Файл: Филяев А.Т. Исследование износостойкости сталей, упрочненных наклепом.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.06.2024
Просмотров: 75
Скачиваний: 0
скоростей от 1,4 до 164,3 м/мин скорость оказывает не большое влияние на интенсивность изнашивания.
Исследования о влиянии скорости скольжения на из нос сталей, выполненные Б. И. Костецким [78], показы вают, что переход от одного вида износа к другому за висит от температуры на поверхности трения. При изме нении скорости износ может как увеличиваться, так и уменьшаться в зависимости от того, какой вид износа становится преобладающим при изменении скорости.
В вопросе влияния давления и скорости скольжения на величину коэффициентов трения нет единого мнения.
Укажем на выводы, |
сделанные И. В. Крагельским и |
И. Э. Виноградовой |
[85]. При граничном трении в зоне |
малых нагрузок с увеличением последней коэффициент |
трения падает, а затем остается постоянным. При даль нейшем увеличении нагрузки коэффициент трения мо жет возрастать. В зоне малых скоростей существуют за висимости двух типов: коэффициент трения в одних случаях растет с увеличением скорости скольжения, а в других падает. При больших скоростях всегда наблюда ется незначительное повышение коэффициента трения. При жидкостном трении с увеличением нагрузки коэф фициент трения возрастает. Увеличение скорости сколь жения также вызывает увеличение коэффициента трения.
Известно, что с увеличением нагрузки износ возра стает. Однако монотонному изменению нагрузки и ско рости скольжения не соответствует монотонное увеличе ние износа и силы трения [90]. При некоторых значени ях скорости и давлениях величина износа меняется скачкообразно. В исследованиях [84, 143] установлено, что для каждой пары трения существует критическое давление, при котором износ резко возрастает. Это было отмечено и Д. В. Конвисаровым [70]. При этом проис ходит не только количественное, но и качественное изме
нение, т. е. переход |
от одного вида износа |
к другому. |
Зависимость износа |
от нагрузки в общем виде выража |
|
ется зависимостью |
[27] |
|
|
I = Kqx, |
(51) |
где I — износ; q — давление; К — коэффициент. Положения, изложенные авторами указанных выше,
работ, можно полностью отнести и к случаю изнашива ния сталей, упрочненных поверхностным наклепом.
130
6. Влияние способа обработки поверхности образца на износ контртела
Эксперименты, выполненные при смазке, близкой к граничной, и в проточной масляной ванне, показали, что износ поверхности сопряженной детали (колодочки из чу гуна млн антифрикционной эпоксидной композиции) на ходится в прямой связи с количественным износом и качественными характеристиками поверхности образца. С увеличением износа образца увеличивается износ и контртела. Во всех случаях испытаний износ последне го был в несколько раз меньше, чем образца (см. рис. 39). В данном случае графит в сером перлитном чугуне и масло, заполнившее поры при проварке колодок, играли роль смазки. Твердые частицы на поверхности трения контртела изнашивали поверхность образца зна чительно быстрее, чем истирались сами. При весовом методе замера износа был отмечен большой разброс по казаний. Проварка в масле, а также ряд других мер, на правленных на повышение точности измерений, не дали положительных результатов. Это говорит о нецелесооб разности весового метода замера износа образцов из пористого материала.
Колодочка, работавшая в паре с образцом, обкатан ным по оптимальному режиму, изнашивалась значитель но меньше, чем при работе со шлифованным образцом. Это объясняется тем, что уменьшение количества кон центраторов напряжений на обкатанной поверхности и быстрая ее прирабатываемость способствовали увели чению фактической площади контакта, уменьшению из носа сопряжения. Кроме того, при оптимальных режи мах обкатывания получена зеркальио-гладкая поверх ность с твердостью на 30—40% выше шлифованной.
