ИЗУЧЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ОКСИКАРБОНИТРИДНОГО ДИФФУЗИОННОГО ПОКРЫТИЯ

ИЗУЧЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ОКСИКАРБОНИТРИДНОГО ДИФФУЗИОННОГО ПОКРЫТИЯ

Эшкабилов Холикул Каршиевич

канд. техн. наук, доц., Каршинский инженерно-экономический институт,

Республика Узбекистан, г. Карши

STUDY OF WEAR RESISTANCE OF OXYCARBONITRIDE DIFFUSION COATING

Holikul Eshkabilov

candidate of technical sciences, associate Professor, Karshi Engineering and Economic Institute,

Uzbekistan, Karshi

АННОТАЦИЯ

В статье приводятся результаты исследований износостойкости диффузионных поверхностного оксикарбонитридного покрытия, полученной комбинацией классического способа азотирования с последующим оксидированием в парах воды.

ABSTRACT

The article presents the results of studies of the wear resistance of a diffusion surface oxycarbonitride coating obtained by a combination of the classical method of nitriding followed by oxidation in water vapor.

Ключевые слова: азотирование, оксидирование, оксинитридное покрытие, износостойкость, структура, фазы, трение, износ..

Keywords: nitriding, oxidation, oxinitride coating, wear resistance, structure, phases, friction, wear.

Получение диффузионных покрытий на поверхность материалов методами химико – термической обработкой является одним из перспективных направлений в машиностроительной области с точки зрения достижения необходимых поверхностных свойств материалов на основе низколегированных конструкционных сталей обычного качества, использование в металлических конструкциях которых позволяет сэкономить дорогостоящие и редкие металлы и сплавы.   При этом имеется возможности регулирование структуры и фазового состава диффузионного слоя и их модификации с получением на поверхностности принципиально новые композиции, обладающие более высокими свойствами с сохранением необходимых характеристик в сердцевине упрочняемого материала.

В последнее время из-за токсичности процессов «жидкостного» азотирования, а также дороговизны технологических оборудований и трудности обработки деталей сложной конфигурации ионном азотированием особое внимание уделяют разработке комбинированных процессов на базе газового азотирования, в частности комбинации процессов кратковременного низкотемпературного газового азотирования с другими способами поверхностного упрочнения.

В настоящей работе исследовалась износостойкость структурно-фазовых состояний, формирующихся в стали 45 после поверхностного упрочнения азотировании в атмосфере аммиака и последующим парооксидированием с целью выявления основных факторов, определяющих работоспособность нитрид - оксидных покрытий в условиях трения скольжения и градиента антифрикционных характеристик, описывающих состояние поверхности стали при структурных и фазовых изменениях. Анализ свойств комбинированных покрытий, полученных диффузионным насыщением показывает, что их основные достоинства заключаются в следующем: облегчается образование физико-химических связей; повышается смачиваемость, заполняется микропоры внешнего слоя; увеличивается площадь фактического контакта.

Были изучены износостойкость оксикарбонитридного слоя, определяющих работоспособность диффузионного покрытия в условиях сухого и граничного трения. Оценку антифрикционных свойств покрытия в паре с закаленной сталью 45, проводили по схеме ролик-колодка нагруженные через шаровую опору.

Испытуемые образцы – колодки изготовливали из улучшенной стали 45, скорость вращения ролика 0,86 м/сек площадь трения образцов-колодок 150 мм². база испытания на износостойкость при сухом трении составляла 6 часов, а при граничном – 10 часов.  Перед испытанием контртела пары трения прирабатывались до вступления в работу всей площади колодки. При граничном трении смазку образцов осуществляли индустриальным маслом марки И-20, капельным методом, из расчета 2¸3 капли в минуту.

Износ образцов оценивали по линейной интенсивности изнашивания (I_o), в определенных интервалах времени испытаний, методом искусственных баз. По окончании испытания визуально оценивали поверхности трения.

С целью выявления влияния структуру и толщину поверхностного комбинированного слоя колодки подвергали химико-термической обработке по первому варианту при температуре ниже эвтектоидной, а по второму варианту – при температуре выше эвтектоидной температуры с получением нитридного слоя толщиной 20¸30 мкм и сплошной оксидной пленки на поверхности 1¸7 мам (табл. 1).

