CC BY
58УДК 621.762
ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ АБРАЗИВНЫХ ЧАСТИЦ НА ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ
МЕТАЛЛОВ
Сацик Сергей Павлович, магистрант, Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева,
Москва, РФ
В статье приведен анализ влияния свойств абразивных частиц на износостойкость металлов. Абразивное изнашивание металлических поверхностей происходит в случае, если твердость абразива выше твердости металла, по которому этот абразив в виде твердых частиц совершает трение скольжения при определенной скорости относительного перемещения и нагрузке на единичную частицу.
Ключевые слова: абразивное изнашивание; износостойкость; наклеп; твердость; сплав.
THE INFLUENCE OF PROPERTIES OF ABRASIVE PARTICLES ON WEAR
RESISTANCE OF METALS
Sacik Sergej Pavlovich, graduate student, Russian Timiryazev State Agrarian University, Moscow, Russia
The article presents an analysis of the influence of the properties of abrasive particles on the wear resistance of metals. Abrasive wear of metal surfaces occurs if the hardness of the abrasive is higher than the hardness of the metal, in which the abrasive in the form of solid particles performs sliding friction at a certain speed of relative movement and load on a single particle. Keywords: abrasive wear; wear resistance; hardening; hardness; alloy.
Для цитирования: Сацик С. П. Влияние свойств абразивных частиц на износостойкость металлов // Наука без границ. 2019. № 4(32). С. 54-58.
Основным средством производства в сельском хозяйстве является почва. Для создания благоприятных условий роста и развития растений главным условием является механическая обработка почвы: вспашка, культивация, боронование, при-катывание. Качество обработки почвы в первую очередь зависит от состояния рабочих органов почвообрабатывающих машин, которые эксплуатируются в условиях абразивной и коррозионно-активной среды.
Основной причиной нарушения работоспособности деталей и рабочих органов машин, в том числе почвообрабатывающих, является износ. В результате чего
изменяются их геометрическая форма и размеры, что отрицательно влияет на агротехнические, энергетические показатели сельскохозяйственной машины: ухудшается качество обработки почвы, увеличивается расход топлива, снижается производительность труда, значительное время тратится на замену и восстановление. Процессы изнашивания характеризуются многообразием влияющих на них факторов.
Повышение износостойкости рабочих органов почвообрабатывающих машин определяется не только важностью сокращения расходов металла на их производительность, но и требованиями к их эксплуатации. К ос-
новным направлениям повышения износостойкости можно отнести:
- усовершенствование конструкции;
- подборка материалов и их обработка;
- упрочнение лезвия и обеспечение самозатачивания.
При работе почвообрабатывающих машин их рабочие органы подвергаются воздействию абразивных частиц, содержащихся в почве. Количество частиц зависит от механического состава грунта. Именно он определяет абразивные свойства почв и удельное сопротивление при работе орудия почвообрабатывающих машин [1].
Механические гранулы почв различа-
ются не только процентным содержанием и составом минерала, но и по их размеру, что определяет отличие по свойствам. Наиболее распространен в грунте первичный силикатный минерал кварц ^Ю2, двуокись кремния). Содержание его во всех почвах превышает 60%, а в легких песчаных достигает 90% и более. Кварц характеризуется большей механической твердостью, чем другие минералы.
Основными частицами износа рабочих органов являются твердые минеральные частицы, такие как: кварц, полевой шпат, гранит, другие минералы. В табл. 1 показана твердость минералов.
Таблица 1
Твердость минералов содержащихся в почве
Горная порода/минерал Твердость по шкале Мооса Микротвердость, МПа
Кварц 7,0 11200
Полевой шпат 6,0-6,5 7950
Гранат 6,0-7,0 17000
Гранит 6,0-7,0 8000
Кальцит 3,0 1090
Гипс 1,6-2,0 360
Абразивное изнашивание металлических поверхностей происходит в случае, если твердость абразива выше твердости металла, по которому этот абразив в виде твердых частиц совершает трение скольжения при определенной скорости относительного перемещения и нагрузке на единичную частицу.
Абразив обладает свойством царапающего или режущего действия при повышении следующих условий НJНм > ¥,, 0,7 < ¥ < 1,1 [2, 3].
Влияния твердости абразива Н
на изнашивание любого материала с твердостью Нм изображено на рис. 1.
В зоне I, соответствующей условию Н < Н , абразивное изнашивание не
а мет г
происходит, хотя износ материала возможен. В этой области возможен другой характер изнашивания материала, например, усталостное, обычно характеризующееся значительно меньшей интенсивностью. В зоне II, соответствующей условию На ~ Нмет, происходит абразивное изнашивание, величина износа при котором зависит от соотношения Н /Н [4, 5].
