asyan.org
добавить свой файл
  1 2 3

^ 2.6. Визначення взаємозв'язку між структурою і фізико-механічними властивостями боридних покриттів методом деформаційно-спектрального аналізу

Трибоспектральний метод заснований на неоднорідності напружено-де-формованого стану поверхні матеріалу, що сканується діамантовим конусом у режимі пружньо-пластичного деформування. Трибометр являє собою інформаційно-вимірювальну систему з висновком на перфосмужку з наступним опрацюванням на ЕВМ за розробленими програмами кореляційно-спектрального аналізу. За допомогою даної системи можливо оцінити: однорідність, тривкість, структурні складові уздовж траси сканування та ідентифікувати вид зношування, що дозволяє обгрунтувати параметри трибологічної діагностики покриттів в агресивних середовищах.

^ 2.7. Дослідження корозійної стійкості легованих боридних покриттів в статичних умовах

Дослідження корозійної стійкості дифузійних легованих боридних покриттів на вуглецевих сталях доцільно проводити:

а) Ваговим методом. Для цього зразки прямокутної форми зі сталі 45 опрацьовуються хіміко-термічним методом за методикою описаною вище, після чого підвішуються у скляній посудині наповненій:

1.кислим середовищем: 5-процентного розчину НС1 в дистильованій воді, рН = 1;

2.нейтральним середовищем; дистильованій воді, рН = 7;

3. лужним середовищем; 5-процентного розчину КОН в дистильованій воді, рН = 14.
Зміна маси фіксується через 5 год., продукти корозії необхідно знімати м'якою гумкою і змивати струменем води, потім промити ацетоном і зважити на аналітичних терезах.
Розрахунок корозійного руйнування здійснювався за методикою.

Kкр=q/Sτ,

де: q - втрата маси,

S- площа контактного середовища,

t- час взаємодії середовища з матеріалом.

б)Дослідження корозійних властивостей боридних покриттів потенціостатичним методом.

Потенціостатичні криві знімаються на потенціостаті П-5827М за стандартною методикою з зразків площею 1см2 розміщених в електролітичному середовищі з хлорсрібним електродом порівняння, при швидкості розгортки 0,5 м/с, амплітуді 1В і часу розгортки 33 хв. 20 сек. на зразках із сталі 45, оброблених хіміко-термічним методом у порошковій суміші бору. Поверхні зразків, що не працюють, покриваються цапонлаком з наступною просушкою 70...80° С в електричній печі. Далі знімаються потенціостатичні криві на зазначених режимах, після чого проводиться випробування на тертя та зношування за схемою ” торець по торцю” в одному з трьох модельних середовищ, кислому 5-процентному розчині соляної кислоти в дистильованій воді, нейтральному - дистильованій воді та лужному - 5-процентний розчин їдкого калію в дистильованій воді. Після чого напрацьовані зразки підлягають дослідам на потенціостаті в тих же корозійних середовищах ,в яких досліджувались перед напрацюванням, потім поміщаються в потенціостат з метою зняття потенціостатичних корозійних характеристик.

^ 2.8. Методика визначення трибологічної електрорушійної сили в умовах корозійного зношування

Взаємодія електроліту з металом супроводжується переміщенням електричних зарядів, кількість яких характеризує силу корозійної дії. Для визначення величини електрорушійної сили зарядів, що утворюються в контактній зоні тертя, необхідно мати пристрій до машини тертя СМЦ-2, який вимірює електрорушійну силу струму, утвореного між випробуваним зразком та платиновим еталонним електродом в агресивному середовищі.

Схему дослідів тертя «вал-вкладиш» з подачею рідини краплинами у зону контакту показано на рис. 2.4.. Камера для випробувань повинна бути виготовлена з електроізоляційного матеріалу - ебоніту. Електричний ланцюг замикається через послідовно увімкнуті: зразок 1, потік електроліту, платиновий електрод порівняння (контакт 5), через амперметр на зразок. Величина струму реєструється мікроамперметром і записується на самописець, паралельно вимірюється коефіцієнт тертя, за допомогою зміни струму контролюється тимчасовий чинник початку сталого режиму тертя. Для проведення експерименту зразки із сталі 45 у вигляді куба з робочою площею контакту 1 см² обробляються в порошкових сумішах з добавкою легуючих елементів Сr, Сu, Ті, Ni, Мо, V. У процесі напрацювання знос вимірюється ваговим і лінійним методами за розміром виробітку на поверхні зразка, на який попередньо наносяться уколи пірамідою мікротвердоміра ПМТ-3. Початок струмового режиму визначається в зазорі в 0,5 мм між обертовим контртілом та зразком, що визначає струм розчинення (омивання) Ірр матеріалу зразка (контртіло при цьому виготовляється з електрично нейтрального матеріалу фторопласту).

