автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Закономерности сопротивляемости абразивному изнашиванию железоуглеродистых сталей и сплавов

Запорізький державний технічний університет

Бриков Михайло Миколайович

УДК 669.017:620.178.16

ЗАКОНОМІРНОСТІ ОПІРНОСТІ АБРАЗИВНОМУ ЗШШУВАННО ЗАЛІЗОВУГЛЕЦЕВИХ СТАЛЕЙ ТА СПЛАВІВ

05.02.04 - Тертя та зношування в машинах

АВТОРЕвЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Запоріжжя - 1838

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Запорізькому державному технічному університеті Міністерства освіта України

Науковий керівник -

доктор технічних наук, професор Попов Веніамін Степанович, запорізький державний технічний університет, завідуючий каОеярою "Обладнання та технологія зварювального виробництва"

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор каплун Віталій Григорович, Технологічний університет Поділля, проректор з науково-дослідної роботи

доктор технічних наук, професор внуков Юрій Миколайович Запорізький державний технічний університет, проректор з науково-дослідної роботи

Провідна установа -

національний технічний університет України "київський політехнічний інститут", каїелса "Відновлення деталей машин". Міністерства освіта України, м. Київ

Захист відбудеться "02- - Чїр&ЧІЇ іяя 8 р. гадині на

засіданні спеціалізованої вченої ради Д 17.052.01 при Запорізькому державному технічному університеті за адресою:

330063, м. Запоріжжя, вул. Жуковського, 64

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Запорізького державного технічного університету за адресою:

330063, м. Запоріжжя, вул. Жуковського, 64

Авторейерат розісланий "№" К^ІМНЯ іад 8 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

Волчок І.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТО

Актуальнігть попгїлріщ. Абразивний знос та захист вія нього є однією з центральним проблем науки та техніки. У промислово розвинених країнах вартість витрат, пов’язаних з заміною деталей, що підвладні абразивному зношуванню, складає не менше 4Х національного прибутку, а світове споживання призначених для їх виготовлення чорних металів досягає 2.5 млн тон на рік.

Оскільки зносостійкість - не стабільна характеристика матеріалу, а Функція його властивостей та умов, у яких відбувається зношування, очевидно, що тільки Фіксування умов тертя, тобто стандартизація випробувань, робить порівнюваними результата досліджень різних авторів та прискорює рішення проблеми з'ясування загальних закономірностей опірності абразивному зношуванню сталей та сплавів.

робота по стандартизації методу випробувань металевих матеріалів на абразивне зношування була почата більш 60 років тому та закінчилась у 1971 р. прийняттям ГОСТ 17367-71.

Проте стандартна методика до цього часу практично не використовується з-за, як відзначено у багатьох публікаціях, великої похибки визначення зносостійкості зразків, мо випробовуються, досягаючої 40Х - на порядок більш, ніж припустиш. У за’ язку з цим загальні закономірності абразивного зношування різних матеріалів досі не встановлені, а результати випробувань по нестандартних методиках мають, природне, тільки часткове значення.

З’ясування та усунення причин великих похибок розрахунків зносостійкості зразків під час стандартних випробувань дозволили б використовувати ГОСТовську методику для дослідження закономірностей опірності сталей та сплавів абразивному зношуванню, що вкрай актуально для науково-практичного напрямку "Тертя та зношування в машинах".

Метпп (тигептятт з’явилось визначення закономірностей опірності абразивному зношуванню залізовуглецевих сталей та сплавів, які не тільки самі широко використовуються для виготовлення деталей машин та устаткування, підвладних цьому виду руйнування, але є також основою хімскладу більшості зносостійких матеріалів. Досягти мети роботи можна було тільки, вирішивши такі часткові задачі.

1. На підставі дослідження особливостей випробувань металів та сплавів на абразивне зношування по стандартній методиці виявити та усунути причини, що викликають велику похибку під час розрахунку величини їх зносостійкості.

2. Розробити рекомендації по удосконаленню методики, дозволяючі забезпечити одержання експериментальних значень зносостійкості матеріалів, що випробовуються, з припустимою похибкою.

3. З'ясувати фактори, від яких залежить рівень зносостійкості залізовуглецевих сталей та сплавів та, використовуши удосконалену методику стандартних випробувань, визначити закономірності їх опірності абразивному зношуванню.

нзук-лр-а ипяи.чна пигротаїну. у результаті вперше проведеним комплексних досліджень методики стандартних випробувань металів та сплавів на абразивне зношування виявлені та усунені причини неприйнятно великої похибки визначення зносостійкості зразків. З використанням удосконаленої методики та нового підходу (диФерен-цування сталей та сплавів по системах легування та урахування структурного стану металевої матриці) вперш встановлені закономірності опірності абразивному зношуванню сталей та сплавів системи Ре-С у всьому можливому діапазоні вмісту вуглецю.