ам
н < н
па Ппет
н >н
□ 1 'нет
а мет
Рис. 1. Зависимость износа материала от твердости абразивных зёрен Н
Для ориентировочной оценки абразивной способности абразива или стойкости материала против абразивного изнашивания применяют также обратное значение величины На/Нм - коэффициент твердости:
(1)
При значениях КТ < 0,6 происходит интенсивное абразивное изнашивание. В случае КТ > 0,6, т.е. когда твердость абразивных зерен относительно низкая, происходит резкое увеличение износостойкости материала.
Стали одной твердости, но разного химического состава имеют различную износостойкость. Различие износостойкости сталей одной твердости, но разного химического состава тем больше, чем выше их твердость. С повышением твердости износостойкость у закаленных сталей возрастает медленнее, чем у отожженных [6].
Прямая линия на графике слева представляет связь износостойкости и твердости для различных технически чистых металлов и сталей в термически
необработанном состоянии. Зависимость износостойкости от твердости термически обработанных сталей представлена семейством прямых в правой части графика. Их износостойкость также зависит от твердости, но в меньшей степени, чем для чистых металлов и термически необработанных сталей.
Износостойкость термически необработанных сталей при абразивном изнашивании повышается пропорционально их «естественной» твердости, зависящей от состава. При повышении твердости наблюдается линейная зависимость износостойкости термически обработанных сталей при абразивном изнашивании, хотя термически необработанных сталей зависимость менее интенсивная. Изменение износостойкости сталей зависит не только от твердости, но и от их состава. Поэтому одной и той же твердости отвечает различная износостойкость термически обработанных сталей, различных по составу [7, 8].
Исследуя износостойкость сталей и ряда чистых металлов в зависимости от твердости, полученной при наклепе, можно утверждать, что при абразивном
изнашивании степень наклепа не влияет на износостойкость металла.
Таким образом, с повышением твердости как чистых металлов, так и сплавов износостойкость возрастает.
Износостойкость сплавов определяется не только твердостью, но и также структурой. Однако структура при абразивном изнашивании является менее чувствительным критерием оценки износостойкости, чем их твердость.
Интенсивность изнашивания
порошковых твердых сплавов при трении по абразиву во многом определяется их составом и структурой. При трении по карбиду титана износостойкость их внутри структурных групп с увеличением содер-
жания титана снижается линейно. Наибольшее влияние на износостойкость сплавов оказывает размер зёрен карбидной фазы, с увеличением которого износ резко возрастает [9, 10].
Связь между износостойкостью сплавов и их составом наблюдается лишь внутри структурных групп сплавов. Износостойкость сплавов увеличивается с уменьшением зёрен карбидной фазы и содержания титана.
При абразивном изнашивании износостойкость большинства сплавов значительно превышает износостойкость сталей.
Твердость сплавов в условиях абразивного изнашивания является основным критерием их износостойкости.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кравченко И. Н. Ресурсосберегающие технологии ремонта сельскохозяйственной техники: учебное пособие / И. Н. Кравченко, В. М. Корнеев, Д. И. Петровский, Ю. В. Катаев // М.: ФГБНУ «Росинформагротех». 2018. 184 с.
2. Кравченко И. Н. Применение плазменно-напыленных ферроокислов для поршневых колец автотракторных двигателей / И. Н. Кравченко, А. А. Пузряков, Ю. В. Катаев, И. Е. Пупавцев, Д. Г. Гречко // Труды ГОСНИТИ. 2016. Том 122. С. 188-193.
3. Кравченко И. Н. Оценка остаточных напряжений и прочности покрытий повышенной толщины при послойном их формировании / И. Н. Кравченко, О. В. Закарчевский, Ю. В. Катаев, А. А. Коломейченко // Труды ГОСНИТИ. 2017. Том 127. С. 171-175.
4. Кравченко И. Н. Подготовка поверхностей деталей для нанесения упрочняющих покрытий / И. Н. Кравченко, Ю. В. Катаев, В. А. Сиротов, Я. В. Тарлаков // Сельский механизатор. 2017. № 8. С. 36-38.
5. Кравченко И. Н. Методика обоснования структурных элементов обслуживания мобильного парка сельскохозяйственных машин / И. Н. Кравченко, В. М. Корнеев, Ю. В. Катаев, М. С. Овчинникова // Труды ГОСНИТИ. 2017. Том 127. С. 41-46.
