Влияние силикатных композиций на антифрикционные и противоизносные свойства обработанных поверхностей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

поверхностно-активных веществ или смазочных материалов для узлов трения с заданными присадками или сроком службы) струбцину и нижнюю часть штока вибратора погружали в эту среду, для чего все эти узлы (включая зажимные винты) выполняли из поли-метилметакрилата или фторопласта. Расстояние между краями струбцины и штока вибратора (2) составляло 2,5 мм. Вибратор совершал колебания с частотой 100 Гц и двойной амплитудой 2,3 мм.

Не приводя другие полученные результаты, укажем, что способ и устройство были апробированы на измерении времени наступления усталостной прочности медной проволоки. Результаты приведены в таблице.

Время излома проволоки, автоматически фиксируемое измерительно-вычислительным комплексом (8), по которому определяли ее усталостную прочность, усреднялось по семи - девяти измерениям.

Исследуемые растворы готовили из реактивов квалификации х. ч. Дистиллированная вода во всех опытах была одного изготовления, качество ее контролировали кондуктометрически.

Введение. Надежность и долговечность машин и механизмов во многом определяются качеством изготовления деталей пар трения. Опыт производства и эксплуатации машин и механизмов показал, что их надежность и долговечность в значительной степени зависят от состояния и физико-механических свойств тонких поверхностных слоев сопрягаемых деталей [ 1-3].

В решении указанных задач видное место отводится совершенствованию и развитию финишных абразивных методов обработки, в процессе которых окончательно формируется поверхностный слой деталей, определяющий их эксплуатационные свойства. Реальным резервом роста эффективности абразивной обработки является разработка и рациональное применение смазочно-охлаждающих технологических сред (СОТС).

До настоящего времени в известной нам литературе недостаточно полно отражены вопросы исследования влияния состава и свойств СОТС на работоспособность, износостойкость, противозадирную стойкость и наклеп поверхностей, полученных в результате обработки с использованием различных СОТС.

Цель работы - оценка триботехнических характеристик поверхностей, полученных в результате обработки с использованием различных СОТС.

Результаты экспериментов

Среда Продолжительность вибрации до полного излома образца, с

Дистиллированная вода 132 ± 15

0,01 М NH4OH 91 ± 12

0,01 М HClO4 85 ± 10

0,01 М HCl 48 ± 10

0,1 М KOH 28 ± 8

Литература

1. Основы трибологии (трение, износ, смазка) / Под ред. А. В. Чичинадзе: Учебник для техн. вузов. М., 1995.

2. Гаркунов Д.М. Триботехника: Учебник для студентов втузов. М., 1989.

3. Северденко В.П., Точицкий Э.И., Елин В.И. // Докл. АН СССР. 1964. Т. 158. № 6. С. 1318 - 1319.

г.

Методы испытаний. Для проведения испытаний и оценки эффективности СОТС была разработана лабораторная установка, позволяющая реализовать процесс плоского хонингования по схеме обработки кольцевых поверхностей [4]. Основой лабораторной установки служил настольный вертикально-сверлильный станок модели 2М 112. Материал образцов - чугун ИЧГ-33М. При обработке использовались хонинговальные бруски АСО 100/80Б1. В качестве СОТС были взяты применяющиеся в промышленности составы и разработанная силикатная СОТС: керо-син+И-20А; ТК-3; РЖ-8; силикатная СОТС [5]. Исходная шероховатость поверхности образца составляла Яа = 1,25 мкм, нагрузка Р = 0,45 МПа, время обработки - 90 с.

Износ образцов определяли весовым методом при помощи аналитических весов модели ВЛА-200 с точностью измерения до четвертого знака. Шероховатость поверхности контролировалась при помощи профилографа-профилометра завода «Калибр» модели 201. Измерение микротвердости производили на приборе ПМТ-3.

Для оценки характеристик субзеренной дислокационной структуры применялся метод обратного рентгеновского микропучка [6].

Южно-Российский государственный технический университет (НПИ) 20 января 2003

УДК 621.9.048

ВЛИЯНИЕ СИЛИКАТНЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА АНТИФРИКЦИОННЫЕ И ПРОТИВОИЗНОСНЫЕ СВОЙСТВА ОБРАБОТАННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

© 2003 г. Е.П. Мельникова

Использовалась установка АРС-4 с микрофокусной трубкой БСМ-1, размер фокуса которой составлял 50 мкм. Съемка велась в нефильтрованном Бе-излучении. Анализировалась дефракционная линия (220) Ка. Оценка работоспособности поверхностей, после хонингования на различных составах СОТС производилась по противоизносным и антифрикционным свойствам пары трения ИЧГ 33М - сталь 45 (нетерм.) при работе в среде М-8-А.

