Технологічне забезпечення якості та експлуатаційних властивостей виробів параметрами імпульсної фрикційної обробки

Зі збільшенням кількості вуглецю у сталі якість зміцненого шару значно покращується. Найбільш якісний зміцнений шар був отриманий на евтектоїдній сталі У8А як у загартованому і низьковідпущеному, так і загартованому і високовідпущеному (ГВВ) станах (рис. 7, рис. 8).

Легування сталі хромом, нікелем (у межах 1-3%), або хромом і нікелем, сприятливо впливає на якість білих шарів. Хром у таких кількостях збільшує прогартовуваність сталі, нікель сповільнює аустенітні перетворення, зменшує зв’язок заліза з вуглецем і сприяє більш рівномірному розподілу вуглецю в металі. Товщина білого шару при фрикційному зміцненні з використанням мінерального мастила на сталі 40ХН (ГВВ) досягає  = 150-170 мкм, а на ГНВ –  = 190-200 мкм. При зміцненні з використанням як технологічне середовище МХО-64а товщина білого шару зросла до  = 250-270 мкм. На якість білих шарів впливає також і марганець. Так, після фрикційного зміцнення у поверхневих шарах зразків із загартованої і середньовідпущеної сталі 65Г виникає білий шар товщиною  = 180-200 мкм, мікротвердість якого у 2, 5-2, 6 рази більша за вихідну структуру.

Локальні рентгеноспектральні дослідження показали, що при фрикційному зміцненні сталі 45 (ГНВ) з використанням МХО-64а проходить масоперенос вуглецю, азоту, хлору у поверхневий шар металу. Найбільший вміст вуглецю спостерігається біля поверхні зразка i складає 1, 7%. Зі збільшенням глибини вміст вуглецю різко зменшується i на глибині біля 100 мкм наближається до значення близького, що і в основному металі. Максимальна концентрація усіх елементів зареєстрована біля поверхні. Зі збільшенням глибини концентрація хімічних елементів зменшується i на глибині 40 мкм масоперенос даних елементів практично не спостерігається. Це підтверджує той факт, що масоперенос хімічних елементів проходить, в основному, з технологічного середовища та зміцнювального інструмента.

При застосуванні МХО-64а при зміцненні зразків із сталі 45 (ГНВ) виникають залишкові напруження стиску, які поширюються на велику ( 700 мкм) глибину і більші за величиною, у порівнянні з напруженнями, отриманими при фрикційному зміцненні із застосуванням мінерального мастила. Біля поверхні залишкові напруження є невеликими, але із збільшенням глибини вони зростають, переходять через максимум (зал  -800 МПа) і потім зменшуються. Така ж картина спостерігається і при зміцненні сталі У8А у різному структурному стані. Найбільші залишкові напруження формуються на ГНВ структурі, дещо менші при зміцненні зразків у стані постачання. Слід відмітити, що на величину залишкових напружень впливає структурний стан вихідного металу, але характер їх розподілу майже однаковий.

Структура білого шару представляє собою дрібноголковий мартенсит, на 1-3 бали дрібніший у порівнянні з мартенситом звичайного гартування, залишковий аустеніт та містить дрібнодисперсні карбіди. Кількість залишкового аустеніту в білому шарі досліджуваних сталей і чавуну помітно збільшується у порівнянні зі звичайним гартуванням. Так, у білому шарі, отриманому на сталі У8А максимальна кількість залишкового аустеніту досягала до 40%, яка по мірі віддалення від поверхні зменшувалася до вихідної величини ( 5%). Аналогічна картина розподілу залишкового аустеніту спостерігалася і для інших сталей та сірого чавуну. Розмір зерна аустеніту не перевищував 2-3 мкм, що на порядок дрібніший від аустеніту звичайного гартування.

Зі збільшенням густини дислокацій значно підвищуються механічні характеристики металів. Проведені дослідження показують, що найбільша густина дислокацій спостерігається у білому шарі, отриманому на сталі У8А (ГВВ), дещо менша – на чавуні і ще менша – на сталі 35. З глибиною зміцненого шару густина дислокацій різко знижується. Так, у білому шарі, отриманому на сталі У8А (ГВВ) на поверхні зафіксована густина дислокацій, яка становить 3, 7•1011 см-2, на глибині 30 мкм уже дорівнює 1, 1•1011 см-2, а на глибині 300 мкм, тобто в основній структурі, становить 0, 2•1011 см-2. Така ж закономірність зміни густини дислокацій спостерігається у білих шарах, отриманих на інших досліджуваних сталях та сірому чавуні. Зі збільшенням вмісту вуглецю у вихідній структурі сталі густина дислокацій у білому шарі збільшується.

У п’ятому розділі представлені результати впливу фрикційного зміцнення на зносостійкість при різних умовах тертя та на опір мало-, багатоцикловому і контактному втомному руйнуванню як на повітрі, так і у корозійних середовищах.

Дослідження показали, що під час тертя без мащення значно підвищується зносостійкість пари тертя чавун СЧ 20 – чавун СЧ 20 після фрикційного зміцнення, особливо при підвищених питомих навантаженнях. Так, при терті з питомим навантаженням Р = 0, 2 МПа інтенсивність зношування зміцнених і незміцнених кілець відрізняється несуттєво (у 1, 3-1, 4 рази). При збільшенні питомого навантаження від 0, 2 до 0, 4 МПа ефект поверхневого зміцнення значно зростає. Величина зношування кілець після фрикційного зміцнення зменшилася майже у 2, 6 рази, а вкладок – у 1, 8 рази у порівнянні зі зношуванням незміненої пари. Незміцнені кільця при питомому навантаженні Р = 0, 6 МПа пропрацювали лише 1 год. Після чого спостерігається інтенсивне зношування з виривом металу з поверхонь пари тертя. Зміцнені кільця у цьому випадку працюють нормально з переважанням окислювального зношування.

При терті з питомим навантаженням Р = 1 МПа інтенсивність зношування кілець зміцнених з використанням як технологічне середовище МХО-64а у 1, 3 рази менша, аніж після фрикційного зміцнення з