Ппяіпуинр адачрння ппрпжаних срлч.пугзтік- Удосконалена стандартна мэ тодика випробувань відкриває широкі можливості для визначення вкрай актуальних для теорії та практики загальних закономірностей опірності абразивному зношуванню сталей та сплавів

з

різни;! систем лзгувашя. встановлені закономірності опірності аб-оззианоиг задкуванню сталей та crus® 1 а систєіаі залізо-вуглець дозволяють більш обгрунтовано підходити до вибору матеріалу для деталей, підвладних у процесі експлуатації інтенсивному впливу абюзиву, а такоя е базою для подаяьшх досліджень законе мі снастей опірності абразивному зноиуванкв датованім сталей та сплавів.

На захист виносяться:

1. Удосконалення стандартно і матодаки випробувань металів та сплавів на абразивне знонування, які дозволяють, не гюрунусчи вимог ГОСТа, визначата значення зносостійкості випробуваним зразків з похибкою не більш декількох ВІДСОТКІВ.

2. Встановлені закономірності опіряості абразивному зношуванню сталей та сплавів системи Fe-c у всьому можяивоху діапазоні вмісту вуглецю.

3. Узагальнені діаграм "Відносна зносостійкість - твердість", що відображать закономірності опірності абсозшноиу зконування залізовуглецевих ставея та сплавів з урахуванням їх структурного стану.

Робота викопана згідно з планом шглсово-дослідних робіт здіу:

- Б5 05011. N д.р. 013100241S7 "розробка наукових основ створення зносостійких сталей та сплавів для різних умов . зкояу-

ваияя";

- ДБ 05014, N д.р. 0194Ш48І61 "розробка наукових основ визначання иайбільи прийнятних типів егшшв та їх оптимального структурного стану для різник заданих уиов зномування".

Апробація побоши. основні результати роботи були доповідані та обговорені на VI міжнародної науково-технічної конференції "Козі констоукційні сталі та сплави та изтодн їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів", Запоріжжя, 19S5; міянщзодної конференції "Зносостійкість та надійність малин", Хмельницький, 1996: кдфздралькнх та каккафадральюш семінарах

ЗДІУ.

пи^дыгят v вздальтата дослідязнь відображені у 5 публи-каціяи.

рддяступа та nfirar пмгрптант. Дисертація складається з вступу, п’ята розділів, висновків, списку літератури та додатна, викладена на 102 crop, друкованого тексту, ні стать 29 рис.. 10 табл., список літератури з 138 найменувань, податок на 2 стор.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТО

V nrmmi розглянуто актуальність теад. мету та задачі дослідження, наукову новизну та практичну цінність робота.

у прпвпму пячпілі на підставі аналізу літературних даних показано. ш спроби оцінити рівень зносостійкості вуглецевих сталей та сплавів підприямалмсь неодноразово. Проте у опублікованих роботах розглядалась тільки обьеягка. досить мала частина всієї системи Fe-C. Не винятком є я маючі світову відомість результати доелідяень М.М.Хрущова та М.О. Бабічава, подані у вигляді діаграми "Відносна зносостійкість - твердість".

Здавалось би. до поява у 1971 р. ГОСТа С17367-71) на випробування металів та сплавів на абразивне зношування дозволяє ліквідувати цга пропуск, проте стандартна методика не одержала широкого розповсхяяення з-за великих похибок визначення величини зносостійкості зразків, а результата нестандартних випробувань не можуть бути віднесені до загальних закономірностей та мать тільки частковий характер.

По результатах огляду зроблено висновки та обгрунтовано ш-ту та задачі досліднень.

V другому рпяпілі подано методику проведення доелідяень. Випробування проводили на матчі Х4-Б, яка раніме використовувалась М-М-Хруиовым та М.О.Бабічєвьа. so дозволило уникнути до дат-

¡tosía поиибок, пов'язаних з виготовленням нової установки.

діапазон кодаштхздї вуглешо у випробуваних зразках - віл технічно чистого заліза до 4.32. Зразки з концентрацією вуглеии до 1.2* одержані з стандаетких сталей ста. 45. 50. № та У12.

Сплави для зразків з більш високим вмістом вуглецз С ДО 4.3X1 виплавлєни у лабораторної пічі. Насичення вуглецем проводили електродним Роєм. Зразки одержували з розплаву иляхом витяжки у кваидаві трубки внутрішнім діештоом 2 мм.

