CC BY
0
Технологии, машины и оборудование для агропромышленного комплекса
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН УПРОЧНЕННЫМИ ЭЛЕКТРООСАЖДЕННЫМИ ПОКРЫТИЯМИ
Серебровский Вадим Владимирович, д.т.н., профессор Юго-Западный государственный университет Серникова Ольга Сергеевна, аспирант (e-mail: olga.sernikova@mail.ru) Курский государственный аграрный университет
Исследована структура, микротвердость и износостойкость диффузионных слоев, полученных цианированием, на электроосажденных железо-молибденовых и железо-вольфрамовых сплавах.
Ключевые слова: цианирование, микротвердость, железо-молибден, железо-вольфрам, износостойкость
Основными недостатками всех электролитических покрытий являются слоистая структура осадков (рисунок 1), которая предопределяет неравномерность их свойств по толщине покрытия, недостаточно высокая твердость и износостойкость, особенно в тяжелых условиях эксплуатации (высокие удельные нагрузки, отсутствие и недостаток смазки в сопряжениях). Все это приводит к недостаточно надежной работе восстановленных деталей.
Рисунок 1 - Структура электроосажденного легированного железа (Бе - 1,5 Мо) (х300)
Повышение износостойкости и улучшение других служебных свойств таких деталей может быть достигнуто путем насыщения их углеродом и азотом из активных сред (нитроцементацией или цианированием). Разработана технология цианирования сталей в пастообразной среде на основе сажи и азотсодержащего компонента (50 % - сажи; 50 % - желтой кровяной соли; связующее - органический клей), которое проводится при температурах 873...923 К, не требует дорогого специализированного оборудова-
ния, дефицитных материалов и во многих случаях обеспечивает требуемые свойства поверхностных слоев деталей без закалки [2].
Цель работы - исследование структуры и свойств диффузионных слоев, полученных цианированием, на гальванических железо-молибденовых и железо-вольфрамовых покрытиях.
В работе исследовали гальванические покрытия на образцах из стали 45, полученные их хлоридных электролитов с использованием асимметричного тока [1]. Состав исследуемых покрытий: 1) Бе + 1,5 % Мо; 2) Бе + 2,5 % Толщина слоя гальванического покрытия в обоих случаях составляла 0,8...1,0 мм. Перед покрытием гальваническими сплавами образцы подвергали закалке.
Цианирование проводили с использованием пасты, состоящей из газовой сажи (50 %) и железо-синеродистого калия (50 %), связующее вещество - клей КМЦ. Упрочняемые поверхности покрывали пастой слоем 1,5.2 мм, высушивали и подвергали обработке при температуре 873.923 К в герметичном контейнере с порошковым нейтральным наполнителем [2,3,4].
Износотойкость цианированных слоев исследовали на машине СМЦ-2 в условиях сухого трения качения с проскальзыванием по схеме «ролик -ролик». В качестве контртела использовали ролик диаметром 50 мм, толщиной 12 мм из твердого сплава Т15К6. Проскальзывание контртела относительно образца составляло 70 %. Износ определяли весовым методом с точностью 0,0001 г.
Противозадирные свойства цианированных покрытий определяли также с использованием машины СМЦ-2 по вышеприведенной схеме двух одинаковых роликов с цианированными гальваническими покрытиями. Испытание осуществлялось без смазки, после каждых 2000 оборотов шпинделя удельная нагрузка на трущиеся поверхности увеличивалась на 0,15 МПа. Опыт заканчивался, когда на полированных поверхностях роликов замечались первые следы задира, при этом возникал характерный вибрирующий звук при работе машины.
Наибольший эффект цианирования (наибольшая толщина диффузионного слоя) достигается при температуре 923 К. Диффузионные слои на обоих исследованных электролитических сплавах (Бе + 1,5 % Мо и Бе + 2,5 % на наружной поверхности имеют твердую корку карбонитридов (8000 -12000 МПа), состав которой определяется температурой цианирования (рисунок 2).
