Файл: Похмурский, В. И. Коррозионно-усталостная прочность сталей и методы ее повышения.pdf

ется слабее, чем в воздухе. Материал насадок (сталь, латунь, фто­ ропласт, резина) заметно влияет на усталостную прочность образ­ цов в воздухе, но не оказывает существенного в л и я н и я на изме­ нение условного предела коррозионной усталости образцов из

роль при циклическом деформировании деталей в условиях фре- тинг-коррозии в воздухе.

ным содержанием углерода при циклическом чистом изгибе с вра­ щением образцов, находящихся под одновременным воздействием трения — скольжения по методике, описанной в гл. I I . Резуль ­ таты испытаний показали, что при небольших удельных давлениях в зоне трения в условиях хорошей смазки имеет место некоторое упрочнение образца в этой зоне за счет его поверхностного накле­ па. С увеличением удельного давления в зоне трения так ж е , как при использовании отработанных или содержащих воду масел, выносливость образцов при наличии очага внешнего трения — скольжения существенно уменьшается (рис. 38).

76

В случае использования свежих масел снижение выносливости образцов при повышении давления на них бронзовых вкладышей вызвано разупрочнением поверхностных слоев металла вследствие перенаклепа, а также схватыванием контактирующих тел, что приводит к местному разрушению образцов и образованию задиров, приводящих к ускорению усталостного разрушения . Приме­ нение масел с повышенной поверхностной активностью сдвигает момент схватывания вращающегося образца и вкладышей в сто­ рону больших удельных давлений.

Т а б л и ц а 14

Изменение состава и электрохимической активности машинного масла СУ в зависимости от условий эксплуатации

цессы. Поэтому исследование выносливости деталей без очагов внешнего трения, а также при наличии трущихся пар с учетом изменения состава некоторых смазок — актуальная проблема. Установлено, например, что масло СУ в исходном состоянии со­ держит незначительное количество серы, воды и механических примесей (табл. 14). Эксплуатация масла в редукторе в течение 125 ч увеличивает в нем содержание воды в 5—6 раз, а т а к ж е ме­

жиме и на холостом ходу масло загрязняется больше, образуются так называемые низкотемпературные осадки. Кроме того, в этом случае в масло попадает вода вследствие конденсации водяных иаров в картере. Присутствие в применяемых маслах различных кислот, воды и серы усиливает электрохимическую активность среды, что вызывает более резкое проявление гетерогенности ме­ талла, связанной, в частности, с его деформацией и выходом на

77

поверхность дислокаций. Измерение общего электродного потен­ циала поверхности металла в зависимости от качества смазки (см. табл. 14) дает возможность приближенно судить о взаимодей­ ствии между ними. Сдвиг электродных потенциалов в отработан­ ных маслах в отрицательную сторону подтверждает наличие на­

выносливость стальных деталей существенно зависит от интен­ сивности процесса фретинг-коррозии, развивающегося в местах

поверхности деталей на проявление фретинг-коррозии.

Проведенные нами исследования показали, что фретинг-корро- зию можно существенно уменьшить с помощью диффузионного

рик — плоскость». Материалом иидентора (шарика) служил твер­ дый сплав ВК - 8 . Величина повреждения замерялась на профило-

испытаний составляла 400 тысяч циклов нагружения с замером величины повреждения через каждые 100 тысяч циклов. Исследо­ вания проводили на широко распространенной в машиностроении стали 45. Диффузионное насыщение стали осуществляли бором [50], хромом [40], ванадием [82], а также комплексное насыщение бором и медью [158], хромом и углеродом [159]. Образцы иссле­ довали без термической обработки, а также с последующей закалкой с низким (200° С) или высоким (560° С) отпуском. Резуль­ таты исследований показали, что наиболее склонны к поврежда­ емости образцы без термообработки (рис. 39). Термообработка уве­ личивает стойкость стали против фретинг-процесса, однако с увеличением температуры отпуска повреждаемость возрастает, что объясняется снижением твердости материала. Процесс активации поверхностных слоев стали без термообработки происходит в зна­ чительно большей степени, чем закаленных и отпущенных. В ак-

78

тивированных слоях происходит схватывание в точках контакта с дальнейшим разрывом мест связи, а также интенсивное окисле­ ние с образованием толстых хрупких пленок окислов.

На основании электронномикроскопического исследования зон фактического контакта и зон первичного влияния, в которых

в поверхностных слоях протекают процессы упрочнения и раз­ упрочнения, что свойственно усталостным явлениям.

Диффузионное насыщение стали 45 хромом, бором, ванадием, а также комплексное насыщение бором и медью, хромом и угле­ родом резко повышают стойкость стали к повреждаемости. Это можно объяснить высокой твердостью и износостойкостью диф­ фузионных слоев. Кроме того, интерметаллические соединения, образующиеся в результате диффузионного насыщения, имеют высокую стойкость против окисления. Поэтому при фретинг-про- цессе для ненасыщенных сталей, где преобладает динамическое окисление и лунка повреждения может иметь характерный корич­ нево-красный цвет, лунки повреждения на диффузионных покры­ тиях имеют темно-блестящий цвет. Процесс окисления деформи­ рованного металла, т. е. образование и разрушение окисных

79

пленок, резко затормаживается. В этом случае разрушение идет, в основном, с преобладанием схватывания в зоне контакта. Кине­ тика образования и разрушения окисных пленок контролирова­ лась по изменению контактного электросопротивления (рис. 40). Продукты разрушения диффузионных слоев уже не имеют харак ­ терного цвета ржавчины, а представляют собой темно-серый по­ рошок с некоторым изменением цвета дл я каждого диффузионного покрытия .

Термообработка диффузионно насыщенных сталей существенно повышает их стойкость против фретинг-процесса (за исключением борирования), что можно объяснить повышением твердости серд­ цевины основного металла. При этом с увеличением твердости стойкость повышается. Если твердость сердцевины низкая (Нц =

чем за 100 тысяч циклов нагружения . Последующая термообработ­ ка повышает стойкость хромированной стали в 3—4 раза . После карбохромирования толщина диффузионного слоя больше, больше и карбидная составляющая слоя (А = 0,04 мм) и процесс разру ­ шения идет менее интенсивно, чем после хромирования. Ванадирование с последующей термообработкой увеличивает стойкость стали против фретинг-процесса в 10—11 раз по сравнению с не­ насыщенной сталью. Если диффузионные слои имеют глубину около 0,15 мм (борирование, боромеднение), при принятых удель­ ных нагрузках они довольно успешно сопротивляются фретингпроцессу, причем боромеднение придает образцам несколько мень­ шую стойкость, что объясняется присутствием в диффузионном слое пластичной меди. В результате термообработки борированной стали стойкость ее к повреждаемости несколько снижается, несмотря на увеличение твердости основного металла. Это проис­ ходит вследствие образования большого числа трещин в слое, вызванных различными коэффициентами объемного расширения для боридов и стали. Таким образом, для боромедненных образ­ цов термообработка несколько повышает стойкость к повреждае­ мости при фретинг-процессе. Это можно объяснить еще и тем, что включения меди, я в л я я с ь как бы буферными участками, умень­ шают количество трещин в диффузионном слое по сравнению с чис­ тым борированием. С увеличением количества циклов нагружения повреждаемость изменяется по прямолинейному закону. При

80