Правда, о влиянии твердости поверхностей |
трения |
на |
их износостойкость пока нет общего мнения. |
Одни |
ис |
следователи [33, 98, 118, 138] считают, что с повыше нием твердости износостойкость возрастает, другие [37, 119, 126] полагают, что накопленная поверхность менее подвержена схватыванию, чем шлифованная и обточен ная [139]. При абразивном изнашивании повышение твердости наклепом не приводит к существенному по вышению износостойкости [161].
9* |
131 |
Сравнительные эксперименты, проведенные на парах трения сталь — антифрикционная эпоксидная компози ция, также подтвердили преимущество обкатанной по верхности перед шлифованной. Износ колодки ', рабо тающей в паре с образцом из стали 45Г2, обкатанным
по |
оптимальному |
режиму |
при |
давлении |
4,91 — |
7,50 |
МН/м2 за 68,2 |
км пути |
трения, |
был равен |
1,1 — |
1,8 мкм. При тех же условиях абсолютный износ колод ки, работающей по шлифованной поверхности, был ра вен 2,6— 12,4 мкм. Момент трения в первом случае был в два раза меньше, чем во втором.
Сравнительные испытания обкатанной и шлифован ной поверхностей на износостойкость показали преиму щество обкатывания. При этом сопряженная деталь (контртело) из эпоксидной композиции также изнаши вается значительно меньше, чем при работе со шлифо ванным образцом. Композиция показала себя надежным антифрикционным материалом, способным работать при средних нагрузках и температурах не выше 373 °К-
7. Влияние наклепа на износостойкость сталей при трении скольжения без смазки
Природа трения без смазки до сих пор остается не совсем ясной. Теория, рассматривающая износ как следствие зацепления и деформаций выступов, не может объяснить явлений, связанных с ростом сил трения при скольжении полированных поверхностей. Другая те ория, объясняющая трение и износ молекулярным сцеп лением поверхностей, в том числе и гладких, не учиты вает механического внедрения шероховатостей и их де формаций. Более полно «сухое» трение и износ можно объяснить наличием механического и молекулярного взаимодействия. При этом механическое взаимодейст вие превалирует над молекулярным, так как высота микронеровностей в сравнении с расстоянием, на кото ром действуют молекулярные силы, чрезвычайно велика. Молекулярное взаимодействие становится ведущим1
1 Эпоксидная смола ЭД-5— 100 |
вес. |
ч.; касторовое масло — 10 |
|
вес. ч.; гексаметилеидиамин— 15 вес. |
ч.; |
маршалит — 70 вес. ч.; |
гра |
фит электродный-—25 вес. ч. После |
холодного отверждения |
при |
293 °К в'течение 8 час проводилась термическая обработка в электро шкафу при 523 °К с выдержкой 3 час.
1 3 2
лишь при схватывании поверхностей трения. Об этом говорят результаты опытов, проведенных на машине МИ
при ступенчатом нагружении |
образцов |
от 0,25 до |
1,47 МН/м2 с относительной |
скоростью |
скольжения |
0,50 м/сек. Образцы из нормализованных сталей марок 45, 35, 15 и 45Г2 были деформированы роликами, диа метр которых 130 мм, профильный радиус упрочняюще го 10, сглаживающего 50 мм. Усилие обкатывания изме нялось от 4,9 до 24,5 кН, в результате чего твердость по верхности образцов была на 45—50% выше твердости шлифованной поверхности.
Размер образцов: 0 = 4 0 , с?=16, /г=10 мм. Износ определялся весовым методом с точностью до 0,1 мг на весах АДВ-200. Поверхность обезжиривалась в авиаци онном бензине и спирте.
