УДК 621.762:621.785.5
ПОВЫШЕНИЕ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ СТАЛЕЙ ПОСЛЕ МНОГОКОМПОНЕНТНОГО ДИФФУЗИОННОГО НАСЫЩЕНИЯ
© Коростелёв Алексей Борисович,
д-р техн. наук, проф., заведующий кафедрой МиТОМ
Чумак-Жунь Дарья Александровна,
старший преподаватель кафедры МиТОМ, Московский государственный вечерний металлургический институт 111250 Москва, Лефортовский вал, д. 26. Тел.: +7 (495) 361-14-80, e-mail: mgvmi-mail@mtu-net.ru
Статья поступила 15.07.2008 г.
В статье рассматривается новый метод химико-термической обработки - многокомпонентное диффузионное насыщение хромом, кремнием и марганцем поверхности порошковых стальных изделий с целью повышения эксплуатационных свойств, в частности, трибологических. Образцы для насыщения были изготовлены из порошкового железа, порошковой стали 40, 60 и 40Н2М. В качестве образцов-контролеров использовалась сталь 40п в состоянии после горячей штамповки и улучшения и компактная сталь У8, термически обработанная до твердости 58-62 ИИСЭ.
Образцы, насыщенные хромом, кремнием и марганцем и ненасыщенные этими элементами, были подвергнуты испытаниям на три-бологические свойства. Испытания проводились на проборе ТЫВОМЕТИ. По полученным результатам были сделаны выводы, подтверждающие актуальность и перспективность применения данного метода диффузионного насыщения тремя компонентами (хромом, кремнием и марганцем) для получения материалов с заданными свойствами.
Ключевые слова: порошковая сталь, поверхность, многокомпонентное диффузионное насыщение, износостойкость, изнашивание, коэффициент трения, дорожка трения, пятно износа, прочность.
Развитие машиностроения, химической, радиотехнической и новых отраслей промышленности, энергетики и ядерной техники предъявляет весьма жесткие требования к рабочим свойствам изделий: их сопротивляемости изнашиванию, коррозии в жидких и газообразных средах и многим другим видам внешних воздействий.
Разрушение деталей машин, инструмента и других изделий в подавляющем большинстве случаев начинается с поверхности, и именно к поверхностным слоям относятся перечисленные выше требования. Объемное легирование сплавов, как правило, является неэкономичным, а во многих случаях и неосуществимым из-за почти полной потери ими пластичности и вязкости. Поэтому в последние годы все большее внимание исследователей и производственников уделяется различным методам поверхностного упрочнения. Одним из основных методов поверхностного легирования (а, следовательно, и упрочнения) является химико-термическая обработка.
Диффузионное насыщение поверхности одним элементом в ряде случаев не может удовлетворять требованиям практики, поскольку не обеспечивает получения изделий с комплексом требуемых эксплуатационных свойств. Поэтому все чаще проводится диффузионное насыщение поверхности металлов и сплавов одновременно несколькими элементами. Многокомпонентное диффузионное насыщение несколькими элементами приводит к существенному улучшению свойств поверхностного слоя по сравнению с однокомпонентным насыщением. Процесс диффузионного насыщения позволяет упрочнять детали различной конфигурации, формируя качественно новый состав поверхностного слоя с заданными физико-механическими свойствами.
Все вышеизложенное поставило вопрос об исследовании многокомпонентного диффузионного насыщения (МДН) тремя элементами: хромом, кремнием и марганцем и, соответственно, об изучении механических и эксплуатационных свойств изделий после процесса насыщения.
Образцы для насыщения были изготовлены из порошкового железа, порошковой стали 40, 60 и 40Н2М. В качестве образцов-контролеров использовалась сталь 40п в состоянии после горячей штамповки и улучшения и компактная сталь У8, термически обработанная до твердости 58-62 ИКСЭ.
Образцы подвергали поверхностной металлизации хромом, кремнием и марганцем и сравнивали с образцами, ненасыщенными этими элементами, по износостойкости.
Испытания на износостойкость проводили на приборе ТЫВОМЕТИ. Путь трения составлял 150 м, испытания проводили под нагрузкой 1; 2; 3; 5 и 10 Н.
Анализ полученных кривых трения (рис. 1) показывает, что после проведения МДН коэффициент трения по сравнению с образцом-контролером уменьшился в 2,5 раза.
Затем было проведено исследование пятна изнашивания шарика из закаленной стали 18Х8СТ. Результаты показали уменьшение изнашивания на теле трения (рис. 2).
Как видно из представленных фотографий, изнашивание контртела уменьшилось в 2-3 раза.
