CC BY
101
5. Tucker, R. Thermal Spray Coatings [Текст] / Robert C. Tucker, Jr // ASM Handbook. - V. 5. - P. 497-509.
6. Swapan, K. Functional Coatings. [Текст] / K. Swapan // Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2006. - 364 c.
7. The successful use of Plasma Spray Cylinder Coatings in a NASCAR application to achieve friction reduction and cost benefits [Текст] : материалы Engine Expo 2010, 23 июня 2010 г. Штутгарт : Sulzer Metco, 2010. - 29 с.
8. Киндрачук, М. В. Механизм износа гетерогенных газотермических покрытий на титановом сплаве ВТ-22 [Текст] / М. В. Кинд драчук, Э. А. Кульгавый, А. Л. Шевченко // Междунар. науч. журнал «Проблемы трибологии». - 2011. - №1 (59). - С. 80-87.
9. Войтович, Р. Ф. Высокотемпературное окисление титана и его сплавов [Текст] / Р. Ф. Войтович, Д. И. Головко ; Ин-т прое блем материаловедения АН УССР. - К. : Наук. думка, 1984. - 255 с.
10. Войтович, Р. Ф. Высокотемпературное окисление боридов металлов IV группы: Окисление диборида титана [Текст] / Р. Ф. Войтович, Э. А. Пугач // Порошковая металлургия. - 1975. - № 2. - С. 57-62.
В робот1 наведено результати дослгдження зносостшких азотова-них покриттгв на сталях комбтованою лазерною i хгмгко-термхчною обробкою. Дослгджено вплив вторинног структурног гетерогенностi поверхт, що виникае у процесi лазерног дискретног обробки, на зносостштсть. Установлено, що поперед-ня лазерна обробка суттево пришвидшуе дифузшт процеси азотування, тдвищуе мжротверд^ть i змтюе фазовий склад порiвняно з традицшними методами азо-тування
Ключовi слова: змщнення, дискретш покриття, азотування, лазер, напруження, структура, фаза, зносостштсть
В работе приведены результаты исследования износостойких азотированных покрытий на сталях комбинированной лазерной и химико-термической обработкой. Установлено, что предварительная лазерная обработка существенно ускоряет диффузионные процессы азотирования, повышает микротвердость и изменяет фазовый состав по сравнению с традиционными методами азотирования
Ключевые слова: упрочнение, дискретные покрытия, азотирование, свойства, лазер, напряжения, структура, фаза, износостойкость
-□ □-
УДК 621.891
ТЕХНОЛОГ1ЧН1 АСПЕКТИ СТВОРЕННЯ ДИСКРЕТНО-
АЗОТОВАНИХ ПОКРИТТ1В З ВИКОРИСТАННЯМ ЛАЗЕРНО1ОБРОБКИ
М. В. Кндрачук
Доктор техшчних наук, професор, завщувач кафедри* E-mail:nau12@ukr.net Н . В. I щу к Астрант* E-mail: isnav@ukr.net В. М. Писаренко Кандидат техшчних наук, доцент** E-mail: isnav@ukr.net *Кафедра машинознавства Нацюнальний авiацiйний ушверситет Пр. Космонавта Комарова,1, КиТв, УкраТна, 03680 **Кафедра металознавства КиТвський полЬехшчний шститут Вул. Пол^ехшчна, 35, КиТв, УкраТна, 03056
1. Вступ
Лазерш технологи дали змогу в останш десятирiччя створити новi методи обробки поверхт, що рiзко змшюють будову i структурно-напружений стан поверхневих шарiв, збшьшують !х твердкть, зносостшюсть та деяк iншi властивост! Тому для пщвищення надшносп й довговiчностi об'ектш маши-нобудування, !х поверхневого змщнення, ефективним е впровадження штенсивних технологш модифжацп поверхневого шару виробiв з використанням високо-концентрованих джерел на^вання (ВКДН) - лазерного й електронного променя, плазмового струменя. Поверхнева обробка ВКДН може бути ефективно за-
стосована для створення робочого шару виробiв з ма-крогетерогенною регулярною структурою - дискретно! будови iз твердими й пластичними дшянками. За-вдяки дискретност структури поверхневого шару значно пщвищуеться його працездатшсть - обмежу-ються ркт напружень i процес трщиноутворення, шдвищуеться зносостшюсть, виключаеться когезшне розтрккування й адгезшне вщшарування [1].