Для випробувань на абразивна зношування застосовували едек-трокорундову абразивну вкурку на тканевої основі ВСУ2 14А 8П з С ГОСТ 27181-86), яка задовольняє двом основним вимогам стандартної методики випробувань:

- максимальний розмір зерна абразиву не нош пера вищупати іоо

МІС

- твердість абразиву повинна перевидавати твердість випробуваного матеріалу нз ивнш, ні я у 1.5 рази сшстаяьна твердість випробуваних зразків складала 9.88 ГПа. твердість аЕсазиау - 22 ГПа).

Еталоном при проввденні випробував, на абразивне зношування служила відпалена сталь УЗ заводського виготовлення.

Теєодісгь виміряли на торці зразків на переносному твердомірі типу Виккерса мв-l при навантажкні 83.8 н. Розміри відбито з при такому нгзантазкші дозволяли наносити декілька уколів без перешііфсвувакня зразка,

обробку результатів вкжршань зносостійкості та твердості, проводили з використанням иетодів матенатачної статастики.

Термообробку зразків проводили у пічі опору СУШЮ. 25.1.1/12МР-КЗ з ніхромовими нагрівачаки. 'Пзигтараггуру виміряли за допомогою термопари ХА у котлексі з цифровим кон-ТРО«гМ>-КЄРУВЧИМ приладом А-565-003-02.

Зразки зважували на лаборатории аналітичних терезах АДВ-200

в

з шноа поділення вкади о.оош. г.

іші парамвда! методики з’явились предштаи спеціальних нап-с^юних дослідяень, що дозволиш досягти нвти та виріштн задачі, передбачені у дисертації.

V третьому помлілі дослідмани особливості стандартних випробувань металів та сплавів на абразивне зноиуазння з метоп з’ясування та усунення причин неприйнятних похибок визначення ЗНОСОСТІЙКОСТІ зразків.

Оскільки стандарт допускає визначати знос як по втраті маси, так і по зміненнв лінійних розмірів зразків, розглянуті причини похибок, виникаших при використавші кожного з цих способів.

Точність вимімвання втрата маси зважуванням на аналітичних терезах складає 1 мг. ТЬді у припуценні допустимої 42 помилки мінімально припустимий масовий знос зразку та еталону складає 5 мг. При цьому найбільша відносна похибка визначення відносної зносостійкості (£) не перевидать 82. Проте випробування матеріалів з істото різноп вільністю декілька ускладнюють обробку результатів, ю привело до більш високого визначення величини зноса зразків та еталону по зиіненню їх лінійних розмірів у результаті зношування. Але при цьому похибки розрахунку відносної зносостійкості виявляються значно вяве. ні« лей зважувати

Низька точність вимірювального інструменту. При лінійному зносі зразків у мвжах

0.2...о,з ш заичаяккй шкроматр сиіна поділення шкали а.Оі шз є досить грубим інструментом. У результаті похибка визначення відносної зносостійкості випробуваних зразків досягає 132.

Але як з'ясувалось у результаті подальших досліджень, навіть п'ятиразове підвищення точності вимірювання величини лінійного зноса зразків (оптичний мікроскоп не вирішує проблему похибки з-за нахилу зразків до площини тертя та їх нагріву у процесі зноиування.

Нанил зразків до плоаиии тертя.

Пси розрахунку відносної зносостійкості по формулі, ио передбачаться стандартом, зношений об'єм СдУ) вважається правильним циліндрам. Проте принципи конструкції машини, ко реалізує стандарті випробування снаминучия іш у парі цанга - спряшауо-чий отвір штока), та дівчи на зразок у горизонтальній площині сиди (сила тертя при обертанні диска їа та сила тяги итака Ии (рис.

і, аз не дозволяють забезпечити перпендикулярність зразку поверхні тертя. Результуюча Ро віддаляє цангу у межах лазу, тому вісь зразку при випробуваннях завади має відхилення від перпанди-куляру до площини тертя, яке може характеризуватися величиною Ь Срис. 1, б).

а 5 б

Рио. 1 Нзпвш8ндкку.кясіні.сть зоазко площині таотя: а - скли, ио

діють на звазок: б - зслзок після знпсобувония; в - дійсно зношений оЗт/ем у загальному випадку

Еадичика нахилу зразку при кожному циклі випробувань випадкова тому ДІЙСНО зношений 05’ЄМ СдУдЗ Е ЦИЛІНДРОМ. основи якого мають різне значення ь Срис. і, в). Тоді: .

дУя - 5- д!У4 - З-сі«- Ьі/а. + 5- й2. Ь2/8. (13

Абсолютна різниця між дУ та дУя складає:

IaV - дУдІ - CS d2. Ihx - bzD/8. . £23

a відносна:

UV - дУл!/дУа - Ihi - h2) /С2ДІ. - thi - h233 C33

Згідно С33 при використанні лінійного зноса у визначення

зношеного об'єму вноситься похибка С чисельник у правій частині не дорівнює НУЛЮ), для оцінки якої необхідна ВИШ РИТИ величини h.