Різниця струму розчинення і тертя при навантаженні 10 кг/см є електрохімічною характеристикою досліджуваного матеріалу, що впливає на механічну складову КМЗ.

^ 2.9. Технологія лазерної обробки боридних покриттів

Обробка матеріалу високими енергіями сприяє утворенню нових структурних станів. Дослідження боромістких покриттів, оброблених лазером має значний інтерес з точки зору структурних перетворень. Для зразків використовується сталь 45, оброблена хіміко-термічним методом у порошковій суміші (97% B4С + 3% АlFз ) протягом 4-х годин при температурі 950° С.



Рис.2.4. Пристрій для вимірування трибоелектрорушійної сили(електрична схема)
Обробка боромістких покриттів провадиться лазерною установкою КВАНТ- 18М на частоті 1062нм.; використання даної частоти має високу поглинаючу здібність металу в порівнянні з газовим лазером. Обробка зразків провадиться в широкому діапазоні технологічних параметрів:

W- енергія випромінювання від (0,3.. .2 кВт);

n - кількість випромінювань лазером;

d - діаметр променю випромінюваного лазером, мм.;

τ- час впливу лазерного променя, мкс.

Вибирання енергії оплавлення та часу впливу на покриття FеВ+Fе2В для технології лазерного опрацювання з метою одержання високодисперсної однорідної (роботоздатної) структури як на повітрі, так і в агресивних модельних середовищах проводиться за допомогою методів математичного планування. Узагальнюючим критерієм роботоздатності структури є інтенсивність зношування та коефіцієнт тертя.

Для обробки використовуються попередньо борована сталь 45 із загальною товщиною прошарку 100... 120 мкм, яка покривається шаром графіту товщиною 5...15 мкм (методом намазування). Графіт зменшує ступінь відбиття променя, внаслідок чого зберігається до 80% лазерної енергії. Обробка поверхні провадиться енергією випромінювання від 9 до 25Дж, діаметр світлової плями змінюється від 2 до 5мм і час впливу складав від 1 до 10 мкс.

Для одержання зносостійкої структури, спроможної працювати на тертя в агресивних середовищах, ефективна технологія легування двофазного боридного прошарку хромом. Зразки виготовляються з сталі 45, насичення здійснюється з порошкової суміші (77% В4С+ 20%Аl2О3+3%АlF3) при температурі 950 °С протягом 4-х годин. Товщина насиченого прошарку повинна складати 100... 120 мкм. Далі на досліджувану поверхню наноситься суміш з 5... 15% цапонлаку та з 85...95% порошку хрома. Товщина прошарку обмазки до товщини покриття співвідноситься як 1:2 та 1:1. Сушіння проводиться на спокійному повітрі при кімнатній температурі 20...25 С. Боридні зразки з нанесеною обмазкою обробляються твердотільним лазером КВАНТ-18М на режимах з густиною енергії 0,6... 1,3 кВт/мм ., що відповідає потужності 20... 28 Дж і кількістю впливів 1... 3, діаметр світлової плями складає 1...3мм, час впливу 1... 8 мкс.

Досліди на зносостійкість доцільно проводити на машині тертя СМЦ-2 за схемою тертя «вал-колодка» за стандартною методикою. Для визначення оптимальних умов роботоздатності отриманого покриття за допомогою математичних методів планування експерименту проводиться дослідження в широкому діапазоні навантаження, швидкості та агресивності середовища.

^ 2.10. Математичне опрацювання експериментальних даних

Основою будь-якої науково-технічної розробки є експеримент, який характеризується збором статистичних даних. При цьому чим більше вхідних чинників, тим більше часу необхідно для упорядкування вихідних результатів і виявлення зв'язку між кожним або групами вхідних чинників. Для скорочення часового чинника при визначенні роботоздатності вузла тертя застосовуються всілякі теоретичні і математичні засоби. З огляду на те, що тертя в агресивних середовищах є багатофакторний процес взаємодії поверхонь металів між собою, найбільш ефективним є метод математичного планування експерименту, заснований на моделі у вигляді алгебраїчних поліномів, розкладених у ряд Тейлора в околі довільної точки області є визначення у просторі:

n=f(x,xi,...xk)= β+Σ β1 x1+…+ Σ βij xi xj;

