CC BY
20ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ОПТИМАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НАНЕСЕНИЯ КАРБИДНЫХ ДИФФУЗИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ
Абачараев Муса Магомедович
профессор, доктор технических наук, Заведующий отделом физико-технических проблем машиноведения, Института физики Дагестанского научного центра Российской Академии Наук, г.Махачкала
Абачараев Ибрагим Мусаевич
профессор, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник отдела физико-технических проблем машиноведения, Института физики Дагестанского научного центра, Российской Академии Наук,
г.Махачкала
OPTIMAL APPLICATION TECHNOLOGY CARBIDE DIFFUSION COATINGS ON CARBON STEEL INSTRUMENTAL
Abacharaev Musa Magomedovich, Professor, doctor of technical Sciences, leading researcher of the Department of physical-
technical problems of mechanical engineering, Head of Department of physical and technical problems of mechanical
engineering Institute of physics, Dagestan scientific center, Russian Academy of Sciences, g.Mahachkala
Abacharaev Ibrahim Musaevich, Professor, doctor of technical Sciences, Institute of physics, Dagestan scientific center,
Russian Academy of Sciences, g.Mahachkala
АННОТАЦИЯ
к статье M.M. Абачараева, И.М. Абачараева
В статье излагаются результаты экспериментальных исследований авторов по созданию карбидных покрытии большой толщины на инструментальных углеродистых сталях У8 и др.
Авторами разработана технология диффузионного хромирования в металлотермических средах, содержащих в качестве активаторов диффузии хрома легкоплавкие добавки сурьмы и меди (5-10%).
Эти элементы, взаимодействуя с компонентами насыщающей среды и обрабатываемой поверхностью изделий, образуют жидкометаллические эвтектические фазы на насыщаемой поверхности, в результате чего процессы диффузионного переноса активного хрома резко ускоряются и способствуют созданию в легированном слое карбидной зоны большой толщины.
Если по традиционной технологии хромирования стали У8 при 1000°С в течение 4-6 часов удается получить карбидный слой 15-20 мкм, то при насыщении в средах с л.д. эта величина возрастает до 120-130 мкм, что приводит к резкому увеличению стойкости деталей и узлов, работающих в условиях интенсивного износа.
Промышленная апробация новых разработок на вырубных штампах показала, что инструмент, обработанный по предлагаемой технологии, имел в 3 раза большую стойкость по сравнению со штатными матрицами, поставляемыми в цементированном состоянии.
ABSTRACT
to article Abacharaevа M.M. Abacharaevа I.M.
The article presents the results of experimental researches of the authors in the creation of the carbide coating large thickness on tool carbon steels U8, etc.
The authors have developed a technology diffusion chromium plating in metallotrejderskih media containing as activators diffusion of chromium fusible additives of antimony and copper (5-10%).
These elements, interacting with the components of saturating the environment and the surface of the products, form a liquid-metal eutectic phase at saturated surface, resulting in a diffusion transfer processes active chromium dramatically accelerate and contribute to the creation of alloyed carbide layer zone of high thickness.
If conventional process of steel U8 at 1000°C for 4-6 hours possible to get a carbide layer of 15-20 microns, at saturation in media with L. D. this value is increased to 120-130 цт, which leads to a sharp increase durability of parts, working in conditions of intensive wear.
Industrial testing of new developments on stamping dies have shown that the instrument, processed by the proposed technology, had a 3 times greater resistance compared with the staffing matrix, supplied in a cemented state.
Ключевые слова: диффузия; хромирование; легкоплавкие добавки; изностойкость; технология; карбидная зона; толщина; защитные покрытия.
Keywords: diffusion; chrome; fusible additives; endurance; technology; carbide area; thickness; a protective coating.
По сравнению с боридными, натридными, сили-цидными и другими защитными покрытиями, получаемыми на сталях и чугунах химико-термической обработкой (ХТО), карбидные слои имеют ряд преимуществ: более высокую температуру химической стабильности, повышенную коррозионную стойкость в агрессивных средах, хорошую абразивную стойкость, жаростойкость и др. [1].
Благодаря этому диффузионные карбидные покрытия придают высокую стойкость деталям машин и механизмов, работающим в условиях трения скольжения, фре-тингкоррозии, абразивного изнашивания.
Период защитного действия диффузионных карбидных слоев всецело зависит от их толщины. Толщина, например, слоев карбидов хрома при получении их традиционным хромированием не превышает 15-20 мкм [2]. Поэтому задача повышения ресурса деталей и узлов машин, работающих в условиях интенсивного износа, сводится к разработке технологий, обеспечивающих резкий рост карбидного слоя при химико-термической обработке. Это в первую очередь следует отнести к более распространенному диффузионному хромированию.