Для вимірввання величини h була розроблена спеціальна методика - визначення положення площини тертя у просторі С рис. 23. за

допомогою якої у серії випробувань визначені значення h та сукупність значень Іhi-hzl. діапазон значень величини h склав ооо... 0.10 мм. Яээ-поділення значень величини thi - h2l показало, що приблизно у іШ випадків вони знаходяться у межах 0.01..0.04 мм. Саме цей діапазон слід вважати найбільш ймовірним при випробуваннях по стандартній мзтодиш, та в» й гази добра му стані установки, бо визначення h проводили одразу після ремонту цанги, коли лга у парі цанга - вггок був мінімальним. Графічне подання виразу С 33 с рис. 33 відображає залежність відносної похибки то аносииться у визначення Е від лінійного зноса зразку. Діапазон найбільш ймовірних значень похибок заштрихован.

Слід відзначити, що при збільшенні люзу у парі цанга - шток діапазон найбільш ймовірних значень Ihi - tel розширитимзгься. що приведе до збільшення похибки визначення ВІДНОСНОЇ ЗНОСОСТІЙКОСТІ С див. рис. зз. таким чином, при випробуваннях по гост 1738771 та визначенні! зноса зразків по змінанню їх довжини у результат розрахунку £ вносяться дві основні випадкові похибки:

Рис.Z Схема визначання величини h

0,55 |hrh2|,MM

40 \

О, Ю

neptsa - до 132. з-за використання ишіршаїькога інстоумвнту низької точності сміксоматоз, друга - 15Х Спри доброму стані машиниЗ, та більш, як наслідок нахилу зразку ш поверхні тертя.

Проведені ДОСЛІДЖЕННЯ

свідчать про те. що необхідно Di діла витись від використання лінійного зноса, та розраховувати

ДОСЛІДЖЕННЯ

0,2 0,3 0,4 0,5 аіоедмм відносну зносостійкість по втраті

лінійного зносу зрадкя начення величини зносу, та величини І Пі-Ьг1

Нагрів поверхні тертя. ГОСТ 17367-71 п. 3.10 вимагає ділити лист абразивноя шкурки на два рівних шляхи тертя для випробування еталону та зразку, проте у зв'язку зі збільшенням швидкості ковзання по азразиву при русі по спиралі умови тертя на внутрішньому та зовнішньому ділянках диску неоднакові снагрів поверхні тертя зразків до 75° с на зовнішньому радіусіз.

Експериментально встановлено, що при випробуваннях залізовуглецевих сталей та сплавів такий нагрів викликає систематичну похибку визначення величини відносної зносостійкості на рівні 8Х Ця похибка иоже бути компенсована поправчим коефіцієнтом.

У цетваотпму рпягі.їїГ подані удосконалення методики стандартних випробувань шталів та сплавів на абразивне зношування.

випробуваних зразків з довірчим інтервалом, на перевищуючим

маси зразку та еталону. У цьому Рио.з Залежність відносної ' випадку геометрія зношеного об'єму

які дозволяють одержувати значення відносної зносостійкості

декількох відсотків.

оскільки ГОСТ дозволяє визначення величини зкоса зразків як по зміненим довжини, так і по втраті маси, виключення одного з способів вимірювання не є порушенням стандарту. Тому рекомендовані поправки на порушують, а тільки уточншгь деякі палоквння ГОСТ 17367-71 що до методу визначення зноса еталону та зразків.

Таким чином, з’ясування та усунення причин великих похибок визначень величини відносної зносостійкості при стандартних випробуваннях дозволили удосконалити методику та використовувати її для з'ясування закономірностей спротиву сталей та сплавів абразивному зношуванню.

П’ятая итчпі п Результати багаторічних дослідам. М.М.Хрущова та М.О. Бабічева. остаточно зформульовані у 1870 р. та подані у вигляді діаграми "Відносна зносостійкість СЄ) - твердість СЮ", відображають сучасний рівень досягнень трибології пво олішість сталей та сплавів абразивному зношування. Проте ця діаграма містить тільки малу частину всієї системи Ре-С та не у всьому можливому діапазоні структурного стану сплавів.

У нашій роботі досліджено опірність аЗразивному зношуванню залізовуглецевих сталей та сплавів у максимальна широкому діапазоні вмісту вуглеці) - від практично чистого заліза до вмісту вуг-леив 4. ЗХ при всіх можливих типах структурного стану металевої матриці СФерит, мартенсит, аустеніит).