Испытания проводились на торцевой машине трения (ГОСТ 9490-75), при нагрузке 1,75 МПа, скорости скольжения 1,7 м/с. Время испытаний составляло 3 ч.

Результаты эксперимента и их обсуждение. Анализ полученных результатов показал, что образцы, обработанные с использованием силикатной СОТС, позволяют получить у пары трения высокие антифрикционные и противоизносные свойства (рис. 1).

/

ОД

0,06

0,04

0,02

Г,°С

30

20

10

\ I с II X

/

- —f— III * > IV

30

SO

120 150 t, мин[

I II —t—

h—-—

-ч— III —hIV

0

НЕТ

0,0016

0,0008 0,0004

30

90

120

150

t, мин

1-чугун

2-сталь

biß

I

II

III

IV

Рис. 1. Изменение коэффициента трения f (а), температуры (б) и интенсивности изнашивания (в) пары трения чугун ИЧГ-33М - сталь 45 (нетерм.) при работе в среде М-8-А. Поверхность - чугун ИЧГ-33М - обработана с использованием СОТС: I- керосин+И-20А; II -ТК-3; III - РЖ-8; IV - силикатная

Сопоставление микротвердости поверхностей образцов после хонингования (рис. 2) показывает, что у образцов, обработанных на силикатной СОТС и керосине И-20А (кривые 1, 2) микротвердость у поверхности на 60-70 единиц больше по сравнению с основным металлом.

HV,

МПа

30

25

20

15

1

2\

3 " 4 щ >

О

о,:

0,4

0,6

0,8 h, мм

Рис. 2. Микротвердость поверхностного слоя (НУ) образцов ИЧГ-33М, обработанных с использованием СОТС: 1-силикатная; 2-керосин+И-20А; 3-ТК-3; 4-РЖ-8

С целью оценки степени наклепа поверхности образцов, обработанных с применением различных СОТС, был выполнен рентгеноструктурный анализ металла образцов методом обратного микропучка. На рис. 3 приведены обратные рентгенограммы образцов, обработанных с использованием различных СОТС. Можно констатировать уменьшение степени размытия рефлексов от отдельных зерен в азимутальном направлении от образца 1 к образцу 4.

Рис. 3. Рентгенограммы поверхностей образцов ИЧГ-33М, обработанных с использованием СОТС: 1 - силикатная; 2 - керосин+И-20А; 3 - ТК-3; 4 - РЖ-8

а

б

1

2

в

3

4

Для поверхностей, обработанных с использованием силикатной СОТС, рефлексы от отдельных зерен в азимутальном направлении практически слились, Ка-дублей не разрешается. Это указывает на достаточно высокую плотность дислокаций в объеме зерен (ориентировочно более 109 см-2) и отсутствие разделения зерен на отдельные фрагменты и субзерна. На рентгенограмме образца 2, обработанного керосином + И-20А, можно заметить рефлексы от отдельных зерен, однако фон между ними достаточно велик. Для образца 3 (ТК-3) фон между отдельными рефлексами уменьшается, количество разделенных рефлексов от отдельных зерен возрастает. Рентгенограмма образца 4 (РЖ-8) характеризуется отсутствием фона между отдельными рефлексами, полным разрешением рефлексов от отдельных зерен и их выраженным внутренним строением, что указывает на фрагментацию зерен.

Подобный характер изменения рентгенограмм свидетельствует о снижении степени наклепа матричной фазы при обработке образцов в СОТС силикатной, керосине, ТК-3, РЖ-8 соответственно.

При интерпретации полученных результатов необходимо учитывать, что информация на рентгенограмме определяется дифракционными эффектами от слоя глубиной 10^15 мкм и характеризует среднюю степень наклепа этого слоя.

Результаты замера микротвердости образцов после испытаний на износостойкость в среде М-8-А (рис. 4) говорят о проявлении пластичности металла поверхностных слоев, что способствует ускорению процесса приработки [2, 7].

Анализ рентгенограмм образцов после трибоис-пытаний (рис. 5) показал снижение степени размытия рефлексов в азимутальном направлении от образца 1 к образцу 4, что, как и в случае ранее приведенных результатов (рис. 3), свидетельствует о степени снижения наклепа при обработке с использованием силикатной СОТС, керосина+И-20А, ТК-3 и РЖ-8.