При решении этой задачи исходили из того, что карбиды хрома (Сг7С3, Сг23С6, Сг3С2) имеют высокую микротвердость (15000-18000 МПа), упругость и коррозионную стойкость, что придает покрытию с их содержанием износостойкость, сопротивление коррозии, кавитации [3].
Карбиды хрома имеют высокую теплопроводность, что способствует минимальному накапливанию в диффузионном слое тепловой энергии и быстрому ее перераспределению. Поэтому износостойкость при работе в условиях значительных удельных нагрузок, сталей с такими покрытиями выше, чем у сталей поверхностно насыщенных другими карбидообразователями /3/. Надежность при эксплуатации изделий из сталей, насыщенных хромом, объясняется также минимальным различием коэффициентов термического расширения стали и карбидов хрома, что предотвращает отслаивание и растрескивание слоя при работе в термоциклических условиях/4/.
Недостаток традиционных технологий твердофазного хромирования состоит в том, что несмотря на высокую температуру процесса (1050-1100°С) и длительную выдержку (4-8 ч), толщина формируемого при этом карбидного слоя не превышает 15-20 мкм [5]. Такие покрытия при интенсивном внешнем нагружении быстро изнашиваются и разрушаются. Поэтому нами были проведены исследования по созданию карбидных покрытий повышенной толщины.
Этого удалось добиться введением в состав среды для хромирования так называемых легкоплавких добавок (л.д.), способных, создавая на насыщающей поверхности жидкометаллические фазы, интенсифицировать процесс диффузии хрома при химико-термической обработке.
В качестве таких добавок исследовано влияние на интенсификацию процесса хромирования (5^10)% сурьмы совместно с (3^7)% меди и (5^7)% железа.
Установлено, что формируя жидкометаллические фазы в насыщающей смеси и на поверхности изделия, увеличивая скорость диффузии хрома, давление паров внутри контейнера, такие добавки эффективно влияют на все элементарные стадии ХТО.
Это приводит не только к резкому росту толщины диффузионного (карбидного) слоя, но существенно снижает температуру (до 850°С) и время насыщения (до 4 ч), что имеет большое практическое значение.
В результате проведенных исследований разработан оптимальный состав для хромирования стали У8 следующего содержания (в % по массе): 90{50[20 (80БЬ+ 20Си)+80Сг2О3]+20А1+30А12О3}+2NH4СI
Выявлено, что введение в хромирующую смесь до 20% л.д. приводит к образованию композитного слоя из карбидов хрома, эвтектики и антимонидов (СгёЬ, СгёЬ2), толщиной 100-500 мкм, под которым формируется легированный твердый раствор Сг^Ь и Си в а-Ре.
При образовании значительного количества фазы СгёЬ2 наблюдалось охрупчивание диффузионого слоя. Снизить это вредное влияние удавалось введением в состав насыщающей среды небольших добавок (З^5%) железа и меди, которые связывая сурьму в смеси, регулировали ее содержание в диффузионном слое.
Максимальная толщина карбидной зоны (100-120 мкм) при оптимальных условиях насыщения (1000°С, 4ч) формируется при соотношении легкоплавкой к хромирующей составляющей 20:80, что объясняется созданием выгодной концентрации сурьмы, меди и хрома в смеси и диффузионном слое.
Данные микрорентгеноспектрального анализа свидетельствуют о диффузии меди в поверхность изделия и практическом отсутствии ее и сурьмы в карбидах хрома. Послойным рентгеноструктурным анализом установлено наличие фаз CuSb и Cu2Sb между карбидными включениями и в подслое.
Обработкой стали У8 при 1050°С в течение 4 ч. получены диффузионные слои толщиной 250-300 мкм, состоящие из сплошной карбидной зоны (130-150 мкм, Н 13000-17000 МПа), под которой формировалась зона низкосурьмянистого антимонида (40-50 мкм, Н 4900-5100 МПа) и легированного а^е с содержанием хрома и меди (80^100 мкм, Н 2400-2600 МПа).
Испытание абразивной стойкости диффузионных слоев, полученных на стали У8 при оптимальных условиях насыщения, проводили на машине типа Х4В по методике, соответствующей ГОСТ 17367-71. Образцы 05 мм и высотой 15 мм изнашивали торцевой поверхностью о шлифовальное полотно (зернистость отвечала ГОСТ 6456-75) при удельной нагрузке 0,94 МПа, скорости вращения 60 об/мин и радиальной подаче 1мкм/об.