Феритні сплави. У результаті випробувань встановлено. ш підвиаення вмісту карбідної Фази у Феритній матриці (відлатаний стан) природне збільшує твердість сплавів (рис. 4, аЗ. Зростає при цьому також і зносостійкість, але значно меті інтенсивно, ніж зносостійкість чистих і«таліа. Тому залежність е-КНУ) для відпалених залізовуглецевих стале« та сплавів знаходиться праві» залежності дяя ке талі в С карбіди більм істотас підвшувгь твердість, ніж зносостійкість) та не є псягов.

И'/.ГПа ,

а 6 Ь

Рис, 4 Відносна зносостійкість <£) заяа>яяд від твепяості СНУ5 оізгео; матам.«ліа: а - технічко ’чисті №тш та зілпалвні, залізовуглецеві сталі Сі - СтЗ: 2 - сталь 45: 3 - УЗ: 4 - У12) та сшм-еи <3 - 2. ОХ С: С - 3. 3% С: 7 — 4.3% О: б - доевтектоідиі сталі

з наптанситкоа метоиіми Сі) та заеатектоіяні стеши та сплсви після гагггу кв майтексит С2): а - сплав 2.0% С після гаюту віл січної тпмпвсатуои ( тємлеіжус» гедтз/ваннй: 1 - 1130° С: 2 -

9ЄЗ° а- 3 - 350° С: 4 - 755'3 о

Зносостійкість мартенситу. Встановлено Срі(с. 4, б, залежність 1), ио зносостійкість сталая зі структурою мартенситу с гартування або гартування та відпуск до зсо° С сталгя з концентрацією вугляцо до 0.8%) однозначно визначаються таярдіста. Наприклад, після гарту на мартенсит твгшнсто сталі 45 значно нижче твердості сталі УЗ. проте твердість загартованої сталі У8 можна знизити відпуском, і легко пілібрати таку його температуру, коли твердість загартованої сталі 45 біда доріенеялтк твердості загартованої та відпущеної сталі УЗ. їх зносостійкість при цьому також однакова.

Згідно встановленої залеяиосгі, навіть невелика знияення тагпаості істотно знижує зносостійкість мартенситу. Тому, всупереч традиційній душі, аіят/скати загартовані деталі, призначені

для роботи в умовах інтенсивного абразивного зношування, слід тільки при необхідності та при мсшиво більм низькій температурі.

сплави із структуро*) мартенсит+ карбіди. При з’ясуванні впливу надмірної карбідної фази на опірність абразивною зношуванню сплавів з наргенситаою матрицею встановлено, що зносостійкість всій загартованих на мартенсит загвтектоідних сплавів з вмістом вуглецю до 4. зх однакова (шв. рис. 4, б, горизонталь ¡а та знаходиться на оточу рівні з зносостійкістю загартованої сталі У8. Не давлячись на більш високу, ніж у мартексита, твердість цементит не збільшує зносостійкість загартованих заевтектсїдиих сталей та чавунів.

залишковий аустеніт. Встановлено, що підвицення вмісту у структурі сплавів залииашвого аустеніту збільшує зносостійкість, на дивлячись на зниження таердості срис.

4, в), сплави з максимальний вмістом залишкового аустеніту володіють також максимально можлизов зносостійкіста серед сплавів системи Fg-C При цьому поява у структурі більш таердик юртекеи-ту aso цементиту знижує зносостійкість, не дивлячись на Підведення ВИКІДНОІ твердості.

Результати стандартних випробувань нелегованих залізовуглецевих сгалея тй сплавів дозволили визначити закономірності їх опірності абразивному зношуванню, які зручно подати у вигляді узагальнених діаграм "Відносна зносостійкість СЕ) - твердість CHV5”, що враховують структурний стан иатагевої матриці Срис. 5).

Кожна лінія повної діаграми Срис. 5, а) характеризує залежність e-FCHV) для сплавів з певним типом структури, а області між циии лініями є численністю сплавів проміжного структурного стану.

діаграма складається з чотирьох основних та однієї допоміжної ліній, основні лінії СА. В, с, Ш відображають ■ залежності E-fCHV) для сплавів з структурою Ферит + цементит, мартен-

а 5

Рио.5 Узагалі, кзиі діагоами "Відносна зносостійкість СЄ> -твердість СНУ)" для сплаві а системи Тт-С з урахуванням їх стімлс-туиюго стану: а - повна діагоама:

А - Сесялчкасбіси: В - иавтансит з оізним вмістом вуглаїдо С 2 _ СтЗ; з - У8 після гаоту та вівпуску пси 300° С: 4 - У8 після галту без відпуску); С - маслонсит гаслу - каобіди: О - заввтек-

тоїяні сплави після гаоту на залишковий аустеніт С8 — сплав 2:Ох С після гасггу на максимальний вміст аустеніту): Е - звватвгстоївні сплави після гаоту на мартенсит та відпуску пси 300° с С5 - сплав 4.3* О:

б - спссшака діагоама:

1 - Фаоит «■ каобіш СвілпалениЯ стан): 2 - маотвнеит з оізним вмістом вуглашк 3 - мартенсит ■* каобіди: 4 - залимсовиЯ аус-

твніт •» мартенсит ■» каобіиди

сит. мартенеит+цеиентат. аустеніт Сауствніт+мгютенсит+шіентит) відловілад.