В даний час для змщнення конструкцшних сталей широко застосовуеться також хiмiко - термiчна обробка (ХТО), зокрема, азотування. Азотоваш шари мають висою антикорозшт й мщтсш властивосп. Проте, недолжом процесу азотування можна вва-жати тривалкть обробки, невисоку яюсть отрима-
g
I
ного поверхневого дифузшного шару, недостатню зносостшюсть. Це зумовлюе необхiднiсть пошуку шляхiв формування покриттiв, якi б дозволили знач-ною мiрою уникнути цих недолИв [2, 3].
2. Аналiз лiтературних даних i постановка проблеми
Проведений аналiз лiтературних даних з розвитку методiв поверхнево! модифiкацii показав, що найбiльш перспективним напрямом е одержання поверхнево-го робочого шару з макрогетерогенною регулярною структурою дискретного типу iз твердими i пластич-ними дГлянками, що чергуються за певною закономГр-нiстю. Замiна суцiльного змщнення шару на перерив-частий з моза!чно-дискретною дозволяе перебороти крихкiсть - основний недолГк твердих поверхневих структур, зокрема азотованих. У рядi праць дослЬ джено властивостi та обгрунтовано перспективу ви-користання дискретних покритпв та змiцнених шарiв, отриманих методами напилення, конденсацГ! у вакуу-мГ електротермiчно'i та лазерно! обробки. Однак вГдо-мостей про отримання та триботехшчш властивостi дискретно азотованих шарiв, отриманих комбiнованою ЛХТО немае [4, 5 - 7].
Таким чином, зазначеш проблеми зумовлюють необхiднiсть розроблення методiв дискретно! моди-фiкацГi та формування триботехтчних властивостей поверхневого шару виробГв зГ сталГ.
Одним Гз цих шляхГв, як показали дослгдження, може бути попередня лазерна обробка до хГмжо-тер-мГчно! обробки, яка за певних умов суттево прискорюе процеси ХТО, справляе помГгний вплив на кГнетику росту, фазовий Г хГмГчний склад, структуру та власти-востГ поверхневих дифузГйних шарГв.
Разом з тим, властивостГ дискретних модифжова-них шарГв дослГдженГ недостатньо. ВГдсутт науково обгрунтованГ принципи вибору режимГв Г технологГй поверхнево'! обробки й оптимальних конструкцГй ро-бочого шару з регульованим спГввГдношенням частки твердих Г пластичних дГлянок, якГ б забезпечили низь-кий рГвень напружень при тертГ та високу зносостГй-кГсть.
Тому науковий Г практичний Гнтерес представляе дослГдження, спрямованГ на одержання зносостГйких дискретних азотованих шарГв комбГнованою лазеро -хГмГко - термГчною обробкою (ЛХТО).
3. Мета дослщження
Метою дано'! роботи е створення зносостшких дискретно азотованих покриттГв, в основу розробки яких покладений принцип поеднання попередньо! лазерно! обробки в режимГ гартування або легування та наступ-ного азотування.
4. Методика дослвдження
Дискретну лазерну обробку сталей 20, У8А, 40Х здшснювали на установщ «ЛАТУС-31» за режимами: потужшсть випромГнювання - 0,9-1,1 кВт, дГаметр дГлянки фокусування променя - 5 мм, швидкГсть пере-
сування лазерного променя - 0,5, 0,8, 1,2, 1,4, м/хв. При цьому, температура поверхневого шару для сталГ перевищувала Ас3, але була нижчою вГд температури плавлення.
Азотування проводили в середовищГ амГаку за тем-ператури 800 - 860 К. Час витримки - 1 - 20 год.
ДослГдження зносостГйкостГ покриттГв в умовах тертя ковзання без змащування проведено за схемою вал - вкладиш на машиш тертя М 22-М у парГ Гз за-гартованою сталлю 45 (НЯС 45 - НЯС 48). Програма дослщжень: швидкГсть ковзання - 0,5 м/с ; шлях тертя -1 км, навантаження 10 МПа. Контролювали масовий знос зразка, масовий знос контртГла, лГнГйний знос пари тертя та коефГцГент тертя.
