CC BY
44
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №12/2015 ISSN 2410-700Х_
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 62
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 kasp-inst-oftpm@yandex.ru
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ ПО ПОВЫШЕНИЮ ТОЛЩИНЫ ДИФФУЗИОННЫХ ИЗНОСТОЙКИХ ХРОМИРОВАННЫХ ПОКРЫТИЙ НА УГЛЕРОДИСТЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЯХ
Аннотация
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 жидко-металлические 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.
Ключевые слова
Диффузия; хромирование; легкоплавкие добавки; изностойкость; технология; карбидная зона;
толщина; защитные покрытия.
Карбидные диффузионные слои имеют ряд преимуществ по сравнению с боридными, натридными, силицидными и другими защитными покрытиями, получаемыми на сталях и чугунах химико-термической обработкой (ХТО), это более высокая температура химической стабильности, повышенная коррозионная стойкость в агрессивных средах, высокая абразивная стойкость, жаростойкость и др. [1].
Диффузионные карбидные покрытия придают высокую стойкость деталям машин и механизмов, работающим в условиях трения скольжения, фретингкоррозии, 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
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №12/2015 ISSN 2410-700Х_
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, Q23C6, СГ3С2) имеют высокую микротвердость (15000-18000 МПа), упругость и коррозионную стойкость, что придает покрытию с их содержанием износостойкость, сопротивление коррозии, кавитации [3].
Карбиды xpoма высокотеплопроводны, 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): 98{50[20(80Sb+20Cu)+80G-203]+20A1+30A1203}+2NH4CI
Выявлено, что введение в хромирующую смесь до 20% л.д. приводит к образованию композитного слоя из карбидов хрома, эвтектики и антимонидов (CrSb, CrSb2), толщиной 100-500 мкм, под которым формируется легированный твердый раствор Cr,Sb и Cu в a-Fe.
При образовании значительного количества фазы CrSb2 наблюдалось охрупчивание диффузионного 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 a-Fe 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.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №12/2015 ISSN 2410-700Х_
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) [2Gл+2Sb+18А1+50Сг2Оз+25АЪОз+3NH4СI] 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 исследований 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
Кинетика износа стали У8 после диффузионного хромирования
№ Система легкоплавких добавок в насыщающей смеси Износ, мкм за км истирания
0,6 1,2 2,4 3,6 4,8 6
1. (Sb+Cu)-Cr 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
Список использованной литературы:
1.Ворошнин Л.Г., Абачараев М.М., Хусид Б.М. Кавитационностойкие 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: Дагкнигоиздат, 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: Дагкнигоиздат, 1991.-148 с.
© Абачараев М.М., Абачараев И.М., 2015
УДК 004.4:004.7
Ананченко Игорь Викторович
канд. техн. наук, доцент, университет ИТМО, Е-шай: igor@anantchenko.ru, Щербович-Вечер А.В. студент, Университет ИТМО, г. Санкт-Петербург, РФ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ ПРОГРАММНО-КОНФИГУРИРУЕМЫХ СЕТЕЙ И
ВИРТУАЛИЗАЦИИ СЕТЕВЫХ ФУНКЦИЙ
Аннотация
Вопросы использования в современных инфокоммуникационных сетях новых технических решений,
