CC BY
109
УДК 669.018.25:621.793:539.538
Б. Е. ЛОПАЕВ Г. И. СУПРУНОВ П. Б. ГРИНБЕРГ
Омский государственный технический университет Омский научно-исследовательский институт технологии и организации производства двигателей
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ПОКРЫТИЙ ИЗ САМОФЛЮСУЮЩЕЙСЯ СМЕСИ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
Проведен выбор термической обработки для повышения износостойкости покрытий из самофлюсующейся смеси твердых сплавов, нанесенных воздушно-плазменным способом на лезвие лап культиваторов.
Ключевые слова: термообработка, структура, микротвердость, воздушно-плазменное напыление, износостойкость, образцы.
Для защиты от абразивного износа с эффектом самозаточки лезвий лап культиваторов, как показали результаты проведенных исследований [1], наиболее эффективно покрытие из самофлюсующейся смеси твердых сплавов (ПР-НХ17СР4 + ФБХ6-2) [2], которое наносится воздушно-плазменным напылением с последующим оплавлением газовой горелкой или ТВЧ.
Однако, по результатам эксплуатационных испытаний лап, с нанесенными покрытиями, износостойкость последних не достигает уровня, полученного при лабораторных испытаниях образцов. Причиной этого явления может быть то, что, по технологическому процессу упрочнения лап культиваторов, нанесенное на штампованную заготовку износостойкое покрытие подвергается вынужденной термообработке по режиму закалки с отпуском на 40ИЯС основного материала лапы (сталь 65Г) для обеспечения ее конструктивной прочности [2]. При этом, возможно, изменяется структура покрытия и, как следствие, его физико-механические и эксплуатационные свойства.
Оценка изменения свойств износостойких покрытий на различных стадиях процесса упрочнения лап (напыление, оплавление, термообработка) проводилась путем металлографических исследований структуры образцов покрытий с замером твердости, а также сравнительными испытаниями на износ в специализированной машине трения. В качестве закрепленного абразива применялось плазменно-дуговое покрытие из оксида хрома (ОХН-1М), нанесенное на поверхность трения дискового контртела, прижимающегося с определенным усилием к исследуемому покрытию, которое, в свою очередь, наносилось на торец вращающегося кольцевого образца. Металлографические исследования и замеры микротвёрдости проводились на микроскопах ЛабоМет-И и ПМТ-1М соответственно.
Результаты исследований микротвердости образцов основного материала и покрытий, прошедших различную термообработку, приведены в табл. 1. Как следует из результатов измерений, наибольшей твердостью обладает покрытие, оплавленное ТВЧ и закалённое в масле после подстуживания до 1 = 850 оС. При проведении стандартной упрочняющей термообработки для основного материала лап (табл. 1, п. 1), твердость нанесенного покрытия из самофлюсующейся смеси твёрдых сплавов снижается почти в 1,5 раза.
Металлографические исследования микроструктуры образцов покрытий свидетельствуют, что такая термообработка, включающая отпуск при 1 = 350 оС в течение 2-х часов, изменяет структуру матричного твердого раствора оплавленных покрытий с аустенитно-мартенситной на аустенитно-сор-битную и даже перлитную в результате распада мар-тенситной основы сплава ФБХ6-2, упрочняющего аустенитную матрицу сплава ПР-НЧ17СР4, которая сама по себе не претерпевает при этом каких-либо изменений. Причем такое упрочнение, связанное с растворением первого сплава во втором, происходит наиболее интенсивно при оплавлении покрытий ТВЧ, по сравнению с газовой горелкой. На микрошлифах данных покрытий, приведенных на рис. 1 и 2, это хорошо видно по изменению формы частиц сплава ФБХ6-2 со сферической на распадающуюся овальную вплоть до полного растворения в аусте-нитной с никель-боридной эвтектикой основы сплава ПР-НХ17СР4.
