Трибологічні характеристики відновних композиційних електродугових покриттів Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.793.72

В. I. Похмурський, М. М. Студент, В. М. Довгуник, С. I. Маркович, О. Й. Мажейко

ТРИБОЛОГ1ЧН1 ХАРАКТЕРИСТИКИ В1ДНОВНИХ КОМПОЗИЦ1ЙНИХ ЕЛЕКТРОДУГОВИХ ПОКРИТТ1В

Наведено результати досл1джень зм ¡ни коеф1и,1ента тертя електрометал1зац1йних покритт1в, одержаних ¡з комб1нацИ'електродних дрот1в - суцльних та порошкових, п1д час припрацювання при р1зних навантаженнях, оскльки припрацювання таких покритт1в вдбуваеться дещо почншому, н ¡ж суцльних матер1ал1в. Показана доцльн1сть застосу-вання таких пар електродних дрот1в для в1дновлення зношених опорних шийок п ¡дшип-никв ковзання деталей енергетичного обладнання.

При вщновленн робочих поверхонь зношених деталей машин, шляхом нанесення електродуго-вих покриттв з порошкових дротв (ПД), Пд час Тх шлiфування, у поверхневих шарах може вщбува-тися виривання слабо закртлених змщнюючих складових, утворення мiкротрiщин на межах ламе-лей, а також вщкриття пор, як утворились при швидкому охолодженн та крист^заци краплин розплаву ПД на металевм пщкладц. Цього не вщбу-ваеться при шлiфуваннi матерiалiв металургiйного походження.

Припрацювання електродугових покритпв у парах тертя також вщбуваеться дещо почншому, нж суцiльних матерiалiв. Тому, актуальним е питання дослiдження змiни коефiцiента пiд час припрацювання, оскльки в подальшому це може вщобража-тися на працездатностi вiдновлених пар.

В данй роботi наведено результати дослщжень змiни коефiцiента електродугових покриттв iз ком-бЫаци електродних дротв - су-цiльних Св-08 i 65Г та порошкових.

Методика дослщжень

Формування покритт1в. Електродуговi покрит-тя формували на стальних цилЫдричних зразках дiаметром 40 та товщиною 12 мм як iз двох одна-кових електродних ПД хiмскладу №1 та №2 вщпо-вiдно (20 %Сг + 0,4 %С + 4 %В) та (2 %Сг + 2,5 %С + 0,5 %В ), так i з двох рiзнорiдних електродних дротiв: суцiльних Св 08 i 65Г та порошкових ПД №1 i ПД №2 у таких парах: ПД №1 + 65Г, ПД №2 + 65 Г, ПД № 1 + Св 08, ПД № 2+ Св 08.

Режими металiзацiТ': струм дуги I = 150 А, на-пруга на дузi и = 32 В, дистанця напилення L = 100......120 мм, тиск розпилюючого повпря 0,6 МПа.

Фазовий склад покриттв вивчали на дифракто-метрi ДРОН-3 у випромiнюваннi Си Ка з комп'ю-терним записом дифрактограм за кутв 2© = 20...100°. Крок сканування 0,05°.

Триболог1чн1 досл1дження. Коефцент тертя дос-лiджуваних покриттiв визначали на стандартна ус-тановцi СМЦ-2 за схемою 1диск-колодка1 з непе-

рервним записом показiв iндук-цiйного давача на дiаграмнiй стрiчцi. Матерiал контртла - бронза БрС-30. Навантаження змЫювали вiд 1 до 10 МПа з кроком 1 МПа. Шлях тертя 1 км.

Результати дослщжень

У парi з бронзою покриття, сформован з комб^ наци електродних дротв ПД № 1 та 65Г чи Св 08 мають низький коефiцiент тертя при контактному навантаженн до р = 6 МПа. При 7 МПа коефiцiент тертя зростае до 0,04. Пдвищення навантаження до 10 МПа спричиняе зростання коефiцiента тертя до 0,12 (рис. 1), а також пдвищення об'емноТ тем-ператури зразкв у результатi триборозiгрiву вiд кмнатноТ до 120 °С.

