научная статья по теме ПОВЫШЕНИЕ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ СТАЛЕЙ ПОСЛЕ МНОГОКОМПОНЕНТНОГО ДИФФУЗИОННОГО НАСЫЩЕНИЯ Металлургия

Текст научной статьи на тему «ПОВЫШЕНИЕ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ СТАЛЕЙ ПОСЛЕ МНОГОКОМПОНЕНТНОГО ДИФФУЗИОННОГО НАСЫЩЕНИЯ»

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.

Показать целиком