Триботехнічні властивості: зносостійкість, зношування, тертя, покриття, залишкові напруги детонаційно-газових покриттів (стр. 1 из 22)
Триботехнічні властивості: зносостійкість, зношування, тертя, покриття, залишкові напруги детонаційно-газових покриттів
Мета і завдання дослідження
У представленій роботі досліджені триботехнічні характеристики легованих детонаційних покриттів систем Fe-Мn, які не містять дефіцитні й дорогі компоненти, випробуваних у парах тертя зі сталлю, бронзою при відсутності мастильних матеріалів і в умовах граничного змащення, залежно від впливу зовнішніх дій, які становлять собою зміна в широкому діапазоні швидкості, навантаження й температури. Для реалізації цієї мети були поставлені й розв'язку такі завдання дослідження: проаналізовані сучасні методі поверхневого зміцнення й поновлення зношених деталей авіаційної техніки на авіаремонту.
Актуальність дослідження
Розвиток техніки, підтримки експлуатаційних властивостей машин, механізмів і встаткування промислового комплексу вимагає постійного підвищення надійності, довговічності й здатності до ремонту, на рівень яких значно впливають процеси тертя й зношування. Широкий діапазон швидкостей, температур, навантажень (зокрема знакозмінних), умов експлуатації акцентує увагу на постійному поліпшенні характеристик матеріалів, розширення їх ресурсної бази. Перехід щодо умов тертя від об'ємних до поверхневих властивостей матеріалів, створення їх конструктивно-почуттєвими, реалізація принципу анізотропії й універсального явища структурної пристосованості можливо застосуванням композиційних порошкових покриттів.
Вступ
Світова тенденціяпрямує до постійного розвитку технологій, які використовують порошкові матеріали. З іншої сторони серед переліку проблем машинобудівного комплексу України, важливим є підвищення надійності й довговічності деталей машин, які працюють в умовах тертя. При цьому, одним з напрямків її розв'язку, з урахуванням тенденції переходу від об'ємно-структурного зміцнення до поверхневого, є використання захисних зносостійких покриттів, зокрема детонаційно-газових. Детонаційно-газовий метод дає можливість одержувати високоякісні, практично ,безпористі покриття з високим рівнем адгезійної міцності до матеріалу основи. Застосування детонаційно-газових покриттів дає можливість впливати на поверхневі властивості деталей таким чином, щоб щонайкраще задовольнити умовам експлуатації. Це, у свою чергу, дозволяє не тільки створювати робочі покриття, але і якісно їх ремонтувати. Детонаційно-газові захисні покриття мають перевага в умовах підвищених навантажень і температур, інтенсивного зносу й агресивних середовищ.
Актуальність . Аналіз робіт присвячених дослідженням триботехнічних властивостей детонаційно-газових покриттів, показав, що найбільше промислове застосування для захисту вузлів тертя від зносу одержали покриття на основі карбіду вольфраму й нікелю, які мають дефіцитні складові, а також компоненти з високої собі вартістю. До того ж впровадження детонаційно-газових покриттів для підвищення зносостійкості деталей машин ускладнене в наслідок відсутності відомостей про закономірності процесів їх зношування, а також границях раціонального техніко-економічного застосування. При загальній позитивній оцінці ефективності й ціліше згідності використання детонаційно-газових покриттів для захисту вузлів тертя від зносу, їх застосування стримується завдяки обмеженої номенклатури порошкових матеріалів, яка проводиться промисловістю України. Таким чином, для застосування детонаційно-газових покриттів при зміцненні й поновленні зношених деталей машин, необхідне проведення дослідницьких робіт з метою збільшення асортиментів порошкових матеріалів, які не містять дефіцитних складових і компонентів з високою собівартістю.
Композиційні покриття на основі порошкових матеріалів мають багато переваг, а саме: можливістю регуляції антифрикційних характеристик за рахунок внесення різного роду доповнень, одержання композитів з попередньо заданими у відповідних напрямках властивостями, значної економії металів. Розробка й створення композиційних металевих порошкових матеріалів для формування покриттів, які мають високі триботехнічні властивості, є складна самостійна наукова проблема. Успішний розв'язок її можливе тільки з одночасним вивченням закономірностей процесів тертя й зношування відзначених покриттів. У зв'язку із цим, у кожному конкретному випадку розробки й застосуванню технології детонаційно-газового поверхневого напилювання покриттів повинне передувати проведення всебічних досліджень їх триботехнічих характеристик. Останні ж, як відомо, суттєво залежать від технологічних параметрів процесу, а також властивостей і якості початкового порошкового матеріалу. Застосування відзначених зносостійких покриттів дозволить значно побільшати термін служби вузлів і машин у цілому, зменшити не робочий час машинного парку і технологічного встаткування й, як наслідок, забезпечить значну економію матеріальних ресурсів.