Лінія А з'єднує точки Ге та Разе та відносяться до сплавів з Феритною иатщші) та змінною кількістю карбідної Фази (відпалені сплави). Пунктірна ділянка - теоретична місив точок, пю характе-ризувть заевтектичні сплави, які практично неможливо одержати без

присутності вільного графіту.

Лінія В - доевтвктоідні сплави із структурою мартенситу з різним вмістом вуглецю, такий структурний стан забезпечується гартуванням без відпуску або гартуванням із відпуском до 300° С Д09БТВКТ0Їдних сталей та сталі УВ. Точка 2 на лінії в відповідає сплаву із структурою мартенситу при мінімально можливої твердості» отриманої шляхом гартування та відпуску при < 300° С зразків із сталі сгз. пунктирна ділянка лінії В між Ре та точко»

2 відповідає сплавам, які важко загартували на мартенсит навіть у лабораторних умовах.

Точка 4, що відповідає загартованої сталі У8, є ієною для лінії Е. При більш високому вмісті вуглецю сплави після гарту првдбуваюгь маетенситну матрицю з включенням надмірних карби дів, такі сплави характеризуються горизонталлю с, яка наочно ілюструє рівність зносостійкості цементиту та мартенситу з концентрацією вуглецю 0.8%. Підвищення вмісту вуглецю у загартованих заавтектохдних сплавах на збільшує їх зносостійкості, не дивлячись на деякий зріст вихідної твердості.

Тачка 3 на лінії Е відповідає загартованої та відпущеної при 300° с сталі УЗ. ця точка є критичною, оскільки при збільшенні вмісту вуглецю поверх евтеютїдного у структурі сплаву після гарту та відпуску при 300° С буде присутніа цементит. Точки для зазвтектоїдних сплавів після такої термообробки вяа не знаходяться на лінії в. їх сукупність створює допоміжну лінію Е. яка з’єднує точки 3 та РезС. Точка 5 на лінії Е відповідає сплаву з концентрацією вуглецю 4.3% після гарту та відпуску при ЗОСР с, а пунктирна ділянка між точками 5 та РезС - заавте¡стичним сплавам після такої ж термообробки, які практично неможливо одержати без включень вільного графіту.

Опірність зношуванню сплавів із структурою аустеніту характеризується лінією & яка відповідає залежності е«ГСШ для спла-

ву з концентрацією вуглецю 2.02. Проте з нею збігать всі залежності для заєвтектоїдних сплавів що мають у структурі після гарту залииковий аустеніт.

Окрім ліній на діаграмі є дві області, ио характеризует» рівань зносостійкості сплавів з проміжними структурами металевої матриці та мащенсито карбідних сплавів після гавту та відпуску.

Периа область обмежена зверку лінієп А, а знизу лінією Ре-2-3-5-РозС Це - сплави з проміжною «Еритоцвшнтатеою структурою основи різного ступеню дисперсності (гартування, відпуск вище 300° о.

Друга область обмежена контуром: лінія В між точкам 3 та 4. лінія с та лінія Е. Тут розтаневані заевтекто!дні сплави з мар-тенситнаю структуро» основи Сдоевтектоїдні з структурою мартенситу знаходяться на лінії В).

Спрощена, більш зручна для практичного використання діаграма е-НУ С рис 5. 63 не містить деяких подробиць, мо мають сугубо теоретичне значення, але відображає основну істоту закономірностей спротиву залізовуглецевих сталей та сплавів абразивному зношуванню.

з діаграми слід, ио касбідна фаза не в однаковій мірі та навіть не завжди збільшує зносостійкість. Істотне значення має тип матриці, у якій знаходяться карбіди.

у відпаленому стані сферитна матриця} зносостійкість сталей та сплавів змінюється пропорційно кількості карбідів С крива 13. Чим більш міститься карбідів у феритній основі сплаву, там вище його твердість та зносостійкість.

Збільшення вмісту карбідної Фази у сплавах з мартенситною основою не підвищує ЇХ зносостійкості. При будь-якому вміст! вуглецю всі сплави від сталі У8 до заевтектичних білих чавунів після гарту на максимальну твердість (мартенситна матриця) во-

лодіюгь однаковою опірністю зношуванню с горизонталь 3).