ДослГдження структури, товщини, фазового складу, мГкротвердостГ та вмГсту азоту поверхневих шарГв зразкГв проводили методами металографГчного та рентгеноструктурного аналГзу в Feka випромГнюваннГ, дюрометричного аналГзу та газового аналГзу з вико-ристанням вГдповГдно металографГчного мГкроскопа « №орЬо^21» з цифровою приставкою, ДРОН-3, ПМТ-3 та аналГзатора фГрми «Леко» ТМ-114. Оже-спектроскопГю проводили оже-мжрозондом марки «JEOL» JAMP-10S. ФрактографГчт дослГдження поверхонь тертя зразкГв виконували на растровому мжроскот РЕМ-200.
АналГтичнГ дослГдження напружено-деформовано-го стану модифГкованих поверхневих шарГв, наван-тажених силами тертя. ДослГдження зносостГйкостГ покриттГв в умовах тертя ковзання без змащення проводились за схемою вал - площина.
5. Результата дослщження
Встановлено, що тсля гартування поверхневий шар вуглецевих Г низьколегованих сталей включае в себе зони з мартенситною структурою, вГдпущеного мартенситу, перезагартованого мартенситу Г зони тер-мГчного впливу. Максимальна мГкротвердГсть сталГ 20 по центру загартованих (з оплавленого стану) дорГжок становила 4000 М Па, у той час, як тсля гартування без оплавлення - удвГчГ менше. Для сталей 40Х Г 40Х1З вона становила 5200-6250 МПа. У зот перекриття дорГжок загартовано! сталГ У8 в наслГдок локального вГдпуску мГкротвердГсть знизилась на 25- 40% порГвняно з !! максимальним значенням 9200 МПа (рис. 1).
Експериментальними дослГдженнями встановлено, що площа обробки повинна бути 25 - 40 %. Це обумово лено створенням такого напружено- деформованого стану, який забезпечуе мГнГмальнГ напруження при тертГ, що встановлено аналГтичними розрахунками композицшного матерГалу, а також пГдтверджено ек-спериментально. МГнГмально навантажена матриця дае можливГсть релаксувати напруження, викликанГ силами тертя. ТочковГ змГцнюючГ зони мають розмГри 3-5 мм та розташоват на вГдсташ ~ 10 мм мГж центрами. В якостГ матерГалу, що змГцнюються, були використанГ сталь 40Х. АналГз отриманих результатГв показав, що пГсля лазерно! обробки мало мГсце подрГбнення зеренно! структури поверхневих шарГв сталГ 40Х, а пГсля наступного азотування утворювався азотова-ний шар бГльшо! товщини (до 0,46-10-3 м) Г бГльшо! мжротвердосп (до 8 ГПа) у порГвнянт з чисто азо-тованими дГлянками ПГдвищення зносостГйкостГ при
дискретнш обробцг, у поргвняннг з суцГльною обробкою обумовлено таким напружено - деформованим станом, при якому напруження будуть мгнгмальними [8].
б
Рис.1. М1кроструктури стал1 У8А пюля лазерно! обробки (0,5 м/хв.): а - без перекриття; б - з перекриттям, Х 500
Дослгджено структурно-фазовий стан азотова-них шаргв пгсля попереднього лазерного легуван-ня. При легуванш поверхнг металу в безперервному режимг за допомогою лазерного випромшювання до 1 кВт найбГльш технологГчним параметром для змгни щшьностг потужностг е швидкгсть перемгщення лазерного променя Ул. ЗбГльшення Ул вгд 0,5 до 1,4 м/хв призводить до зменшення розмгргв легованих зон вГд 800 - 900 до 200 - 300 мкм. М гкрорентгено-спектральним аналгзом зразкгв сталг 20 встановлено, що концентрацгя легувальних елементгв залежить вгд Ул. Якщо Ул=10 - 20 мм/с, спостерГгаемо максимум концентрацш в зонг ЛХТО для всгх легуючих елементгв. Якщо Ул < 10 мм/с, то зменшення концентрацГ! елементгв пгсля ЛХТО зумовлено бГльшими розмграми оплавлених зон, а якщо Ул > 20 мм/с, - вигоранням значно! частини легувально! обмазки до плавлення оброблюваного матергалу.