а) б)
Рисунок 2 - Карбонитридная зона диффузионного слоя на электролитическом сплаве Бе - 1,5 % Мо после цианирования в пасте (973 К, 3ч) (х 500):а) травление 4 % НЫ03; б) электролитическое травление
Результаты рентгеноструктурного анализа карбонитридных зон циани-рованных электролитических покрытий Бе и Бе+Мо представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Толщина и состав карбонитридных зон цианированных _электролитических покрытий Бе и Бе+Мо_
Температура цианирования, К Железо Сплав железо + 1,1 молибдена
Толщина карбонит-ридной зоны, мм Фазовый состав карбо-нитридной зоны, % Толщина карбонит-ридной зоны, мм Фазовый состав карбонитридной зоны, %
833 0,007 Бе3(СК) - 8 Бе^СИ) (в) - 77 Бе4(СК) (у') -15 0,005 Бе3(СК) - 7 Бе^СИ) (в) - 81 Бе4(СК) (у') -12
933 0,14 Бе3(СК) - 8 Бе^СИ) (в) - 77 0,12 Бе3(СК) - 19 Бе^СИ) (в) - 81
1033 0,06 Бе3(СК) - 100 0,02 Бе3(СК) - 100
Как видно из представленной таблицы, температура цианирования решающим образом влияет не только на толщину карбонитридной зоны диффузионного слоя, но и на фазовый состав этой зоны.
При относительно низких температурах цианирования (823...873 К) карбонитридные зоны представлены, в основном, карбонитридами у', толщина этих зон невелика. При повышении температуры до 923 К в карбо-нитридных зонах преобладает карбонитрид г (80.85 %) и толщина этих зон значительно увеличивается.
Гексагональный карбонитрид г, согласно [5,6,7], обладает самой широкой областью гомогенности по сравнению с другими карбонитридами системы Бе - С - К, поэтому здесь имеются лучшие условия для диффузии азота и углерода в покрытие и образуется карбонитридная зона большой толщины (0,050 мм за два часа).
Цианирование электролитических железо-молибденовых и железо-вольфрамовых покрытий позволяет значительно увеличить их твердость. Максимальное значение твердости наблюдается у образцов, цианирован-ных в течение 2.3 часов (рис. 3-а), дальнейшее увеличение длительности обработки ведет к снижению твердости, хотя толщина диффузионных слоев возрастает (рис. 3-б).
НМПа
а)
А т ОАО 0,35 030 0,25 020 015 0,10 005 О
/
//
¡/
// и
1
2
3 б)
4
5 Ш
Рисунок 3 - Зависимости твердости (а) и толщины диффузионных слоев (б) на электролитических сплавах от длительности цианирования (Т = 923 К): —о— Бе + 1,5 % Мо —•— Бе + 2,5 %
Объяснить такую зависимость твердости электролитических покрытий от длительности процесса цианирования можно, по-видимому, особенностями кинетики совместного насыщения стали азотом и углеродом. Согласно [8,9], на первой стадии процесса главную роль в образовании твердой фазы (карбонитридной зоны) играет азот, который, благодаря большей растворимости в аустените и большей диффузионной подвижности, способствует образованию карбонитридных фаз, богатых азотом и обладающих повышенной твердостью.
Важной характеристикой, определяющей долговечность восстановленных деталей, является их износостойкость. Зависимости износа цианиро-ванных слоев на железо-молибденовых и железо-вольфрамовых электро-
литических покрытиях от длительности цианирования представлены на рисунке 4.
20
45 I
I §
15
10
5
1 у
о 12 т
Рисунок 4 - Зависимости износа цианированных электролитических покрытий Бе - Мо (1) и Бе - W (2) при трении без смазки от времени цианирования
Характер зависимостей, представленных на рисунке, свидетельствует, что износостойкость цианированных слоев в условиях трения без смазки полностью определяется их твердостью. Следует отметить, что цианиро-ванные поверхности обладают очень высокой стойкостью против задира и схватывания. Образцы (ролики на машине трения СМЦ-2) с электролитическими покрытиями без цианирования получили первые следы задира при удельных нагрузках ~ 0,7,МПа; закаленные стальные образцы (40Х) при 1,5 МПа; у цианированных образцов, даже при небольшой длительности обработки, значение этого показателя не опускалось ниже 4 МПа.
Цианирование электроосажденного легированного железа позволяет получить карбонитридные слои значительной толщины, имеющие твердость до 13000 МПа, а также высокую износостойкость (в 5.6 раз выше износостойкости покрытий без цианирвоания).
Результаты исследования цианирования электролитических сплавов, применяемых при восстановлении изношенных деталей машин, послужили основой для разработки технологии упрочнения деталей, удобную для ремонтного производства, позволяющую значительно повысить их долговечность, а следовательно, и надежность отремонтированных машин.
