S – среднее значение площади
поперечного сечения дорожки износа;
I– путь трения
Из
таблицы видно, что плазменная закалка снижает износ и коэффициент поения, а
также количество циклов до приработки. Это обусловлено морфологическими
особенностями упрочненного слоя после плазменной закалки.
При плазменном упрочнении с перекрытием дорожек
упрочнения происходит уменьшение микротвердости в зоне перекрытия (~ 10-30 %)
. Однако, как показали исследования, интенсивного изнашивания в зоне перекрытия
не наблюдается, так как эти зоны занимают значительно меньшую площадь, по
сравнению с зонами закалки и при их изнашивании
проявляется «теневой эффект» [1,9].
При упрочнении с оплавлением поверхности
износостойкость упрочненного
Рис. 2.57. Зависимость
износостойкости трущейся пары «азотированная сталь 20 – бронзовая втулка» от
режима плазменного азотирования.
1-
упрочнение азотной
плазмой с оплавлением
2-
упрочнение
углеродосодержащей плазмой без оплавления
3-
упрочнение азотной
плазмой в режиме «азотного кипения»
4-
упрочнение азотной плазмой без оплавления
слоя снижается (по сравнению с упрочнением без
оплавления). Особенностью мартенситной структуры оплавленного слоя является ее
столбчатый характер. Дисперсность мартенсита в оплавленной зоне, не смотря на
высокие скорости охлаждения, зависит от химического
состава стали. Так, для стали
30ХГСА,30ХС,30ХГСН2А,
38Х2МЮА в оплавленной зоне зафиксирован
мелкоигольчатый мартенсит, а в стали 20,30,45, 55, 9ХФ, 9ХФМ, 8Н1А, 40ХН
-«крупноигольчатый».
Кроме того, в структуре оплавленной зоны
обнаружено повышенное содержание остаточного аустенита (20-60%).
По мнению [1, 9, 10, 13] плазменное упрочнение с
оплавлением поверхности наиболее эффективно для деталей, работающих
в условиях интенсивного износа, но неиспытывающих значительныхударных и знакопеременных нагрузок.
Износостойкость стали 30ХГСА, 9 ХФ, 50ХН, 150 ХНМ
после плазменного упрочнения (без оплавления) возрастает в 2,5-4 раза, по
сравнению с объемной закалкой при испытаниях по схеме «вращающееся кольцо -
неподвижная колодка» на машине трения МИ-1М (9) (в масляно - абразивной среде).
Оценка износостойкости конструкционных сталей,
прошедших плазменное азотирование из газовой фазы (по различным режимам),
показала, что износостойкость сталей 20 возрастает в 1,3-1,5 раза по сравнению
с плазменной закалкой и в 3-6 раз по сравнению с объемной закалкой [24] рис.
(испытание на машине СМУ-2).
Износостойкость нитроцементированного слоя на
сталях 20, 45 в условиях сухого трения возрастаетпо сравнению с
объемной ХТО, рис.
Дополнительная обработка холодом (кривая 5, рис.
2.58.) снижает содержание остаточного аустенита в нитроцементированном слое и,
как следствие этого, увеличивается износостойкость.
Сравнительные испытания образцов стали 45, 40Х на
износостойкость при различных способах упрочнения показали, что плазменная
закалка не уступает электронно-лучевой и лазерной закалке, табл. 2.21.
Рис. 2.58. Влияние режима плазменного легирования
на износостойкость стали 45.
1- исходное состояние
2- объемная ХТО /нитроцементирование/
3- плазменная нитроцементация из газовой фазы
4- плазменная нитроцементацияиз твердойй
фазы
5 - плазменная нитроцементация из твердой фазы
+ обработка холодом.
Из всех видов изнашивания, встречающегося в
промышленности, наиболее часто проявляется абразивный износ. Согласно [55-61]
детали машин и инструменты, эксплуатирующиеся в различных условиях работы,
наиболее часто испытывают абразивный износ (до 60-70 %). Абразивное изнашивание
наиболее часто вызывает разрушение поверхности детали в результате ее
взаимодействия с твердыми частицам. К твердым частицам! относятся: [60]
- неподвижно закрепленные твердые зерна, входящие
в контакт по касательной,
либо под небольшим углом атаки к поверхности
детали;
- незакрепленные частицы, входящие в контакт с
поверхностью детали;
- свободные частицы в зазоре сопряжения детали;
- свободные частицы, вовлекаемые в поток
жидкостью или газом.
Испытание на абразивное изнашивание проводят по
двум схемам взаимодействия поверхности материала с абразивом: при трении и при
ударе об абразивную поверхность [58-60]. Методики испытаний, оборудование
подробно изложены в работах [55-60], поэтому нет необходимости их описания,
остановимся на результатах испытаний. В качестве критерия оценки износостойкости
упрочненных материалов использовалась относительная износостойкость, которая
выражается отношением износа эталона к износу (линейному, весовому или
объемному) исследуемого образца.
Самый простой способ оценки относительной
износостойкости материалов – взвешивание образцов до и после испытания на
абразивное изнашивание.
Табл.2.21.
Сравнительные
испытания на износостойкость пар трения шарик-цилиндрический образец