Локальним мгкрорентгеноспектральним аналгзом (зйомкою) в характеристичних випромгнюваннях вщповщних елементгв установлено, що легувальнг еле-менти у зонах ЛХТО розподшеш ргвномгрно як пгсля гмпульсно!, так Г пгсля безперервно! обробки. При цьо-му вмгст легувальних елементгв коливаеться залежно вгд !х виду: у першому випадку А1 не бГльше 3,5% мас, Мо ~ 4,0% мас, Сг ~ 6,1% мас; а в другому -А1 ~ 5% мас, Мо ~ 8,0% мас, Сг ~ 11 % мас.
Пгсля лазерного легування та короткочасно-го азотування (I = 843 К; т = 4,5 год) максималь-ну мгкротвердгсть мають зони, легованг алюмгнгем. Азотування поверхнг сталг, леговано! Сг та Мо, за аналоггчними режимами зумовлюе утворення змгцнених шаргв з плавним зменшенням мгкротвердостг за товщиною. Металографгчним аналгзом установлено, що азотований шар, отриманий в процесг лазерно! обробки, складаеться гз нгтридно! зони, що формуеться на поверхнг у виглядг бгло! смуги товщиною 15 -20 мкм Г дифузгйного пгдшару (зони внутргшнього азотування) гз структурою азотистого фериту, що характеризуеться пГдвищеною травленгстю внаслГдок видглення надлишково! у/ - фази [9].
Для сталг 20, леговано! Сг, пгд час азотування поверхнг спостерггаеться видглення дисперсних штридГв Cг2N. Вгдпуск за температури 250°С сприяе подальшому пгдвищенню мгкротвердостг, а отже, мож-на зробити висновок, що з пГдвищенням температури г
збГльшенням тривалостг витримування концентрацгя розчиненого азоту пгдвищуеться, внаслгдок чого бГльше видГлиться у процесг охолодження штридГв у дисперснш формг. У процесг вгдпуску за температури 873 К вГдбуваеться коагуляцгя видглених нгтридгв, що призводить до знемгцнення поверхневого шару.
У разг азотування сталг, поверхнево леговано! алю-мгнгем, формуеться структура, що складаеться з легованих а-фази та у/- фази (Fe, Al)4N. При азотуваннг сталг, попередньо леговано! молгбденом, утворюються легованг молгбденом штридш фази на основг залгза. При цьому молгбден входить до складу штридГв у не-великгй кГлькостг, залишаючись в твердому розчинг або утворюючи з гншими елементами штерметалщш фази. Цим пояснюеться невисока твердгсть змгцненого шару, легованого молгбденом.
Суттевим недолгком азотування е також те, що в системг „покриття - основа" утворюються залишковг напруження розтягування, якг негативно впливають на працездатнгсть виробу. Так покриття не можуть працювати у важко навантажених вузлах тертя. При високих локальних навантаженнях азотований шар продавлюеться, оскгльки вгн лежить на м'якгй основг, мгкротвердгсть яко! значно нижча мгкротвердостг самого шару. Це обумовлено тим, що технологгчний процес азотування передбачае пгдготовчу термгчну обробку сталг: гартування з високим вГдпуском за температури 800-860 К, яка спгвпадае з температурою азотування.
Недолгками способу, коли виконують попередню дискретну обробку лазером, а потгм азотування е те, що дискретний азотований шар розташований на м'якгй основг, мгкротвердгсть якого для сталей 18ХГТ, 40Х г 38ХМЮА вГдповГдно становить 1700 МПа, 2100 МПа г 2400МПа. Зниження мгкротвердостг сталей, якг мали мгкротвердгсть пгсля лазерно! обробки вщповщно 6500 МПа, 8200 МПа г 8900 МПа вгдбуваеться внасл1док вгд-пуску при температург азотування 800-860 К.