Такий ряд можна продовжувати до безкінечності, реально він скінченний і апроксимує, в даному випадку невідому функцію f= (х1 х2, хk), поліномом деякого ступеня. Проте така апроксимація можлива лише за деяких умов, якщо функція неперервна і достатньо "гладка", не має великих розкидів експериментальних даних. Базуючись на досліджених даних був забезпечений шлях керування експериментами. Початок і напрямок експерименту до оптимальної точки або площини точок визначальної роботоздатності вузла тертя доцільно здійснювати за допомогою математичного аналізу з дробною реплікою і дублювання дослідів у центрі та крутим сходженням. У центрі оптимуму застосовується план другого порядку, проводиться експеримент і будується поверхні відгуку.

За основу при побудові плану другого порядку застосовується центральний композиційний ортогональний план для двох чинників із визначенням оптимальних площин відгуку. Оцінку коефіцієнтів квадратичної моделі (1) реалізують результатами експерименту у котрому кожний чинник варіюється на трьох рівнях.

Y=b + b1x1 +b2x2 +b12x1x2 +b11x1 ²+b22x2 ² (1)

де: b, b1, b2 - вибіркові коефіцієнти регресії;

x1 ,x2 - визначні чинники;

Y - вибіркова оцінка функції відгуку.

В табл.2.4. наведена матриця центрального композиційного ортогонального планування для двох чинників. Спочатку ставимо досліди 1-4, що складають основу плану і дозволяють наблизити поверхню відгуку до реальних дослідів. Неадекватність системи добавляє кількість дослідів у зоряних точках, що дозволяє знайти квадратичну модель за методикою. Для зоряного плеча взяте значення L=1.

Геометрична поверхня відгуку (1) подається у вигляді геометричного розподілу точок у площині змінних Х1 та Х2. При У = соnst рівняння (1) визначає криволінійність поверхні другого порядку. Результат залежить від значень інваріантів кривої. Важливість центральної точки поверхні відгуку, котра є екстремумом, визначає центр координат диференційного рівняння (1).

Трибологічні характеристики покриттів визначаються межами варіювання та умовами кодування зазначеними в табл.1. Чинник Х1 варіюється на п'ятьох рівнях, а чинник Х2 - на трьох. Подальші розрахунки проводяться , де враховується чинник варіювання числом дослідів у матриці. Розраховується дисперсія і перевіряється значимість. Визначення роботоздатності оброблених лазером боридних покриттів залежить від шести загальних параметрів і трьох технологічних:

Х1 - W- потужність лазерного променя;

Х2 -q - щільність лазерного променя;

Х3 - n- кількість впливів;

Х4- Р- навантаження (Н);

Х5- V- швидкість (м/с);

Х6- рН- активність середовища.

На базі останніх будується матриця планування для визначення зносостійкості і параметрів технології опрацювання лазером. Використовуючи стандартні методи планування складається матриця планування експерименту з вхідними параметрами від трьох до шести, під яку на мові Тurbo-Ваsіk, виготовлені програмні продукти для розрахунку експерименту з вихідним параметром - зносостійкістю (інтенсивність зношування, коефіцієнт тертя і струм утворений в середовищі металевою поверхнею).

Таблиця 2.4.

Матриця планування

N

Х1


X2

У

Примітка

1

+1

+1

У1

Повний

факторний

експеримент

2

+1

-1

У2

3

-1

-1

У3

4

-1

+1

У4

5

+1

0

У5

6

-1

0

У6

Зоряні точки

7

0

+1

У7

8

0

-1

У8

9

0

0

У9

Нульова точка


Висновки:

1. На основі літературних даних запропонована логічна модель прогнозування трибологічних параметрів в залежності від вхідних чинників.

2. Відпрацьовано методику експериментальних досліджень, запропоноване устаткування для реалізації поставленої задачі, з допомогою якого можливо масштабно простежити за змінами, що відбуваються в зоні корозійно-механічного контакту боридних покриттів нанесених на конструкційні нелеговані сталі.

3. Обгрунтовано сталі та покриття, які використовували для вивчення процесів корозійно-механічного зношування.

4. Обрані математичні методики планування експерименту, а також обґрунтована побудова математичної моделі технологічної послідовності вивчення впливу активного середовища на тертя ковзання металевих поверхонь.

5. Запропоновано методику обробки двофазного боридного покриття лазером для підвищення його трибологічних характеристик в умовах тертя ковзання без змащування.

6. Запропоновано методику обробки двофазного боридного покриття лазером з метою підвищення стійкості в умовах КМЗ.


<< предыдущая страница