Технологічне забезпечення якості та експлуатаційних властивостей виробів параметрами імпульсної фрикційної обробки

Фрикційне зміцнення значно підвищує зносостійкість чавунної пари тертя у випадку зміцнення однієї з деталей тертя, а інша шліфована. При терті без мащення з питомим навантаженням Р = 0, 8 МПа пари, у якої зміцнені обидві деталі, зношування вкладок зменшилося на 10%, а зношування пластин збільшилося на 20%. Отже, для підвищення зносостійкості достатньо зміцнити лише одну з деталей пари тертя, більш технологічну.

При терті з граничним мащенням фрикційно зміцнених з використанням як технологічне середовище мінерального мастила чавунних кілець у парі з незміцненим вкладками при питомому навантаженні Р = 2 МПа, величина зношування їх зменшилася майже у 5 разів, а вкладок – у 4 рази. Після зміцнення з використанням МХО-64а величина зношування кілець зменшилася майже у 8 разів, а вкладок – у 6, 4 разів у порівнянні з незміцненою парою тертя.

При малих швидкостях ковзання (V = 0, 25 м/с) підвищення опору зношуванню при терті з граничним мащенням пари сталь 45 – сталь 45 досягає 2, 2-2, 5 разів. Зі збільшенням швидкості ковзання ефект фрикційного зміцнення збільшується. Найбільше підвищення опору зношуванню спостерігається при швидкості ковзання V = 1, 25 м/с і складає 2, 9-3, 2 разів.

Зміна питомого навантаження при терті у мастильно-абразивному середовищі пари чавун СЧ 20 – чавун СЧ 20 по різному впливає на інтенсивність зношування зміцнених та незміцнених пар тертя. Так, збільшення питомого навантаження до Р = 2 МПа приводить до різкого збільшення інтенсивності зношування незміцненої пари. При подальшому збільшенні питомого навантаження до P = 4, 5 МПа мало впливає на величину інтенсивності зношування. Збільшення навантаження до Р = 6 МПа знову приводить до різкого зростання інтенсивності зношування незміцненої пари. При зношуванні зміцнених пар із збільшенням питомого навантаження інтенсивність зношування поступово зростає. На всьому діапазоні досліджуваного питомого навантаження найбільший опір зношуванню має пара тертя зі зразками-кільцями після фрикційного зміцнення з використанням як технологічне середовище МХО-64а. Характер кривих зношування вкладок аналогічний кривим зношування кілець, які працювали з ними у парі. З цього слідує висновок, що для підвищення опору зношуванню пари тертя при терті ковзанням у мастильно-абразивному середовищі достатньо зміцнити лише одну деталь пари, більш технологічну.

Фрикційне зміцнення значно підвищує опір зношуванню при терті кочення із проковзуванням як сталей, так і чавуну в різних структурних станах. Так, зношування кілець з сталі 40Х (ГНВ) з білим шаром, що працювали в парі з верхніми кільцями зі сталі 40Х після тієї ж термічної обробки без білого шару зменшилося у 1, 7 разів, верхніх – на 30%, а зношування нижніх ГВВ з білим шаром кілець зменшилося у 3, 2 разу, верхніх після ГНВ без білого шару – майже у 2 рази у порівнянні зі зношуванням таких же кілець без білого шару. Зношування кілець зі сталі 40ХН (ГВВ) з білим шаром у парі з верхніми кільцями з сталі 40ХН (ГВВ) без білого шару зменшилося у 2, 2 і 3, 2 разу відповідно у порівнянні зі зношуванням шліфованих кілець.

Дослідження на фретинг-зношування без мащення пари сталь 40Х – бронза БрАЖН10-4-4 показали, що фрикційне зміцнення суттєво зменшує величину зношування як зразка, так і контрзразка, а також понижує усталений коефіцієнт тертя. Білий шар, отриманий з використанням як технологічне середовище МХО-64а, збільшує опір зношуванню у 1, 8 разів у порівнянні з незміцненою парою. У працюючих в парі бронзових контрзразків зносостійкість підвищилась у 1, 6 рази.

Білий шар має підвищену твердість, в’язкість, кількість залишкового аустеніту, густину дислокацій, підвищений вміст вуглецю та інших елементів, ніж мартенсит звичайного гартування. На зміцненій поверхні є велика кількість оксидів (до 30%), які сприяють формуванню якісних вторинних структур на контактуючих поверхнях пар тертя, а також більш сприятлива мікрогеометрія робочих поверхонь. Отримані властивості білого шару відповідають властивостям високоміцних матеріалів. Комплекс властивостей, якими володіють білі шари, сприяє покращанню умов процесу тертя, зменшує коефіцієнт тертя, температуру в зоні контакту, сповільнює процеси утворення і розповсюдження втомних тріщин та продуктів зношування.

Фрикційне зміцнення є ефективним технологічним методом підвищення зносостійкості сталі, також ефективно підвищує її опір втомному руйнуванню. Досліди показали, що опір втомному руйнуванню сталі 45 після фрикційного зміцнення зріс у 1, 4-1, 6 рази, сталі 40Х – у 1, 3-1, 4 рази, а сталі У8А – у 1, 3 рази. При дослідженнях у корозійному середовищі (3% -й NaCl) опір втомному руйнуванню різко зріс і складає від 3, 4-4, 1 разів на сталі 45 до 6, 6 разів на сталі У8А (рис. 9). При цьому слід відмітити, що фрикційне зміцнення з використанням як технологічне середовище МХО-64а набагато більше підвищує опір втомному руйнуванню, аніж зміцнення на тих режимах з використанням мінерального мастила.

Фрикційне зміцнення сталі 45 (ГНВ) з використанням мінерального мастила підвищує опір малоцикловому втомному