Дополнительно было проведено измерение твердости основного материала лапы на образце, прошедшем предварительную закалку с отпуском на 40ИЯС и дополнительную термообработку при оплавлении ТВЧ с последующей, после подстужи-вания, закалкой в масле напыленного на его край покрытия шириной 15 мм, т.е. имитирующего зону
Таблица 1
Виды термообработки основного материала и покрытий
№ п/п Исследуемый образец основного материала и покрытия Вид термообработки Средняя микротвердость, ИУ, кгс/мм2
1 Основной материал (сталь 65Г) Закалка в масле с нагревом до t = 850оС и отпуск при t = 350оС в течение 2-х часов 370
2 Покрытие состава: ПР-НХ17СР4 + ФБХ6-2 после плазменного напыления (1) Охлаждение на воздухе 1020
3 Покрытие состава (1), оплавленное газовой горелкой Охлаждение на воздухе 980
4 Покрытие состава (1), оплавленное газовой горелкой Закалка + отпуск по режиму термообработки основного материала (сталь 65Г) 740
5 Покрытие состава (1), оплавленное ТВЧ Охлаждение на воздухе 1000
6 Покрытие состава (1), оплавленное ТВЧ Закалка в масле сразу же после оплавления с предварительным подстуживанием на воздухе до t = 850оС 1070
№
Рис. 1. Микроструктура покрытия состава: ПР-НХ17СР4+ФБХ6-2 на стали 65Г, оплавленного газовой горелкой и прошедшего упрочняющую термообработку
для стали по режиму: закалка в масле с t = 850 оС и отпуск на 40HRCэ при t = 350 оС в течение двух часов. Травление ниталем. Х200
Рис. 2. Микроструктура покрытия состава: ПР-НХ17СР4+ФБХ6-2 на стали 65Г,оплавленного ТВЧ и закаленного в масле после подстуживания до t = 850 оС. Травление ниталем. Х200
Таблица 2
Износостойкость напыленных покрытий
Вес образцов Сравнительная износостойкость „ АСоснов
№ п/п Испытуемый образец основного материала и покрытия До испытания, С, г После испытания, С, г Убыль, АС, г Средние значения, г
1 Основной материал — сталь 65Г, закаленная и отпущенная на = 40ИЯС 20,7176 20,7851 20,5922 20,6625 0,1254 0,1226 0,1240 1,0
2 Покрытие состава (1), оплавленное газовой горелкой и прошедшее закалку с отпуском по режиму термообработки стали 65Г 21,7861 21,7640 21,7248 21,7053 0,0613 0,0587 0,060 2,067
3 Покрытие состава (1), оплавленное ТВЧ и закаленное в масле после подстуживания до t = 850оС 21,6073 21,3361 21,5710 21,2960 0,0363 0,0401 0,0382 3,247
Рис. 3. Распределение твёрдости основного материала (сталь 65Г) в области покрытия, шириной 15 мм, и в прилегающей зоне термовлияния
лезвия лапы. Результаты замеров приведены на рис. 3 в виде графического распределения твердости основного материала в районе покрытия (с обратной стороны) и прилегающей зоне. Из него следует, что такой порядок выполнения операций термообработки и оплавления не снижает твердости термообработанного предварительно основного материала лапы в зоне термовлияния при оплавлении покрытий ТВЧ с последующей закалкой, обеспечивая при этом максимальную твердость покрытия.
Результаты сравнительных испытаний на абразивный износ приведены в табл. 2, из которой видно, что износостойкость исследованных образцов покрытий зависит от их твердости. Так, наименьший средний износ за двухчасовое испытание, при удельном давлении 1,5 кгс/мм2 и скорости скольжения 0,5 м/с, показали образцы с покрытием, прошедшим оплавление ТВЧ с последующей закалкой в масле после подстуживания на воздухе до г = 850 оС.
Таким образом, проведенные исследования и испытания позволили выявить причину снижения твердости и, соответственно, износостойкости покрытий из самофлюсующейся смеси твердых сплава на железно-никелевой основе. По измененной технологии стандартная закалка с отпуском на 40ИЯС основного материала лап стала производиться после их штамповки, после чего они поступают на воздушно-плазменное напыление износостойких покрытий с последующим оплавлением их ТВЧ и закалкой в масле, подстуженном до г = 850 оС лезвия с нанесенным покрытием. Это
в 2...3 раза увеличило срок службы лап по сравнению с упрочнёнными по старой технологии.
Библиографический список
1. Супрунов, Г. Н. Исследование износостойкости плазменных покрытий деталей почвообрабатывающей техники и комбикормового оборудования при трении в свободном абразиве / Г. Н. Супрунов, Б. Е. Лопаев // Омский научный вестник. - 2009. - № 1 (77). - С. 45-47.
2. Порошки металлические легированные для защитных покрытий : Информационный листок / НПО «Тулачермет». -Тула, 1983. - 10 с.
3. Марочник сталей и сплавов / Под общ. ред. В. Г. Сорокина. - М. : Машиностроение, 1989. - 640 с.
ЛОПАЕВ Борис Евгеньевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры машиностроения и материаловедения Омского государственного технического университета. СУПРУНОВ Геннадий Иванович, старший научный сотрудник отдела «Плазменные технологии» Омского научно-исследовательского института технологии и организации производства двигателей. ГРИНБЕРГ Пётр Борисович, генеральный директор Омского научно-исследовательского института технологии и организации производства двигателей. Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11.
Статья поступила в редакцию 21.11.2014 г. © Б. Е. Лопаев, Г. И. Супрунов, П. Б. Гринберг
Книжная полка
621.791/Е70
Еремин, Е. Н. Плазменная сварка : учеб. пособие для вузов по направлению подгот. 150301 (150700.62) «Машиностроение» и специальности 150501 (151701.65) «Проектирование технологических машин и комплексов» / Е. Н. Еремин, Ю. О. Филиппов, В. С. Кац. - Омск : ОмГТУ, 2014. - 122 c. - ISBN 978-5-81491829-1.
Рассмотрены свойства плазменной дуги и особенности устройств для ее получения. Описаны разновидности плазменной сварки. Приведены конструктивные особенности и технико-экономические характеристики оборудования для плазменной сварки отечественного и импортного производства. Даны практические рекомендации по использованию плазменной сварки в различных отраслях промышленности. Предназначено для студентов бакалавриата по направлению подготовки 150301 (150700.62) «Машиностроение» и специальности 150501 (151701.65) «Проектирование технологических машин и комплексов», а также может быть полезно инженерам и специалистам, занятым в сварочном производстве.