Зносостійкість мартенситу однозначно залежить від вмісту в ньому вуглецю. Менші концентрації вуглецю у мартенситі відповідать більш низькі його твердость та зносостійкість С крива 2). Причому, не має значення, чим викликано зниження твердості мартенситу - недостатнім вмістом вуглецю Стартування без відпуску мало- та середньовуглецееик сталей) або відпуском загартованих вуглецевих Сдо УВІ сталей.

Найбільшії зносостійкістю володіють сплави із структурою залишкового аустеніту Спряма 45. Чим більш у металевій матриці залишкового аустеніту, тим нижче твердість, але вище зносостійкість. Зниження кількості залишкового аустеніту у сплаві за рахунок мартенсити складової або карбідної Фази знижує його спротив зношуванню, не дивлячись на підвищення вихідної твердості.

Таким чином, подані діаграми дають можливість обґрунтовано підходити да вибору матеріалу для різних деталей, підвладнин у процесі експлуатації інтенсивному абразивному зношуванню, та доз. водять зформулшати рекомендації по практичному використанню результатів досліджень:

- застосування білих чавунів як зносостійкого матеріалу недоцільно. Не дивлячись на високий вміст карбіднії фази їх спротив зношуванню невисокий, незалежно від структурного стану основи. Використання сталей дозволяє досягати більші зносостійкості, а відсутність або вкрай невисокий вміст цементиту у їх структурі визначає також більш високу експлуатаційну надійність деталей:

- при використанні традиційного способу підвищення зносостійкості деталей Стартування та низький відпуск) слід використовувати сталі з концентрацією вуглецю не вище евтектоідної, оскільки надмірний цементит не збільшує зносостійкість сталей з мартенситкою основою, та проводити відпуск при можливо більш низькій температурі, тому шд підвищення температури відпуску

різко знижує зносостійкість мартенситу:

- найбільш зносостійкими у відзначених умовах є сплави з максимально можливий вмістом залишкового аустеніту. При появі у такої структурі як мартенситу, так і иешититу опірність зношуванню знижується, ке дивлячись на підвищення вихідної твердості.

висновки

Комплексні дослідження методики стандартних сгост 17367-71) випробувань металів та сплавів на абразивне зношування дозволили виявити та усунути причини неприйнятно великої похибки визначення зносостійкості зразків. З використанням удосконаленої мвтоди-ки та нового підходу сдиференцування сталей та сплавів по системах легування та урахування структурного стану металевої матриці) встановлені загальні закономірності опірності абразивному зношування залізовуглецевих сталей та сплавів, що є вкрай актуальним для науково-практичного напрямку "Тертя та зношування в малинах".

1. Стандартна методика випробувань металевих матеріалів на абразивна зношування до цього часу практично не використовується з-за великої похибки визначення величини зносостійкості зразків, досягаю»! возе, що на порядок більш, ні* припустиш. V зв'язку з цим загальні закономірності опірності абразивному зношуванні) залізовуглецевих сталей та сплавів досі не встановлені, а результата випробувань по нестандартних методиках мвггь, природне, тільки часткове значення.

2. Встановлено, що неприйнятні похибки визначення рівня зносостійкості при стандартних випробуваннях зумовлені тахиш причинами: низькою точністю вммірсвагьного інструменту, рекомендованого ГОСТом для вимірювання лінійного зноса зразків С похибка до ІЗ*): нахилом зразків до площини тертя (похибка 15Х та більш); нагрівом зношуваної шве гані у процесі випробування с похибка

близько 8X2.

3. оцінка зносу зразків тільки по втрап маси та компенсація похибки, пов'язано); з нагрівом поверхні тертя зразків, за допомогою попоавчого коефіцієнту дозволяють без порушення госта на порядок зменшити шжшви похибки результатів випробувань та визначата рівень зносостійкості металів та сплавів у стандартних умовах абразивного зношування з довірчим інтервалом, ке перевищуючим декількох відсотків.

4. З використанням удосконаленої методики досліджену особливості опірності абразивному зношуванню залізовуглецевих сплавів пси всіх можливих типах металевої матшці та різній кількості карбідної фази, щр дозволило визначити загальні закономірності олірності сплавів системи Ре~С абразивному зношуванню.

5. Встановлені закономірності опірності абразивному зношуванню сталей та сплавів системи залізо-вуглець подані у вигляді узагальнених діаграм "Відносна зносостійкість - твердість". Діаграми наочно ілюструють зносостійкість залізовуглецевих сплавів залежно від їх структурного стану та дозволять більш обґрунтовано підходите до вибору матеріалу для деталей, підвладних у процесі експлуатації інтенсивному абразивному впливу.

