Файл: Филяев А.Т. Исследование износостойкости сталей, упрочненных наклепом.pdf

живать нагрузку, равную тысячам килограммов на квадратный сантиметр. В то же время такая масляная пленка оказывается вполне достаточной, чтобы запол­ нить углубления неровностей, вследствие чего выступы уже не могут входить в зацепление на всю свою высоту из-за несжимаемости жидкости. Толщина масляного слоя значительно превосходит размер двух-трех молекул (радиус действия молекулярных сил), чем препятствует силам молекулярного взаимодействия поверхностей тре­ ния. Силы трепня при граничной смазке проявляются только между адсорбированными пленками, при этом износ деталей, как правило, минимальный. Взаимодейст­ вие поверхностей в присутствии граничного слоя при контакте и трепни характеризуется совокупностью тесно связанных между собой явлений, протекающих в моле­ кулярной структуре граничного слоя, на фазовых поверх­ ностях и в прилежащих слоях металла.

Таким образом, в одном случае граничное трение может способствовать форсированному износу пар тре­ ния, в другом — благоприятно сказываться на их долго­ вечности. Пока встречается чаще первое, для более глу­ бокого познания происходящих процессов нужны даль­ нейшие исследования.

В настоящих исследованиях износ пар трепня подчиня­ ется общей закономерности, он характеризуется тремя основными периодами: приработки, нормальной работы и форсированного (аварийного) износа.

Период приработки характеризовался наиболее ин­ тенсивным износом сталей, период нормальной работы — более стабильным износом. Аварийный износ в экспери­ ментах отсутствовал, так как увеличения зазоров в со­ пряжении при данной методике испытаний не было. Только при чрезмерном разжижении смазки, нарушении масляной пленки возникали условия, характерные для «полусухого» трепня. В этом случае износ был чрезвы­ чайно большой, а качественные показатели иными. Не­ редко отмечались задиры и схватывание поверхностей. Форма, размеры и характер сопряжения образца и контр­ тела приведены на рис. 33. Продолжительность испыта­ ний во всех случаях устанавливалась опытным путем ис­ ходя из величины ощутимого износа. С целью получения возможности применения экспериментальных данных и полученных на их основе выводов к парам трения, имею-

1 0 8

тми иную площадь и путь трения, абсолютный износ об­ разцов отнесен к единице площади и единице пути трения. Удельный износ (/), интенсивность изнашивания (Лг), износостойкость (№) it затраченная работа трения (.4), взятые вместе, дали более полную картину процесса, а также позволили провести сравнение сталей разного хи­ мического состава в зависимости от вида механической обработки поверхности.

На процесс трения и износ деталей оказывают сущест­ венное влияние упругие колебания, которые зависят от

высоты мпкроперовностей, микропрофиля поверхности и других геометрических параметров сопряжения. Источ­ ником колебаний могут быть периодические импульсы, присущие, например, двигателям внутреннего сгорания, или силы инерции движущихся масс. Эксперименты по­ казали, что внешний возбудитель колебаний сопряжения особенно в диапазоне ультразвуковых частот оказывает влияние на изменение момента трения, времени приработ­ ки, износа поверхностей, кавитационные и другие про­ цессы, протекающие в граничных слоях смазки [164]. В исследуемом диапазоне нагрузок под действием высоко­ частотных колебаний момент трения снижается на 40— 45%, а износ поверхности растет. Эта закономерность сохраняется и после периода приработки. При изучении

1 0 9

процесса трепня и износа детален отмечены явления ка­ витации смазки, образование потоков жидкости, форма и интенсивность которых зависят от мнкропрофиля поверх­ ности. В виду того что расстояние между, сопряженными поверхностями чрезвычайно мало, оно проявляет себя как капилляр, обеспечивающий подачу смазки и снижение момента трения. Под действием внешнего возбудителя, усиливающего энергию упругих колебаний, происходят чередующиеся деформации сжатия и растяжения, что вызывает увеличение температуры говерхностных слоев, деталей, возникновение динамических явлении в зоне тре­ пня и увеличение износа.

Результаты исследований показывают, что поверх­ ность, обкатанная по опти­ мальным режимам, имеет повышенную твердость и благоприятный для смазки микропрофнль (рис. 34). Увеличение несущей способ­ ности поверхности повышает

Рис. 34. Изменение твердости по­

ее износостойкость. Эти свойства, как и сокращение вре­ мени приработки, увеличивают период нормальной рабо­ ты сопряжения. Образцы, получившие оптимальный и даже незначительный наклеп, прирабатывались быстрее шлифованных и переиаклепаниых (рис. 35, 36).