6. Катаев Ю. В. Роль инженерно-технического обеспечения в сельскохозяйственном производстве / Ю. В. Катаев, Е. Ф. Малыха // Наука без границ. 2018. № 8(25). С. 19-23.
7. Катаев Ю. В. Организация технического сервиса машинно-тракторного парка на региональном уровне / Ю. В. Катаев, Е. Ф. Малыха, Д. Г. Вялых // Наука без границ. 2017. № 11(16). С. 60-64.
8. Кравченко И. Н. Управление формой поршневых колец ДВС при плазменном напылении / И. Н. Кравченко, А. Ф. Пузряков, Ю. В. Катаев, Т. А. Чеха // Труды ГОСНИТИ. 2017. Том 126. С. 196-203.
9. Малыха Е. Ф. Современные формы организации технического сервиса / Е. Ф. Малыха, Ю. В. Катаев // Экономика сельского хозяйства России. 2018. № 3. С. 27-33.
10. Катаев Ю. В. Организация технического сервиса машинно-тракторного парка на региональном уровне / Ю. В. Катаев, Е. Ф. Малыха, Д. Г. Вялых // Наука без границ. 2017. № 11(16). С. 60-64.
REFERENCES
1. Kravchenko I. N., Korneev V. M., Petrovskij D. I., Kataev Yu. V. Resursosberegayushchie tekhnologii remonta sel'skohozyajstvennoj tekhniki: uchebnoe posobie [Resource-saving technologies of agricultural machinery repair]. Moscow, FGBNU «Rosinformagrotekh», 2018, 184 p.
2. Kravchenko I. N., Puzryakov A. A., Kataev Yu. V., Pupavcev I. E., Grechko D. G. Primenenie plazmenno-napylennyh ferrookislov dlya porshnevyh kolec avtotraktornyh dvigatelej [The use of a plasma-sprayed farooqia piston rings for automotive engines]. Trudy GOSNITI, 2016, vol. 122, pp. 188-193.
4. Kravchenko I. N., Zakarchevskij O. V., Kataev Yu. V., Kolomejchenko A. A. Ocenka ostatochnyh napryazhenij i prochnosti pokrytij povyshennoj tolshchiny pri poslojnom ih formirovanii [Evaluation of residual stresses and strength of coatings of increased thickness during their layer-by-layer formation]. Trudy GOSNITI, 2017, vol. 127, pp. 171-175.
6. Kravchenko I. N., Kataev Yu. V., Sirotov V. A., Tarlakov Ya. V. Podgotovka poverhnostej detalej dlya naneseniya uprochnyayushchih pokrytij [Preparation of surfaces of parts for the application of reinforcing coatings]. Sel'skij mekhanizator, 2017, no. 8, pp. 36-38.
3. Kravchenko I. N., Korneev V. M., Kataev Yu. V., Ovchinnikova M. S. Metodika obosnovaniya strukturnyh elementov obsluzhivaniya mobil'nogo parka sel'skohozyajstvennyh mashin [Methods of substantiation of structural elements of maintenance of mobile fleet of agricultural machines]. Trudy GOSNITI, 2017, vol. 127, pp. 41-46.
5. KataevYu. V., Malyha E. F. Rol' inzhenerno-tekhnicheskogo obespecheniya v sel'skohozyajstvennom proizvodstve [The role of engineering and technical support in agricultural production]. Nauka bez granic, 2018, no. 8(25), pp. 19-23.
8. Kataev Yu. V., Malyha E. F., Vyalyh D. G. Organizaciya tekhnicheskogo servisa mashinno-traktornogo parka na regional'nom urovne [Organization of technical service of the tractor fleet at the regional level]. Nauka bez granic, 2017, no. 11(16), pp. 60-64.
8. Kravchenko I. N., Puzryakov A. F., Kataev Yu. V., Chekha T. A. Upravlenie formoj porshnevyh kolec DVS pri plazmennom napylenii [Control of the shape of the piston rings of internal combustion engines in plasma spraying]. Trudy GOSNITI, 2017, vol. 126, pp. 196-203.
9. Malyha E. F., Kataev Yu. V. Sovremennye formy organizacii tekhnicheskogo servisa [Modern forms of technical service organization]. Ekonomika sel'skogo hozyajstva Rossii, 2018, no. 3, pp. 27-33.
10. Kataev Yu. V., Malyha E. F., Vyalyh D. G. Organizaciya tekhnicheskogo servisa mashinno-traktornogo parka na regional'nom urovne [Organization of technical service of the tractor fleet at the regional level]. Nauka bez granic, 2017, no. 11(16), pp. 60-64.
Материал поступил в редакцию 09.04.2019
© Сацик С. П., 2019