Сравнение проводили с образцами, азотированными (третий вариант) при температуре 580^оС, 5 часов в атмосфере чистого аммиаке при диссоциации  a =45¸55%. Величины линейной интенсивности изнашивания представлены в таблице I.

Таблица 1.

Линейная интенсивность изнашивания упрочненных образцов из стали 45 в паре с закаленной сталью 45

Из полученных данных видно, что сравнительно большую износостойкость имеет образцы, обработанные по первому варианту.

В целом можно сказать, что износостойкость нитрид-оксидного слоя как при сухом трении, так и при граничном, выше чем азотированных образцов без оксидного слоя.

Значения коэффициента трения пар различных вариантов при ступенчатом повышения удельной нагрузки приведены в таблице 2.

Полученные данные (Табл.2) утверждаеть, что коэффициент трения пары с обработанными колодками по первому варианту при постоянных скоростях скольжения в рассматриваемых интервалах нагрузки ниже, чем при обычном азотировании в аммиаке. Увеличение коэффициента трения при работе пары с колодкой, обработанной по второму варианту вероятно определяется ростом толщины внешнего оксидного слоя.

Таблица 2.

Значения коэффициента трения пар при сухом трении

С повышением нагрузки коэффициент трения изменяется незначительно. Такой механизм повышения износостойкости очевидно связан с положительным градиентом свойств поверхностного комбинированного слоя. Так как под оксидным слоем находится плотная g¢–фаза с высокой твердостью. Твердость плотного нитридного слоя (7000+9500 МПа) в I.6+2,0 раза больше чем твердости внешнего оксидного слоя (4500+5200 МПа).

В интервале нагрузки 300+700 Н в паре обработанной по первому варианту, а также при меньших нагрузках в паре, обработанной по второму варианту с увеличением нагрузки, наблюдается уменьшение коэффициента трения и увеличение износа нитрид-оксидного слоя. Очевидно это происходит вследствие уменьшения шероховатости трущихся поверхностей и повышением износа оксидного слоя.

При граничном трении при нагрузках, до 300 Н слой, полученный по первому варианту, имеет минимальный коэффициент трения, микропористая поверхность обеспечивает лучшую смачиваемость поверхности и обладает хорошей маслоемкостью. С увеличением нагрузки происходит уменьшение шероховатости поверхности, при этом условия смазки контактирующих поверхностей резко ухудшаются, в результате чего происходит увеличение интенсивности изнашивания покрытия.

В результате проведенных исследований на износостойкость установлено следующее:

1) получение нитрид-оксидного слоя при азотировании приводит к увеличению износостойкости азотированных слоев как при сухом трении, так и в присутствии смазочного материала. Особенно большое повышение износостойкости наблюдается при увеличении контактного давления до 2,0 МПа.

2) износостойкость нитрид-оксидного слоя зависит от удельного давления и скорости скольжения. Для всех покрытий с увеличением давления в зоне контакта интенсивность изнашивания увеличивается.

Сравнительные исследовании на износостойкость азотированных образцов показывает благоприятное влияние оксидного слоя на повышение работоспособности трущихся пар, изготовленных из стали 45 и работающих в парах трения скольжения в условиях сухого и граничного трения.

Список литературы:

1. Ворошнин Л.Г. Перспективы развития химико-термической обработки (материалы лекций). // Упрочняющие технологии и покрытия. 2008, №1. –С.5-8.
2. Федонин О.Н., Киричек А.В, Петрешин Д.И. Технологическое повышение эксплуатационных свойств деталей машин. // Наукоёмкие технологии в машиностроении. 2018, №4. – С. 43-48.
3. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ. – М., Машиностроение, 1977. –526 с.
4. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Структура и прочность азотированных сплавов. -М., Металлургия, 1982. –175 с. 
5. Герасимов С.А. , Куксенова Л.И. Лаптева В.Г. Структура и износостойкость азотированных конструкционных сталей и сплавов. - М., Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2012. –518 с.
6. Костецкий Б.И. Поверхностная прочность материалов при трении. – Киев, Техника, 1976. -296 с.
7. Хрущов М.М., Беркович Е.С. Определение износа деталей машин методом искусственных баз. – М.: Издательство АН СССР, 1959. – 218 с.
8. Горелик С.С., Расторгуев Л.Н., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. -М.: Металлургия, 1971. - 368 с.