Тому запропоновано спосгб дискретно! обробки азотованих сталевих виробгв, що полягае в хгмгко -термгчнгй обробцг (азотування) в середовищг амгаку при температург 800 - 860 К гз витримкою 15-20 год з наступною лазерною обробкою. Лазерну обробку ви-конують пгсля азотування дискретно точками гз пло-щею обробки 25 - 30 % вГд загально! площг сталевого виробу, з потужнгстю 105-108 Вт/см2. Мгкротвердгсть дискретних дглянок пгд азотованим шаром станови-ла: 18ХГТ - 6500 МПа, 40Х - 8100 МПа, 38ХМЮА -8700 МПа. Пгдвищення зносостгйкостг при дискретнш обробцг азотованих шаргв у поргвняннг з азотуванням попередньо оброблених лазером сталей (рис. 3), об-умовлено зниженням градгента твердостг мгж покрит-тям г основою та таким напружено - деформованим станом дискретно! структури, при якому напруження будуть мгнгмальними.
Проведет експериментальнг дослгдження триботехнгчних властивостей дискретно модифгкованих поверхневих шаргв. У першгй серГ! дослгджували вплив ргзних схем г площг лазерно! обробки на опгр зношуванню сталг 40Х.
Пгд час тертя змгцнено! поверхнг яскраво проглядаеться нергвномгрнгсть зношування поверхнг, зумовлена ангзотропгею !! структури, г вона чгткгше виражена, коли напрям тертя збггаеться з напрямом доргжок лазерно! обробки (рис. 4, а). Це обумовлено
а
рiзною окислювальною здатнiстю загартованих i не-загартованих дiлянок, на що опосередковано вказу-ють результати випробувань на корозшну тривкiсть. Установлено, що зразки, загартоват з перекриттям дорiжок 50%, мають вищу корозiйну тривкiсть про-ти зразк1в, загартованих з меншим ïx перекриттям, що пов'язано з бшьшою структурною гетерогеннiстю останнix. Бшьшою зносостшюстю характеризуються зразки з поверхнею, обробленою перпендикулярно до напряму тертя порiвняно зi зразками, обробленими паралельно напряму тертя. Знос становить вщповщно 1,4 i 1,7 мг/см2 за 1000 м шляху тертя.
Нр, мжротвердють
Вiдстань вiд поверхш, м х 10-3 Рис. 3. Змша мкротвердост по глибин загартованого шару зразмв стал1 40Х: 1 — азотування + лазерне гарту-вання, 2 - азотування, 3 - лазерне гартування
Проведет дослщження х1м1чного складу повер-хонь тертя методами м1крорентгеноспектральним та оже-спектроскопп показали наявн1сть зал1за, вуглецю 1 кисню, як1 утворюють оксиди Fe2Oз та FeзO4. Утво-рення на поверхн1 тертя пл1вок вторинних структур, як1 складаються з оксид1в, пол1пшуе умови тертя та зменшуе можливють абразивного руйнування матерЬ алу. Поверхня тертя досить гладка 1 характеризуемся пелюстково-пл1вковою структурою. Щодо зносу контрт1ла п1д час тертя в пар1 з дискретно обробленими поверхнями, то знос контртша зростае з1 зб1льшенням площ1 оброблено! поверхн1. Ц1 результати узгоджу-ються з висновками роздшу 3, у якому показано, що за об'емного вмюту вкраплень меншого за 10% змщнення не суттеве. У раз1 щшьтшого розташування в1д 20 до 40% пластична деформац1я пом1тно обмежуеться. Кр1м того, внасл1док зменшення вщстат м1ж частинками (понад 40%) вщбуваеться значне локальне зм1цнення матриц1, що призводить до зниження мщност1 через утворення трщин на ослаблених дшянках матриц1 м1ж частинками [10].
Встановлено, що 1з зростанням м1кротвердост1 до 9500-9800 МПа 1нтенсивн1сть зношування та коефщ1ент тертя зменшуеться. При подальшому зростанн1 м1кротвердост1 вони залишаються май-же незм1нними. Це обумовлено значним впливом на зносостшюсть сп1вв1дношення пластичност1 та м1кротвердост1 поверхневого шару.
