технических наук, доцент, проректор СибАДИ по учебной работе.
КОРЗУНИН Юрий Константинович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Конструкционные материалы и специальные технологии». ГОЛОЩАПОВ Георгий Алексеевич, инженер кафедры «Конструкционные материалы и специальные технологии».
РАСЩУПКИН Валерий Павлович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Конструкционные материалы и специальные технологии».
644050, г. Омск, пр. Мира, 5
Дата поступления статьи в редакцию: 29.05.2009 г.
© Мельник С.В., Корзунин Ю.К., Голощапов Г.А., Расщупкин В.П.
М. Б. КЛДИКОВЛ О. В. ГАТЕЛЮК
Омский государственный университет путей сообщения
тости сформулированы в ГОСТ [1]. В ультразвуковом методе для оценки зернистости металла служит косвенная характеристика — связь коэффициента затухания с диаметром зерен в контролируемом се-
УДК 620.179:629.4.083
КОЛИЧЕСТВЕННАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛА ПО ЗЕРНИСТОСТИ ДЛЯ ОЦЕНКИ СТРУКТУРЫ УЛЬТРАЗВУКОВЫМ МЕТОДОМ
Экспериментально подтвержден логарифмически нормальный закон распределения зерен металла по размерам с коэффициентом корреляции г = 0,99. Предложены математические выражения, связывающие видимое изображение металлографического шлифа с числовыми характеристиками логарифмически нормального распределения зерен металла, позволяющие выполнить количественную классификацию металла по зернистости для ультразвукового метода. Определены значения среднего диаметра и среднеквадратичного отклонения для разделения однородной, разнозернистой, мелкозернистой и крупнозернистой структур.
Ключевые слова: структура металла, зернистость, ультразвуковой метод.