Покриття з пар електродних дротв ПД №2 i 65Г чи Св-08 у парi з бронзою БрС-30 припрацьовують-ся набагато краще, нiж попередня пара тертя. При пдвищенн навантаження зростання коефiцiента тертя вiдбуваеться лише за контактних навантажень 8...10 МПа (рис. 2), а температура пари тертя - у всьому дiапазонi навантажень не перевищувала 30 °С.

Покриття з однойменних пар ПД мають вищий коефцент тертя (особливо з бтьшим вмютом бору) всх умов навантажень (рис. 3).

Така поведЫка пар тертя покриттв iз дос-лщжу-ваних електродних дротв зумовлена Тх фазовим складом.

Виявлено, що у покритт сформованому з пар дротв ПД № 1 та 65 Г (див. таблицю) матричною фазою е пересичений твердий розчин вуглецю у Реа (мартенсит або продукти його розпаду), знач-на ктькють бориду (Ре,Сг)2В, невелика ктькють Реу (залишковий аустенiт), бориди Ре2В залiза, а також слiди оксидiв хрому (СГ2О3), залiза (Ре20э), i бору (В2О3).

© В. I. Похмурський, М. М. Студент, В. М. Довгуник, С. I. Маркович, О. Й. Мажейко 2006 г.

Рис. 1. Змша коефщieнта тертя покриттiв з пар електродних дро^в ПД №1 (ПП-307) 65Г (а) та Св-08 (б) у парi з бронзою БрС-30

Рис. 2. Змiна коефiцieнта тертя покригпв з пар електродних дро^в ПД №2 (ПП-305) 65Г(а) та Св-08 (б) в парi з бронзою БрС-30

Рис. 3. ЗмЫа коефiцieнта тертя покриттiв з однойменних пар електродних дро^в: а - № 1(РеОгБ), б - № 2(РеСгО) у парi

з бронзою БрС-30

- 0т19яшВестникяИвигателестроенияя1 4/т006

- 25 -

У покритт, сформованому з пар дротв ПД № 1 та Св-08, матричною фазою е твердий розчин вуг-лецю у Реа (мартенсит I продукти його розпаду), ферохром, незначна кшьюсть карб1ду (Ре3С) та борид1в (РеБ, Ре2Б) зал1за. Ц1 покриття мютять знач-но б1льшу к1льк1сть оксид1в хрому СГ2О3 та зал1за Ре2О3, н1ж попередн1. Це зумовлено Ытенсивншим (до 30 %) окисленням краплин металевого розпла-ву п1д час польоту У покриттях виявлено також слщи н1триду хрому I оксиду бору. Краплини, утворен 1з розплаву електродного дроту № 1 у пар1 з дротом з1 стал1 65 Г, п1д час польоту окислюються менше завдяки наявност1 бтьшоТ к1лькост1 вуглецю.

Оск1льки в ПД № 2 вуглецю е бтьше, нж в ПД №1, матричною фазою покритпв, у комб1нацп з су-ц1льними електродними дротами, е твердий розчин на основ1 Реа . Виявлено також залишковий аус-тен1т Реу, значну к1льк1сть оксид1в зал1за Ре2О3 та сл1ди оксид1в хрому СГ2О3 I бору Б2О3 (рис. 4). У покритт1, сформованому з пар дротв Пд №2 I Св-08 оксид1в е бтьше, нж в такому, що сформоване в пар1 з дротом 65Г.

Термодинам1чний анал1з реакц1й окислення вуглецю та зал1за свщчить про те, що 1зобарно-1зотер-м1чний потенц1ал Пбса Ав за температур, що реа-л1зуються в дуз1 п1д час метал1заци, е р1вноймов1р-ним [1]. Вуглець, окислюючись до СО, СО2 утво-рюе навколо розплавленоТ' металевоТ' краплини за-хисну атмосферу I захищае в1д окислення.

У процес тертя в поверхневих шарах цих покритпв, внаслщок локальних температурних спа-лах1в та деформаци, частина залишкового аустен-ту перетворюеться в мартенсит деформаци. Це пдтверджуеться тим, що об'емна температура зразкв п1д час випробувань е на низькому р1вн1 (до 30 °С) завдяки поглинанню енерги, вивтьнено''' у процес1 тертя.