б
Рис. 4. Мкроструктури поверхонь тертя: паралельно (а) i перпендикулярно до напрямку тертя (б): а - паралельно, б - перпендикулярно до напряму тертя
Дослщжено вплив параметрiв i схеми дискретно! лазерно! обробки на зносостшюсть сталей. Результати триботехтчних дослщжень показали, що при дискретнiй обробщ поверхонь лазером з перекриттям, попередня термiчна обробка не впливае на зносостшюсть. При дискретнш лазернш обробцi без пере-криття вищу зносостшюсть мають зразки iз попере-дньо загартовано! сталi. Концентрацiя напружень в цьому випадку плавно змшюеться в перехщнш зонi в1д величин, яю xарактернi для змiцнениx дшянок до таких у матрицi, що узгоджуеться з аналггичними розрахунками НДС. Для дослщження впливу площi лазерно'1 обробки на зносостiйкiсть сталi 40Х поверх-ню зразкiв змiцнювали дискретно. Встановлено, що оптимальною щодо зносостшкост е площа обробки, яка становить 25 - 40% вщ загально! площi поверxнi зразка (рис. 5). Поряд з шшими факторами це можна пояснити мтмальною концентрацiею напружень, що виникають в умовах тертя.
Рис. 5. Зносостшюсть стал! 40Х в залежност! вщ виду та площ! обробленоТ поверхш: 1 - дискретна обробка лазером; 2 - дискретна обробка: «лазерна обробка + азотування»
У результат! випробувань на зносостшюсть виявле-но суттеву вщмшнють триботехшчних характеристик поверхонь, легованих р1зними ттридоутворюючими елементами з використанням лазерного нагр1ву, 1 поверхонь, отриманих комбшованою обробкою. Установлено, що зносостшюсть низьковуглецево! стал1, утворено! за комб1нованою технолопею, в 12 раз1в вища вщ зносост1йкост1 азотовано! стал1 20 та в 1,2-2 раз1в вища за зносостшюсть стал1 38ХМЮА, азотовано! за аналопчними режимами (рис. 6). Пщвищення зносост1йкост1 в умовах тертя без змащення зумовлено високою мжротвердютю змщнених зон 1 формуван-ням рельефу поверхт за типом Шарт. Найбшьша зносост1йк1сть досягаеться легуванням поверхн1 стал1 алюм1н1ем з наступним азотуванням.
Дослщжено вплив поверхнево! концентрацГ! азоту змщнених поверхонь на !х триботехн1чн1 властивосл. Максимальна зносост1йк1сть та найнижчий коефщ1ент тертя спостер1гаеться при значеннях вмюту азоту в д1апазот 6,5-8,0 % мас (рис. 7). Це можна поясни-
а
ти тим, що у такому випадку поверхнев1 штридш шари пар тертя складаються переважно з е-фази (гексагонального карбоштриду Ре2-3 (NC), близько! до свое! нижньо! меж1 розчинност1 азоту. Така структура е-фази дозволяе виключити 11 крихк1сть та отримання у шар1 крихкого н1триду Ре2Ы При цьому тверд1сть зм1цненого шару наближуеться до твердост1 у'-фази, з одночасним збереженням пластичност1 е-фази, ство-рюючи таким чином оптимальн1 структурш передумо-ви для п1двищення зносостшкосП.
1 наближуеться до зносост1йкост1 азотовано! стал1 40Х без попередньо! лазерно! обробки.
Отриман1 результати можна пояснити зменшенням ефекту дискретно! структури Так, у раз1 азотування протягом 1 год товщини азоту шару на лазерно оброб-лених дшянках 1 дшянках без лазерно! обробки суттево розр1зняються 1 становлять вщповщно 0,35 1 0,02 мм. Водночас за витримування азотування 10 год товщина азотованого шару вщповщно становить 0,45 1 0,12 мм, що призводить до утворення суцшьного змщненого шару.
У робот1 дослщжували також вплив плошд дискретно азотовано! стал1 40Х на триботехшчш властивост1 Характер залежност1 зносост1йкост1 в1д площ1 обробки такий же, як 1 для дискретно! лазерно! обробки. Проте додаткове азотування суттево пщвищуе зносостшюсть.