Окрім того, діаграми є базою для дослідження закономірностей абразивного зношування легованих сталей та сплавів, подібно диаграмі Ре-С у істалознавстві.

СГИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Брыков М.Н. Усовершенствование методики испытаний на машине Х4-Б // Сборник научных трудов кафедры "Оборудование и технология сварочного производства“. - Запорожье: Запорожский гос. ТВХН. УН-Т. - 1994. - С.44-45.

2. Брыков М. Н. Сопротивляемость абразивному изнашивании железоуглеродистая сплавов со структурой остаточного аустетта в условиях стандартных испытаний // Гоуды меящунао. клно. "Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обоработки”. - часть 3.

- Запорожье: Запорожский гос. теки. ун-т. - 1995. - с. 82.

3. Брыков М.Н. ПоЕьпаэние точности определения величины износа при испытаниях на машне Х4-Б // Проблеми трибології СРгоЬІеік ОГ ТгіЬоіоеу). - 1Э96. - N2. - С.7-11.

4. Брыкоа М. Н. Влияние нагрева поверхности трения на точность определения относительной износостойкости при стандартных испытаниях // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні: Збірник наукових праць запорізького держ. техн. ун-та.

- 1997. - N1-2. - С. 67-63.

5. Брыков М. Н. Влияние типа металлической матрицы на сопротивляемость жлезсуглеродмстых сплавов абразивному изнашивании // Нові матеріали і технології в шталургії та машинобудуванні: Збірник наукових праць Запорізького держ. техн. ун-та. - 1997. -N1-2. - с. 26-г?.

Анотація

Бриков М.н. закономірності опірності абразивному зношуванню залізовуглецевих сталей та сплавів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спсціальніств 05.02.04 - тертя та зношування в машинах. - Запорізький державний технічний університет, Запоріжжя, 1993.

Встановлені причини неприйнятно низької точності результатів випробувань металів та сплавів на абразивне зношування по стандартній методиці с ГОСТ 17367-713. Для кожної з причин виконана кількісна оцінка похибок шо вносяться у розрахунок зносос-

тіЯкості зразків. Запропоновані удосконалення методики, які дозволяють без порушення вимог -стандарту на порядок збільшити точність результатів випробувань, з використанням удосконаленої методики визначені закономірності опірності абразивному зношуванню сталей та сплавів системи ¥е-С.- які подані у вигляді узагальнених структурних діаграм "Відносна зносостійкість -твердість”. ' .

Ключові слова: залізовуглецеві сталі та сплави, абразивне зношування, закономірності опірності, зносостійкість, твердість, ГОСТ 17367-71, похибки, оцінка, удосконалення матодики.

Аннотация

Бшков. М. Н. закономерности сопротивляемости абразивному изнашиванию железоуглеродистых сталей и сплавов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.04 - трение и изнашивание в машинах. - Запорожский государственный технический университет, Запорожье, 1898.

Установлены причины неприемлемо низкой точноста результатов испытаний металлов и сплавов на абразивное изнашивание по стандартной методике С ГОСТ 17367-713. Для каждой из причин выполнена количественная оценка погрешностей, вносил,™ а расчет износостойкости образцов. Предложены усовершенствования методики, позволявшие бей нарушения требовании стандарта на порядок увеличить точность результатов испытаний, с использованием усовершенствованной методики определены закономерности сопротивляемости абразивному изнашиванию сталей и сплавов системы Ее-С, которые представлены в вида обобщенных структурных диаграмм "Относительная износостойкость - твердость".

Ключевыэ слова: железоуглеродистые стали и сплавы, абразивное изнашивание, закономерности сопротивляемости, износостойкость, твердость. ГОСТ 17367-71. погрешности, оиенка. усовершенствование методики.

Summary

Brykov М. N. The Regularities of Plain Carbon Steels and Alloys Abrasive Wear Resistance. - Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by speciality 05.02.04 -friction and wear in roashines. - Zaporozhye State Technical University. Zaporozhye. 1998.

The reasons of extremely low results accuracy while metals and alloys abrasive wear standard testing СГ0СТ 17367—713 are determined. The quantity estimations of sample wear resistance calculation error are made for each reason. The technique improvement that allows to Increase the testing results accuracy approximately ten times without breaking of standard demands are proposed. The employment of improved technique allowed to determine the regularities of Fe-C steels and alloys abrasive wear resistance which are presented as common structural diagrams "Relative wear resistance - Hardness".

Key words: plain carbon steels and alloys, abrasiwe wear, resistance regularities, wear resistance, hardness, ГОСТ 17367-71, errors, estimation, technique Improvement.

Підписано до друку 10.04.98. 1 п.л.

Тираж 100 прим. Зам. №456 330600 м.Запоріжжя, ЗДТУ, Друкарня, вул.Гоголя, 64