Наявн1сть у покритт оксиду (Ре2О3), що характеризуемся низьким коеф1ц1ентом тертя, I який роз-ташований в основному по границях ламелей, сприяе швидкому припрацюванню пар тертя. Знач-не зменшення коеф1ц1ента тертя в1дбуваеться також для покриттв з вм1стом вуглецю [1]. Додаток боромютких сполук до складу шихти ПД сприяе утворенню на поверхн1 тертя покритт1в оксиду В2О3 з в1дносно низькою температурою плавлення, що

зменшуе адгез1йну складову сили тертя та зал1ко-вуе м1кротр1щини у покритт1.

Для ПД № 1 та № 2 у парах 1з дротом 65Г ха-рактерним е те, що при високих контактних наван-таженнях (в1д 7 до 10 МПа) вщбуваеться катастро-ф1чне зношування контрт1л з бронзи БрС-30. Мета-лограф1чними досл1дженнями поверхонь тертя виявлено, що зношування бронзових контртл вщбуваеться внаслщок 'х м1крор1зання покриттям, оск-1льки, границ! м1ж ламелями, береги м1кротр1щин та кратери з макропор, що утворились п1д час шл1фування покриття виступають р1зцями, I руйну-ють контрт1ло, не даючи на поверхн утворитись оксиднй пл1вц1. Пори у покритт1 заповненюються продуктами зношування контртла. У покриттях з ПД №1 та №2 у пар1 1з суц1льним стальним дротом Св- 08 розм1р пор е меншим, що I спричиняе менше р1зання контртла.

в

Рис. 4. Топограф1я поверхонь тертя покриттв з пар електродних дротв: а - (№1+65Г), б - №1+Св-08, в - №2 + 65Г, г - №1 + Св-08

Таблиця - Фазовий склад покриттв псля напилення

Покриття з ПД № 2 у napi i3 суцiльним стальним дротом Св-08 були застосован для вiдновлення зношених опорних шийок ротора турбовентилято-ра (а) та ротора нагнтача PCL -804 (рис. 5) газопе-рекачувальноТ станци газотранспортной' системи УкраТни на створенй Фiзико-мехaнiчним iнститутом дiльницi електромета^зацмного нанесення по-кpиттiв (ф^я ВРТП "Укpгaзенеpгосеpвiс" компани Укртрансгаз" м. Беpдичiв) i

встaновленi в агрегат ГТК-IOi. Агрегат запущений в роботу 15.09.04 i успiшно працюе по сьо-годнi.

а б

Рис. 5. Вщновлеы зношенi опорн шийки ротора турбовен-тилятора (а) та ротора нагнтача PCL -804 (б)

Висновок

Кращi трибологiчнi характеристики мають ком-позицiйнi покриття з електродних дротв ПД №1 та ПД №2 у парi iз суцiльним стальним дротом Св 08. ^м бшьшоТ кiлькостi оксидiв залiза у покриттi, м'якi та пластичн складовi зменшують рiвень на-пружень розтягу у покриттi, сповiльнюють зарод-ження та рiст мiкротрiщин мiж ламелями, зменшують час припрацювання та об'емну температуру пар тертя.

Список лп"ератури

1. Електродуговi вщновн та захиснi покриття. В.1. Похмурський, М.М. Студент, В.М. Довгуник, Г.В. Похмурська, 1.Й. Сидорак. Львiв, НАНУ, ФМ1 iм.Г.В.Карпенка. - 2005. -192 с.

Поступила в редакцию 19.06.2006 г.

Приведены результаты исследований изменения коэффициента трения электроме-таллизационных покрытий, полученных из комбинации электродных проволок - сплошных и порошковых, во время приработки при различных нагрузках, поскольку приработка таких покрытий происходит несколько по-иному, чем сплошных материалов. Показана целесообразность применения таких пар электродных проволок для восстановления изношенных опорных шеек подшипников скольжения деталей энергетического оборудования.

Given are the results of researches on of friction coefficients changes in eiectrometai surfacing obtained from electrode wires, solid and powered, during fitting-in at different loadings. These coatings fitting-in occurs somewhat in different way as in solid materials. Expediency to use pairs of electrode wires is shown to restore worn down supporting journals of sliding bearings for parts of energetic equipment.

- 0219яянЬестникядвигателестроенияяй 4/т006 - 27 -