Рис. 6. Знос зразюв сталей 20 (1,2) та 38ХМЮА (7) шсля р1зних обробок (Дт — зменшення маси зразка, L - шлях тертя): 1 - нормал1зац1я (початковий стан); 2, 7 - азотування, 3 - 5 - лазерне легування (ЛХТО): 3 — алюм1н1ем, 4 - хромом, 5 - мол1бденом; 6 — 9 - комбшоване змщнення (ЛХТО + азотування): 6 - мол1бденом, 8 - хромом, 9 — алюмУем
\ \ \ \ \ \ \\ \ ч \ V 1 * -............-............/ » / / V / У / у /
у
Рис. 7. Залежшсть штенсивност зношування (крива 1) I коефщ1ента тертя (крива 2) стал1 40Х в1д вм1сту азоту
У другш серп триботехн1чних випробовувань дослщжували вплив часу азотування на зносостшюсть дискретно оброблених лазером поверхонь стал1 40Х. З'ясовано, що з1 збшьшенням часу витримування про-цесу азотування з 1 до 10 год зносостшюсть знижуеться
6. Висновки
Дослщжено вплив технолопчних параметр1в лазерного легування на структурно фазовий стан легованих алюмшем, хромом та мол1бденом поверхневих шар1в та фазовий склад шсля наступного азотування. Встанов-лено, що поверхневе зм1цнення, яке включае легування при лазерному нагр1ванш та наступне азотування, дозволяе отримати зносостшюсть у 1,5 - 3 рази вищу за зносостшюсть азотованих штрало!в типу 38Х2МЮА. При цьому найбшьша м1кротверд1сть (2000Н) та зносост1йк1сть низьковуглецевих сталей досягаеться азотуванням поверхш, леговано! алюм1н1ем.
Максимальна зносост1йк1сть спостер1гаеться при значеннях концентрацГ! азоту в д1апазош 6,0-8,8% мас. Це обумовлено тим, що поверхнев1 н1тридн1 шари пар тертя складаються переважно з е-фази, близько! до свое! нижньо! границ розчинення азоту.
Установлено, що з ростом мжротвердосП до 95009800 МПа штенсившсть зношування й коеф1ц1ент тертя зменшуються. При подальшому рост 1 м1кротвердост1 вони залишаються майже незмшними. Це обумовлено 1стотним впливом на зносостшюсть сп1вв1дношення пластичност1 й м1кротвердост1 поверхневого шару.
Л1тература
1. Кшдрачук, М. В. Триботехн1чн1 властивост1 плазмових покригав з дискретною структурою / М. В. Кшдрачук, Н. В. 1щук,
B. В. Постернак // Проблеми трибологи. - 2003. - №1. - С.75-81.
2. Кшдрачук, М. В. Напружено-деформований стан дискретно оброблених лазером сталей тд час контактно! взаемоди / М. В. Кшдрачук, М. С. Яхья, Н. В. 1щук // Проблеми тертя та зношування: Науково-техшчний зб1рник. - К.: НАУ, 2006. -Вип. 46. - С.29 -39.
3. Кшдрачук, М. В. Законом1рност1 формування азотованих шар1в, комбшованою лазерно - х1мжо - терм1чною обробкою сталей / М. В. Кшдрачук, Н. В. 1щук, Л. Ф. Головко, В. М. Писаренко // Металознавство та обробка метал1в. - 2007. - №1. -
C.31 -35.
4. Кшдрачук, М. В Поверхневе змщнення сталей нанесенням дискретних азотованих шар1в / М. В. Кшдрачук, М. С. Яхья, О. В. Герасимова, Н.В. 1щук // Технолопчш системи. - 2007. - №1. С.45 - 49.
5. Коршенко, О. А. Формування покригав триботехшчного призначення комбшованою, лазеро-х1м1ко-терм1чною обробкою / О. А. Коршенко, М. С. Яхья, Н. В. 1щук, В. М. Писаренко // Проблеми тертя та зношування: науково-техшчний зб1рник. -К.: НАУ, 2008. - Вип. 49, т.2. - С.61 - 65.
6. Кшдрачук, М. В. Визначення параметр1в дискретно! структури покритт1в триботехшчного призначення / М. В. Кшдрачук, М. С. Яхья, В. М. Кшдрачук, О. А. Коршенко, Н. В. 1щук // Проблеми тертя та зношування: Науково-техшчний зб1рник. -К.: НАУ, 2008. - Вип. 50. - С.5 - 15.
7. 1щук, Н. В. Дослщження особливостей впливу попередньо! лазерно! обробки на фазовий склад, будову i властивост азото-ваних шарiв на сталях У8, 40Х13, 12Х8Н10Т та 40Х / Н. В. 1щук // Проблеми тертя та зношування. - К. НАУ, 2010 - Вип. 53. - С. 221 - 225.