Мета дослідження. Теоретичне узагальнення й розвиток методології створення детонаційно-газових зносостійких покриттів з легованих порошкових матеріалів на основі бездефіцитних компонентів з низькою собівартістю.
Об'єкт дослідження. Детонаційно-газові зносостійкі покриття системи Fe-Мn.
Предмет дослідження. Закономірності формування й зношування поверхневих структур детонаційно-газових покриттів системи Fe-Мn.
Методи дослідження. Теоретичну й методичну основу дослідження становили методи теорії математичної статистики й системного аналізу, сучасного фізико-хімічного аналізу й синтезу покриттів, а також структурно-фазового складу їх поверхневого шару.
Розділ 1. Сучасний стан проблеми й завдання дослідження
Уявлення про сутність трибо логічних процесів у різному обсязі й хронологічної послідовності розглядалися в багатьох дослідженнях. Тому більш доцільно зупинитися на тих концепціях і висновках, які одержали найбільше поширення й вплив у сучасних теоретичних і практичних досягненнях трибології й безпосередньо пов'язані із предметом дослідження.
1.1 Аналіз сучасних поглядів і досліджень із підвищення зносостійкості твердих тіл
Зниження зношування деталей рухливих сполучень є однієї з головних завдань у сучасному машинобудуванні. Так щорічні витрати на ремонт становлять
20-25% вартості машин, а 5 % обсягу їх промислового випуску йде на заміну зношеної продукції. Основна частина деталей виходить із ладу не через втрату міцності й об'ємного зменшення, а внаслідок зношування. Крім того, зношування найчастіше є першопричиною поломки деталей, оскільки сприяє насиченню поверхневого шару дефектами й зниженню міцності. Є ряд областей техніки, у яких невирішені проблеми зношування гальмують розвиток виробництва. З кожним роком ці проблеми стають усе більш гострими тому, що посилюються режими експлуатації технічних засобів, підвищуються вимоги до їхньої надійності, довговічності й точності функціонування, з'являються нові області застосування рухливих сполучень. Тертя твердих тіл або контакт із газоподібним або рідким середовищем супроводжується зміною їх розмірів. Послідовність явищ, що мають місце в зоні контакту, що й приводять до такого результату, називають зношуванням.
Зміна лінійних розмірів тіл, що сполучаються процесі тертя може відбуватися як внаслідок відділення з їхніх поверхонь невеликих обсягів матеріалу, так і в результаті пластичного деформування найбільш навантажених виступів поверхні тертя. Отже, зношування - це процес відділення матеріалу з поверхні твердого тіла при терті й (або) збільшення залишкової деформації, що супроводжується поступовою зміною розмірів цього тіла. У машинах і механізмах зношування є причиною зниження їх кінематичної точності. Виникнення динамічних навантажень, втрати міцності й руйнування окремих елементів. Зношування - ця зміна розмірів і форми твердого тіла в результаті зношування. Про величину зношування можна судити по зменшенню розмірів тіла, що треться в напрямку, перпендикулярному до його поверхні тертя. Кількісними характеристиками процесу зношування є швидкість і інтенсивність І зношування. Швидкість зношування - являє собою зношування тіла, що треться в одиницю часу. Визначається швидкість зношування як відношення товщини зношеного шару ∆h, зміни об’єму V, або маси ∆m, твердого тіла до інтервалу часу ∆t, протягом якого це тіло зазнало зношування. Розрізняють лінійну ihоб'ємну іv і масову іm швидкості зношування:
Більш розповсюдженими є характеристики процесу зношування які враховують шлях тертя L рівний, при постійній силі тертя й швидкості ковзання v, добутку v на час стирання ∆t. Розрізняють лінійну Іh, масову Іm, об'ємну Іv і енергетичну Іw інтенсивності І зношування. Лінійну інтенсивність зношування являє собою товщину зношеного шару ∆h, що приходиться на одиницю шляху тертя :
Ця величина може бути визначена по зміні обсягу ∆v або маси ∆m зношеного шару:
/(AaL) : 
/(pAaL) ,Де p- щільність матеріалу, що треться;
Aa - площа поверхні тертя елемента, що треться (номінальна площа контакту, якщо поверхні тертя тіл, що сполучаються, однакові ). Очевидно, що Іh є безрозмірною величиною. У більшості випадків інтенсивність зношування реальних тіл
. Масова інтенсивність зношуванні - це маса речовини, яка віддаляється з поверхні тіла, що зношується, за одиницю шляху тертя :