При испытании шарик фиксируют в держателе из нержавеющей стали, который передает ему заданную нагрузку и связан с датчиком силы трения. Важную информацию о механизме разрушения покрытия дают анализ продуктов износа, строения бороздки износа (на образце) и пятна износа (на контртеле - шарике). Для
s
3 S
m
о «
DD«] Л III bit ш 3)(D 13X00 lyicil
aw 1 Kilo- il2£®3 4«E<Ö iii№ 7 8£03
Путь трения
s
3 S
с
ни 1ЩЩ 31X03 1ЕЩГП ЕШЛ Г&1И
Твм »Гда ' йдТшй ' ¡¡И« ' Ж ' Путь трения
Рис. 1. Кривые трения: образцов стали 60п без диффузионного насыщения (а) и образцов после насыщения хромом, кремнием и марганцем (б)
Рис. 2. Фотографии шарика (сталь 18Х8СТ после проведения трибологических испытаний, нагрузка 5 Н, путь трения 150 м): а - после испытания на трение стали 60п (закалка + низкий отпуск); б - после испытаний на трение образца из стали 60п, подвергнутого МДН, х200
этого применяют микроскопические наблюдения и измерения профиля бороздки износа. Строение бороздок износа (на дисках) и диаметр пятен износа (на шариках) наблюдают в оптический микроскоп AXIOVERT CA25 (Karl Zeiss) при увеличении х(100-500) и стерео-микроскоп МБС-10 (ЛЗОС) при увеличении х(10-58). Измерения вертикального сечения бороздок износа проводят на профилометре SURFTEST SJ-402 (Mitutoyo) в четырех диаметрально и ортогонально противоположных областях и определяют средние значения площади сечения и глубины бороздки. На фотографиях дорожек (рис. 3) видно, что поверхность образца из стали 60п (закалка + низкий отпуск) сильно протерта, в то время как поверхность образца из стали 60п, подвергнутого МДН практически не изношена.
Выводы. После многокомпонентного диффузионного насыщения хромом, кремнием и марганцем коэффициент трения стали 60п по сравнению с образцом-контролером снизился в 2,5 раза. По пятну износа
б
Рис. 3. Исследование дорожек трения: а - материал сталь 60п (закалка + низкий отпуск); б - сталь 60п + МДН
видно, что изнашивание контртела уменьшилось в 2-3 раза. Исследование дорожек трения показало, что материал без нанесения покрытия сильно протирается и изнашивание образца достигает 67 мкм, в то время, как после проведения МДН изнашивание материала уменьшилось до 33 мкм.
Таким образом, многокомпонентное диффузионное насыщение хромом, кремнием и марганцем применительно к изделиям из порошковых материалов позволяет повысить трибологические свойства изделий из них и несомненно представляет научный и производственный интерес.
а
а
Москва, ГК Измайлово 12 -14 ноября 2008 г.
ООО «Гипрогазоочистка-Инжиниринг»
ЧЕТВЕРТАЯ МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
«РЕКОНСТРУКЦИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ.
СОВРЕМЕННЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЙ»
Основные темы конференции: Участники конференций 2005-2007 гг.
ТЕНДЕНЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВА
ПРОБЛЕМЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ, СВЯЗАННЫЕ С РЕКОНСТРУКЦИЕЙ, ПЕРЕОСНАЩЕНИЕМ И ПР.
СОВРЕМЕННЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ГАЗООЧИСТКИ, ВОДООЧИСТКИ И водоподготовки
ОПТИМИЗАЦИЯ ЗАТРАТ НА ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЕКТЫ ЗА СЧЕТ РЕЦИКЛИНГА ОТХОДОВ И СТОКОВ
МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ
РАО «ЕЭС России», ОАО «Институт Томск-теплоэлектропроект», НИИОГАЗ, Гипрони-кель, Lurgi Bischoff, Альсгом Пауэр Ставан, Кондор-Эко, Технопласт Инжиниринг, Халь-дор Топсе, Магнитогорский Гипромез, ОАО «Гипромез», Ленгипромез, Роспромпроект, Гиредмет, ГИПРОЦВЕТМЕТ, Гинцветмет, Ametek, Artvik, Metso Automation, СУАЛ-Холдинг, Стойленский ГОК, Миттал Стил Кривой Рог, Норильский никель, Запорожс-таль, Волжский трубный завод, Красцветмет, Оскольский электрометаллургический комбинат, Северсталь, Белорусский металлургический завод, НЛМК, Новокузнецкий МК, Челябинский МК, Северский трубный завод, Михайловский ГОК, Казцинк, Криворожский горно-металлургический комбинат, Азов-сгаль, Среднеуральский медеплавильный завод, Уфалейникель, Актюбинский завод ферросплавов, Таджикский алюминиевый завод и др.
Партнеры конференции:
Информационные партнеры конференции:
К
STINS COMAN
гаПРОГАЗООЧЕСЮ corporation
I тю.\ I
I©1
льшои
"ЗНЕС
ромышпенны» *у I Контроллеры fl\I |
коррозия
к«пга .J^ZZ
3fr экспозиция
'J ИЗДАТЕЛЬСКИЙ 1дОМ
информация
сфера® |ч т НЕФТЕГАЗ Ш
МЕТАЛЛУРГ
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.