Список литературы
1. Серебровская Л.Н., Калуцкий Е.С., Блинков Б.С., Серебровский А.В. Упрочнение восстановленных деталей машин электроосажденными бинарными покрытиями на основе железа // В сборнике: Научное обеспечение агропромышленного производства. Материалы Международной научно-практической конференции. 2018. С. 301-308.
2. Сафронов Р.И., Калуцкий Е.С., Жигулин А.А., Серебровский А.В. Повышение прочности электролитических железных покрытий // Региональный вестник. 2016. № 2 (3). С. 46-47.
3. Сазонов Е.В., Грашков С. А., Калуцкий Е.С. Термическая обработка шестерен // В сборнике: Современные проблемы и направления развития агроинженерии в России. сборник научных статей 2-й Международной научно-технической конференции. Курск, 2022. С. 175-180.
4. Серебровский В.И., Сафронов Р.И., Калуцкий Е.С. Химико-термическое упрочнение электроосажденных сплавов на основе железа // В сборнике: Современные проблемы и направления развития агроинженерии в России. сборник научных статей 2-й Международной научно-технической конференции. Курск, 2022. С. 200-203.
5. Серебровский В.И., Калуцкий Е.С., Серникова О.С. Химико-термическое упрочнение стали нитроцементацией // В сборнике: Современные проблемы и направления развития агроинженерии в России. сборник научных статей 2-й Международной научно-технической конференции. Курск, 2022. С. 204-207.
6. Калуцкий Е.С. Восстановление и упрочнение деталей сельскохозяйственной техники электроосажденными железо-боридными покрытиями с последующим цианированием // диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный аграрный университет". 2017
7. Серебровский В.И., Калуцкий Е.С., Кривоухова Л.В. Повышение надежности технологических процессов восстановления деталей машин // В сборнике: Технологии, машины и оборудование для агропромышленного комплекса. сборник научных статей Всероссийской научно-технической конференции. Курск, 2023. С. 202-206.
8. Серебровский В.И., Калуцкий Е.С., Серникова О.С. Применение нит-роцементации для упрочнения электроосажденных железных покрытий // В сборнике: Современные автомобильные материалы и технологии (САМИТ - 2022). сборник научных статей 14-й Международной научно-технической конференции. Курск, 2022. С. 243-248.
9. Серебровский В.И., Калуцкий Е.С., Серникова О.С. Исследование влияния химико - термической обработки на свойства электроосажденных покрытий // В сборнике: Современные проблемы и направления развития агроинженерии в России. сборник научных статей 2-й Международной научно-технической конференции. Курск, 2022. С. 195-199.
10. Восстановление деталей сельскохозяйственной техники электрооса-жденными сплавами железо-титан/ Калуцкий Е.С., Серебровский В.И., Серникова О.С.// Современные материалы, техника и технологии. 2023. № 1 (46). С. 47-52.
11. Влияние подготовки поверхности на прочность сцепления электро-осажденных покрытий/ Серебровский В.И., Серникова О.С., Кончин В .А.// Современные материалы, техника и технологии. 2023. № 1 (46). С. 79-85.
12. Оптимизация процесса электроосаждения покрытия железо-вольфрам/ Серебровский В.И., Калуцкий Е.С., Серникова О.С.// Современные материалы, техника и технологии. 2023. № 2 (47). С. 108-113.
13. Исследование износостойкости электроосажденных покрытий/ Серникова О.С., Серебровский В.И., Калуцкий Е.С.// Современные материалы, техника и технологии. 2022. № 6 (45). С. 77-82.
14. Зависимость прочности электроосажденного железа от структуры покрытия/ Серебровский В.И., Калуцкий Е.С., Серникова О.С.// Современные материалы, техника и технологии. 2022. № 6 (45). С. 71-77.
15. Влияние регулировавния периодического тока на скорость осаждения электролитических покрытий/ Калуцкий Е.С., Серебровский В.И., Серникова О.С.// Современные материалы, техника и технологии. 2022. № 6 (45). С. 34-40.
Serebrovsky Vadim Vladimirovich, Doctor of Technical Sciences, Professor
st-Western State University
Sernikova Olga Sergeevna, PhD student
(e-mail: olga.sernikova@mail.ru)
KURSK State Agrarian University
RESTORATION OF MACHINE PARTS WITH HARDENED ELECTRODEPOSITED COATINGS
The structure, microhardness and wear resistance of diffusion layers obtained by cyanidation on electrodeposited iron-molybdenum and iron-tungsten alloys are investigated.
Keywords: cyanidation, microhardness, iron-molybdenum, iron-tungsten, wear resistance