Оценка абсолютного значения износа диффузионных слоев осуществлялась по изменению линейных размеров образцов с точность до 1 мкм. Результаты линейных измерений контролировали по потере массы при равном пути изнашивания взвешиванием на аналитических весах АДВ-200 с точностью до 0,1 мг.
Испытания показали (см. табл.), что хромирование стали У8 в средах с (Cu+Sb) добавками существенно увеличивает ресурс работоспособности при одновременном снижении скорости их изнашивания.
Результаты лабораторных испытаний были проверены в производственных условиях на вырубных штампах, изготовленных из стали У8.
Этими исследованиями установлено, что опытные вырубные штампы, подвергнутые диффузионному хромированию в среде (% по массе) [2Сu+2Sb+7А1+47Сг2Оз +35А12О3+^Н4С1] при 850°С в течение 4 часов, имели в 3
раза большую стойкость (матрица практически не изнашивалась после вырубки 400-500 деталей) по сравнению со штатными цементованными штампами.
Таким образом, промышленные испытания полностью подтвердили результаты лабораторных исследова-
Кинетика износа стали и У8 .
ний и показали, что введение легкоплавких добавок в состав насыщающих сред при термодиффузионном хромировании является эффективным способом интенсификации процесса упрочения промышленных изделий, работающих в условиях сухого и абразивного трения.
Таблица 1
ффузионного хромирования
№ Система легкоплавких добавок в насыщающей смеси Износ, мкм за км истирания
0,6 1,2 2,4 3,6 4,8 6
1. (БЬ+Си)-Сг 3 5 5 10 7 17 10 30 15 15 20 60
2. Исходное состояние 25 28 40 50 75 95 110 185 145 220 180 375
Литература
1. Ворошнин Л.Г., Абачараев М.М., Хусид Б.М. Кавита-ционностойкие диффузионные покрытия на железоуглеродистых сплавах.- Минск: Наука и техника; 1986.- 246 с.
2. Ворошнин Л.Г. Антикоррозионные диффузионные слои.- Минск: Наука и техника, 1981-196 с.
3. Абачараев М.М., Хапалаев А.Ю. Защитные покрытия в промышленности.- Махачкала: Дагкнигоиз-дат, 1986.-108 с;
4. Дубинин Н.Г. Диффузионное хромотитанирование сплавов.- М.: Машиностроение, 1964.-451 с.
5. Абачараев М.М. Кавитация и защита металлов от кавитационных разрушений.- Махачкала: Дагкни-гоиздат, 1991.-148 с.
О МЕТОДИКЕ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ НА СЖАТИЕ БЕТОННЫХ ОБРАЗЦОВ
Абрамов Лев Михайлович
д-р технических наук, профессор, кафедра сопротивления материалов и графики ФГБОУ ВПО «Костромская сельскохозяйственная академия», г. Кострома Галкина Марина Александровна Магистр, ассистент кафедра сопротивления материалов и графики ФГБОУ ВПО «Костромская
сельскохозяйственная академия», г. Кострома Маклакова Светлана Николаевна доцент, кафедра строительных конструкций ФГБОУ ВПО «Костромская сельскохозяйственная
академия», г. Кострома
THE METHOD OF TESTING COMPRESSION CONCRETE SAMPLES
Abramov Lev Mikhailovich, Dr. of technical Sciences, Professor, Department of strength of materials and graphics The Kostroma agricultural Academy", Kostroma
Galkina Marina Aleksandrovna, Undergraduate 2nd year of study, Department of strength of materials and graphics The Kostroma agricultural Academy", Kostroma
Maklakova Svetlana Nikolaevna, associate Professor, Department of building structures, The Kostroma agricultural Academy", Kostroma Аннотация
Из анализа характера разрушений следует, что рекомендуемый нормами вид разрушений как нормальный, существенно зависит от сил трения, действующих по контактным поверхностям. Причем, для высокопрочных бетонов это влияние существенно выше. Таким образом, доработка и уточнение методики испытаний в условиях применения вязкопластичных прокладок в настоящее время вполне своевременны и актуальны. Abstract
From the analysis of the pattern of destruction follows that recommended standards type of destruction as normal, substantially dependent on the friction forces acting on the contact surfaces. Moreover, for high-strength concrete this influence is significantly higher. Thus, further development and refinement of test methods in the application of viscoelastic pads currently quite timely and relevant.
Ключевые слова: испытание, сопротивление, сжатие, перемещение, напряжение, анализ. Key words: test, resistance, compression, displacement, voltage, analysis.
Известно [1], что при испытаниях на сжатие образец разрушается тогда, когда максимальные линейные деформации достигают предельных значений, при кото-
рых возникают и имеют возможность развиваться трещины, охватывающие значительные конечные объемы