1

2

3

4

HV, МПа

20,0 -

15,0-

12,5

1 2 3 4

0,2

0,4

0,6

0,8 h, мм

Рис. 4. Микротвердость поверхностных слоев образцов ИЧГ-33М, обработанных с использованием СОТС: 1-силикатная; 2-керосин+И-20А; 3-ТК-3; 4-РЖ-8 После трения в среде М-8-А (Р=1,75 МПа; У=1,1 м/с; 1=3 ч)

Наиболее интенсивно это проявляется у образцов после хонингования с использованием силикатной СОТС и керосина +И-20А. После 3 ч работы образцов, обработанных с использованием различных СОТС, в среде М-8-А начинает увеличиваться степень иррегулярности поверхности, вследствие чего интенсифицировались процессы локального нагрева и, как следствие этого, процессы динамического возврата дислокационных структур.

Рис. 5. Рентгенограммы поверхностей образцов ИЧГ-33М, обработанных с использованием СОТС: 1-силикатная; 2-керосин+И-20А; 3-ТК-3; 4-РЖ-8 После трения в среде М-8-А (Р=1,75 МПа; У=1,1 м/с; 1=3 ч)

Необходимо отметить, что после испытаний на машине трения степень наклепа снижается сравнительно с этой характеристикой после обработки. Этот эффект наиболее ярко выражен для образцов, обработанных в силикате и керосине+И-20А (рис. 3, 1, 2 и рис. 5, 1, 2) и, в меньшей степени, для образцов, обработанных на ТК-3, РЖ-8 (рис. 1, 3, 4 и рис. 5, 3, 4).

Это объясняется не только сравнительно большей степенью наклепа образцов 1 , 2, но и большей глубиной наклепанного слоя в этих образцах в сравнении с образцами 3, 4.

Эффект снижения степени наклепа металла в результате обработки образцов на машине трения обусловлен процессом динамического возврата дислокационной структуры. Этот процесс связан с неконсервативным движением дислокаций, их перестройкой, аннигиляцией, встраиванием в малоугловые субграницы и другие процессы, контролируемые диффузией.

0

Температура поверхностей образцов, испытуемых в машине трения, сравнительно невелика и не превышает 100 °С. Поэтому достаточно интенсивный процесс диффузии, контролирующий динамический возврат дислокационной структуры, по-видимому, связан с локальным нагревом элементов иррегулярной поверхности.

Результаты анализа рентгенограмм поверхностей образцов, обработанных с использованием различных СОТС, удовлетворительно коррелируют с результатами измерения микротвердости поверхности этих образцов (рис. 2 - 5).

Противозадирная стойкость поверхностей образцов ИЧГ-33М после хонингования с использованием различных СОТС определялась по нагрузке и интенсивному росту температуры смазочной среды перед заданием. Испытания проводились для пары трения чугун ИЧГ-33М - сталь 45 (нетерм.) в среде М-8-А. Результаты исследования противозадирной стойкости показали, что наиболее высокая износостойкость получена при испытании поверхности после хонингова-ния на силикатной СОТС. Нагрузка, при которой возникает задир, равна 350 Н. В то же время при испытании образца, обработанного с использованием керо-сина+И-20А, нагрузка составляет 290 Н. Качество поверхности, полученное в результате механической обработки, когда происходит снижение шероховатости и повышение механических свойств (наклеп), приводит к повышению износостойкости пары трения.

Донской государственный технический университет

Выводы. Полученные результаты позволяют предположить, что износостойкость и противозадир-ная стойкость поверхности, обработанной с использованием силикатной СОТС, на 30-40 % выше по сравнению с поверхностями после хонингования на традиционных СОТС. Повышение износостойкости образцов после хонингования с использованием силикатной СОТС обусловлено получением более высокого качества и поверхностного упрочнения (наклепа) обрабатываемой поверхности.

Применение силикатной СОТС не только улучшает качество обработки, но и повышает эксплуатационные свойства обработанной поверхности.

Литература

1. Тененбаум М.М. Сопротивление абразивному изнашиванию. М., 1976.

2. Костецкий Б.И., Колесниченко И.Ф. Качество поверхности трения в машинах. Киев, 1969.

3. Сулима А.М., Шулимов В.А., Ягоркин Ю.Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. М., 1988.

4. Латышев В.Н. Повышение эффективности СОЖ. М.,

1975.

5. А.с. № 1766955 С 10М 173/02. Силикатная жидкость для хонингования металлических поверхностей / Е.П. Мельникова и др. Опубл. 13.12.90 // Бюл. № 37 от 07.10.92.

6. Тейлор А. Рентгеновская металлография. М., 1965.

7. Поверхностная прочность материалов при трении / Под ред. Б.И. Костецкого. Киев, 1976.

3 февраля 2003 г.