Опыты показали, что при минимальном давлении на образец 0,25 МН/м2 абсолютный износ не зависит от степени наклепа и вида обработки поверхности. В ряде случаев при малой степени наклепа поверхности она имела меньший износ, чем шлифованная. Среднеугле родистые стали марок 35, 45 изнашивались даже не сколько больше, чем сталь марки 15. Это объясняется повышенными пластическими свойствами последней. К тому же при этом давлении происходит лишь смятие микроперовностей, а не отделение их за счет среза или усталостного выкрошиваиия, как. у стали 45. В сравне нии с описанными сталями легированная сталь 45Г2 при равных условиях изнашивалась меньше. С увеличе нием давления на образец 0,49—0,74 МН/м2 отчетливее проявилось влияние разной степени наклепа и вида об работки: шлифованная поверхность оказалась более износостойкой, с увеличением степени наклепа износ поверхности возрастал, сокращалось время приработки. При равных условиях опыта количественно износ был больше у образцов из малоуглеродистой стали. По мере увеличения в стали углерода он уменьшался. На рис. 40 показано влияние степени наклепа на износ стальной поверхности в зависимости от пути трения при ступен чатом нагружении.
Графики свидетельствуют об идентичном характере износа шлифованной и наклепанной поверхности. Несу щая способность каждой марки стали различна: она меньше у стали 15 и наибольшая у стали 45Г2. Отмече-
1 3 3
по, что чем больше степень наклепа, тем при меньшем давлении на образец наступает схватывание. Схваты вание и форсированный износ стали 45, имеющей мак
симальный наклеп |
наблюдались уже при давлении |
0,49 МН/м\ |
" |
Аналогичные количественные и качественные резуль таты получены на образцах из стали 35. У малоуглеро дистой стали наблюдались некоторые особенности: на-
Рпс. 40. Износ наклепанных сталей при трении скольжения без смаз ки: а — сталь 45 (сплошная линия), сталь 35 (штриховая); б — сталь
45Г2 (сплошная |
линия), сталь 15 (штриховая). /, |
7 — шлифованная |
||
поверхность; |
2. |
8 — поверхность обкатана |
с усилием 4,9 кЙ\ 8, 9 — |
|
9.8; |
4, |
10— 14,7; 5 — 19,6; 6 — с |
усилием |
24,5 кН |
липание металла на поверхности трения, которое отме чено также и на шлифованной поверхности стали 45Г2 при давлениях 0,98— 1,47 МН/м2.
Из рис. 41 (сталь 45Г2) видно, что поверхность тре ния испещрена бороздками, характерными для абразив ного изнашивания.
При проведении опытов с образцами из разных ма рок сталей, имеющих разную степень наклепа п вид обработки, отмечены некоторые общие закономерности. Продукты износа отделялись в виде сравнительно круп ных металлических частиц с незначительной примесыо мелкого порошка окислов светло-коричневого цвета, ко торый выступал как абразив. Это еще раз подтвержда ет, что износ поверхности при «судомъ трении скольжения происходит в основном за счет механических поврежде-
.134
miii: выкрошивания, отслаивания, глубинного вырыва ния. С увеличением продолжительности испытаний и особенно давления на поверхность трения на ней обна руживались кольцевые полосы — результат воздействия шероховатостей контртела и шаржирования продукта ми износа. Износ сопровождался повышением темпера туры, которая находилась около 438 °К. Резкое повыше ние температуры, как правило, наблюдалось в началь-
Рнс. -II. Поиер.хность |
трения, |
усилие обкатывания |
9.81 |
кН, Х200: |
а — сталь 15; б — сталь 45Г2 |
|
|
||
ный период опыта |
и во |
время перехода |
на |
наиболее |
высокую ступень давлений, в дальнейшем она изменялась сравнительно медленно. От воздействия высоких ло кальных температур происходило снятие наклепа, раз мягчение отдельных микрообъемов.
Механическое и молекулярное взаимодействия при высоких температурах, которые в свою очередь были следствием высоких локальных давлений, приводили к схватыванию. Износ схватыванием характеризовался возникновением металлических связей с последующим их разрывом не по площадкам схватывал-шя, а в глуби не образца. Наличие глубинного вырывания указывает на то, что прочность металла в местах схватывания вы ше прочности основной массы металла.
Повышение прочности в узлах схватывания объ ясняется местными структурными изменениями в метал ле. Высказанное предположение подтверждается повы шением в 1,2—1,5 раза микротвердости в узлах схваты вания.
135