8. Пат. 19551 Укра!ни МПК (2006) С23С 8/02. Споаб комбшовано! лазеро - хiмiко - термiчно! обробки матер1ал1в / 1щук Н. В., Писаренко В. М., Кiндрачук М. В., Головко Л. Ф., - №4 2006 07450; заявл. 04.07.06; опубл. 15.12.06, Бюл. № 12. - 6с.
9. Пат. 25412 Укра!на, МПК (2006) С23С 8/02. Споаб отримання зносостшких дискретних азотованих шарiв / Кшдрачук М. В., 1щук Н. В., Писаренко В. М., Головко Л. Ф., Яхья М. С., - № 200703002; заявл. 22.03.07; опубл. 10.08.07, Бюл. № 12. - 5с.
10. Пат. 31198 Укра!на, МПК (2006) С23С 8/02. Споаб комбшовано! лазеро-хiмiко-термiчно! обробки сталевих виробiв / Кшдрачук М. В., 1щук Н. В., Писаренко В. М., Головко Л. Ф., Яхья М. С., Кортенко А. О. - 3200714419; заявл. 20.12.07; опубл. 25.03.08, Бюл. № 6. - 4 с.
-□ □-
Розглянуто питання класифгкацп гетеро-генних структур I середовищ. Основна увага придглена питанню упорядкованих (правильних) гетерогенних середовищ з двоякоперюдичною структурою. Приведено стввгдношення зв'язку мгж парою еквгвалентних пер1од1в. Зроблено акцент на в1дмтн1сть понять двоякоперюдична решгтка пер1од1в I двоякоперюдична структура та сформульована умова визначення гг двоякоперюдичностг
Ключовг слова: двоякоперюдична структура, класиф1кац1я, паралелограм пер1од1в, умова
двоякоперюдичностг
□-□
Рассмотрены вопросы классификации гетерогенных структур и сред. Основное внимание уделено вопросу упорядоченных (правильных) гетерогенных сред с двоякопериодической структурой. Приведено соотношение связи между парой эквивалентных периодов. Сделан акцент на различие понятий двоякопериодиче-ская решётка периодов и двоякопериодическая структура и сформулировано условие определения ее двоякопериодичности
Ключевые слова: двоякопериодическая структура, классификация, параллелограмм периодов, условие двоякопериодичности -□ □-
УДК 678, 62-976
КЛАССИФИКАЦИЯ ГЕТЕРОГЕННЫХ СТРУКТУР И УСЛОВИЕ ИХ ДВОЯКО-ПЕРИОДИЧНОСТИ
С. Т. Толмачев
Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой* E-mail: kafEM@mail.ru С. Л. Бондаревский
Старший преподаватель* E-mail: kafEM@mail.ru *Кафедра электромеханики Криворожский национальный университет ул. XXII Партсъезда, 11, г. Кривой Рог, Украина, 50027
1. Введение
Гетерогенная структура (среда) (ГС) - неоднородная система, состоящая из двух или более однородных частей (фаз). Деление систем на гомогенные (однородные) и гетерогенные несколько условно, поскольку все физические системы состоят из дисперсионной среды и дисперсной фазы и различаются лишь размерами частиц последней: в гомогенных системах частицы дисперсной фазы имеют размеры молекул и атомов [1]. И хотя ГС имеют широкое распространение, в настоящее время отсутствует их общепринятая классификация.
Одним из элементов классификации является упорядоченность (правильность) ГС. Среди упорядоченных ГС важное место занимают двоякопериоди-ческие структуры. В теоретическом и практическом отношениях важен вопрос о принадлежности ГС к классу двоякопериодических структур, который не
рассматривался в научно-технической литературе. Условие двоякопериодичности многокомпонентных ГС является конструктивным средством при решении задач их композиции и декомпозиции, определения локальных и приведенных свойств и т.п.
2. Литературный обзор
Несмотря на то, что чёткую границу между ГС и гомогенной фазой в общем случае провести затруднительно, в научно-технической литературе ГС получили достаточно точное определение. ГС - неоднородные системы, состоящие из внутренней (дисперсной) фазы частиц с четко выраженными границами, и внешней (дисперсионной) фазы, являющейся той средой, в которой распределены частицы дисперсной фазы [1]. Они имеют широкое распространение и отличаются
©