У обкатанных образцов по сравнению со шлифован­ ными в начале приработки не обнаружено скачкообраз­ ного износа. Наоборот, на большом отрезке пути отме­ чена стабильность условий трения, которые обеспечива­ ли более постоянную интенсивность изнашивания и тем самым увеличивали время нормальной работы сопряже­

но

пия. Эта закономерность отмечена для всех исследуемых сталей. Время приработки зависело от химического со­ става и физико-механических свойств сталей: оно меньше для стали 15 и постепенно увеличивается соответственно росту углерода в стали.

Износ в период приработки оказался наименьшим у образцов, обкатанных по оптимальным режимам. Так, например, за 18,8 км пути трения для стали 15 он равен 0,405 мг/км-см2, для стали 45—0,130, для стали 35— 0,133, для стали 45Г2—0,083 мг/км-см2, что составляет 43—66% от износа шлифованных поверхностен за этот же путь. Характерным для средпеуглеродистых ста-

I , м г /км -с м 2 VJЮ1Н:Км/мг

Рис. 35. Износ и износостойкость сталей, упрочненных ППД: по­ верхность детален обкатана соответственно с. усилиями: 4,9, 9,8, 14,7, 19,6. 24,5 кН (1—5 — износ; 7—11 — износостойкость); поверхность шлифованная: 6 — износ; 12 — износостойкость

Ш

леTi было то, что в период приработки износ более интен­ сивно протекал ближе к торцам образца, образующая которого принимала форму дуги с определенным радиу­ сом кривизны. Надо полагать, что это связано со специ­ фичным строением микроструктуры наклепанного слоя. Перерезанные у торцов волокна металла открыли доступ смазке в микропоры, которая, расклинивая их, способ­ ствует отрыву частиц металла образца при его истира­ нии. Кроме того, отрыву частиц способствуют также кон­ центрация напряжении на острых кромках и потеря пластичности материала.

С т а л ь 3 5

Рис. 36. Интенсивность износа (I—5) и работа, затраченная на износ (7—II) поверхности, обкатанной соответственно с усилиями 4,9, 9,8, 14,7, 19,6, 24,5 кН, и интенсивность износа 6 и работа, затраченная па износ 12 шлифованной поверхности

112

нии физико-механических свойств поверхностных слоев материала под действием пластической деформации.

Известно [77, 83, 143], что, исходя из конкретных условий работы сопряжения, взаимодействие трущихся поверхностей можно разделить на механическое и моле­ кулярное или то и другое. Если считать, что механиче­ ское внедрение преобладает, то снижения износа можно достичь путем уменьшения взаимного внедрения трущих­ ся поверхностен, т. е. путем изменения характера микро­ профиля, а также за счет повышения твердости поверх­ ности. Процесс молекулярного взаимодействия и после­ дующего схватывания протекает интенсивно лишь в случае непосредственного контакта чистых поверхностей металла и пластической деформации в месте контакта. Поэтому предварительный наклеп поверхностей трения снижает возможность их дальнейшего деформирования в период истирания и тем самым уменьшает вероятность схватывания.

Температурный фактор существенно изменяет качест­ во и износостойкость обработанных или трущихся по­ верхностей. Тепловой износ при повышенных давлениях становится определяющим. Величина его при этом может возрастать на несколько порядков по сравнению с обыч­ ными условиями работы деталей машин или инструмен­ та. Поэтому исследование тепловых процессов представ­ ляет значительный интерес.

2. Влияние наклепа на износостойкость среднеуглеродистой стали

Эксперименты показали, что между степенью накле­ па, твердостью, химическим составом стали, характером микропрофиля и износом поверхности существует опре­ деленная закономерность. Из сравнения результатов видно, что за один и тот же путь трения, равный 62,8 км, износ поверхности образцов из среднеуглеродистых, ле­ гированной и малоуглеродистой сталей неодинаковый. Характер же изменения величины удельного износа за весь путь трения во всех случаях имеет одну и ту же закономерность (см. рис. 35, 36). Детали из стали 45, твердость поверхности которых была равной 241 и 274 HD, имели износ соответственно 0,071 и 0,153 мг/кмсм2.