Спосіб створення зносостійких поверхонь пар тертя на стальних виробах

Реферат: UA 100689 U UA 100689 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до машинобудування, а саме підвищення довговічності і надійності вузлів тертя машин і механізмів, які експлуатуються в умовах контактування з різними схемами динамічного навантаження. Відомий спосіб отримання зміцненого металу або сплаву зі зносостійкою поверхнею [1], який полягає в тому, що в поверхню металу або сплаву впроваджують частки ультрадисперсного алмазного порошку при інтенсивній деформації зрушенням, здійснюваною за допомогою рівноканального кутового пресування. Недоліком цього способу є необхідність використання змащувального матеріалу модифікованого ультрадисперсним алмазним порошком. Найбільш близьким аналогом за технічною суттю до пропонованої корисної моделі є спосіб створення зносостійких плоских поверхонь пар тертя [2], який полягає в тому, що проводять обробку поверхні виробу диском з армованої твердим сплавом робочою поверхнею, що обертається, притискається до виробу та переміщається по оброблюваній поверхні. За локальною зоною обробки виробу формують валики зі структурою мартенситу. Недоліком цього способу є підвищена складність та трудомісткість, можливість використання способу тільки для плоских виробів та необхідність застосування змащувальних матеріалів під час експлуатації виробів. В основу корисної моделі поставлена задача, що полягає у створенні способу створення зносостійких поверхонь пар тертя на стальних виробах різної форми зі зниженою складністю та трудомісткістю без використання змащувальних матеріалів під час виконання способу та експлуатації виробів. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб створення зносостійких поверхонь пар тертя на стальних виробах, у якому, згідно з корисною моделлю, вироби виготовлюють з конструкційних сталей та евтектичних жароміцних сплавів; тертя здійснюють за умовами експлуатації трибоз'єднань з динамічним навантаженням подовжнього прослизання, або удару і подовжнього прослизання, або удару і прослизання у двох взаємно перпендикулярних напрямах; під час тертя здійснюють контроль структурного стану поверхневого шару з визначенням міцності та розміру фрагментів та формують зносостійкий неоднорідний структурний стан поверхневого шару шляхом зменшення або варіювання амплітуди прослизань, частоти прослизань, нормального навантаження, енергії удару та кількості ударів. У місцях безпосереднього контакту під час тертя відбувається направлена деформація текстурування поверхневих об'ємів металу. Метал зони взаємодії тіл пристосовується до умов навантаження, що пов'язане із зміною форми зерен і їх кристалографічної орієнтації під дією зовнішнього навантаження, утворення відповідних фрагментів. Трансформація структури та особливості структурного стану деформованих при терті поверхневих шарів металу призводять до зв'язку між структурою і властивостями, зокрема зносостійкістю матеріалу. Види складного динамічного навантаження в трибоз'єднаннях (подовжнього прослизання або удару і подовжнього прослизання, або удару і прослизання у двох взаємно перпендикулярних напрямах) приводять до утворення певного структурного стану поверхневого шару деталей, що контактують і рівня його зносостійкості незалежно від форми виробів. Зміна параметрів навантаження дозволяє створювати зносостійкі поверхні пар тертя шляхом формування поверхневого шару підвищеної зносостійкості з неоднорідним за розміром та міцністю фрагментів структурним станом, що супроводжується підвищеною величиною рівноважної шорсткості. Таким чином, нові ознаки при взаємодії з відомими ознаками забезпечують виявлення нових технічних властивостей - шляхом зміни умов динамічного навантаження створення зносостійких поверхонь пар тертя та розширена область використання способу за рахунок можливості застосування до виробів різної форми зі зниженою складністю та трудомісткістю без використання змащувальних матеріалів під час виконання способу. Спосіб отримання зносостійкої поверхні металу або сплаву здійснюють наступним чином. Оцінюють умови кінематичного навантаження в трибоз'єднанні (прослизання, удар і прослизання, удар і прослизання в двох взаємно перпендикулярних напрямах). При цьому враховують можливість зміни умов кінематичного навантаження в контакті трибоз'єднання внаслідок зносу контактуючих поверхонь при тривалій експлуатації. В процесі експлуатації трибоз'єднання проводять оцінку стану поверхневого шару контактуючих поверхонь з визначенням міцності та величини фрагментів (наприклад за трибоспектральним методом [3], по зміні роботи виходу електрона по поверхні [4], за величиною рівноважної шорсткості). При визначенні однорідного за величиною та міцністю фрагментів поверхневого шару формують зносостійкий неоднорідний структурний стан 1 UA 100689 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 поверхневого шару шляхом зменшення або варіювання амплітуди та частоти подовжніх і поперечних прослизань, нормального навантаження, енергії удару, кількості ударів. Досягнення мінімальної однорідності і максимальної міцності поверхневого шару з максимальною роботою і дисперсією роботи виходу електрона по поверхні, максимальною рівноважною шорсткістю підтверджує оптимальність прийнятих умов контакту для отримання максимальної зносостійкості пар тертя трибоз'єднання. Корисна модель пояснюється на прикладах конкретної реалізації запропонованого способу для зразка із сталі 60С2А, при навантаженні удару з прослизанням і удару з прослизанням в двох взаємно перпендикулярних напрямах. Умови проведення випробувань: амплітуда поперечних прослизань від 0 до 0,2 мм; амплітуда подовжніх прослизань 0,1 мм; частота поперечних прослизань 30 Гц; частота 2 подовжніх прослизань 66 Гц; нормальне ударне питоме навантаження від 0 до 0,6 Н/мм , час випробувань 4 години. При навантаженні удару з прослизанням (без поперечних прослизань - Апоп = 0) об'ємна -3 3 інтенсивність зношування склала 0,03·10 мм /м, при навантаженні удару з прослизанням в -3 двох взаємно перпендикулярних площинах Апоп = 0,06 мм і Апоп = 0,08 мм - відповідно 0,045·10 3 -3 3 мм /м і 0,05·10 мм /м. З підвищенням амплітуди поперечних прослизань зростає знос зразків, що є результатом більшого шляху тертя при єдиному часі випробувань. Але підвищення при цьому і об'ємної інтенсивності зношування вказує на зміну умов тертя і стану поверхневого шару зразків. Оцінку стану поверхневого шару отриманих контактуючих поверхонь за трибоспектральним методом здійснювали при скануванні з величиною навантаження на індентор - 0,1 Н; швидкості навантаження - 0,01 Н/с; швидкості сканування - 40 мкм/с утворюються трибограми тангенціальної сили тертя індентора, представлені на трибограмі (див. креслення) Навантаження удару з прослизанням в процесі випробувань (трибограма) на відміну від удару з прослизанням в двох взаємно перпендикулярних площинах (трибограми 1 і 2) призводить до поверхневого шару з структурою більшої міцності і неоднорідності, яка має фрагменти різної величини із збільшеним розкидом міцності, що супроводжується зменшенням зносу. Підвищення амплітуди поперечних прослизань (трибограми 1 і 2) призводить до зменшення міцності поверхневого шару, що супроводжується зниженням величини тангенціальної сили тертя індентора і зниження зносостійкості. При цьому після зносу з навантаженням удару з прослизанням середнє по шести перерізах значення Ra в подовжньому напрямі складає 0,18 мкм, в поперечному - 0,45 мкм, а після зносу з навантаженням удару з прослизанням в двох взаємно перпендикулярних площинах відповідно Ra=0,09 мкм і Ra=0,15 мкм. Тобто, при зниженні шорсткості в два рази в подовжньому напрямі навантаження удару з прослизанням в двох взаємно перпендикулярних площинах привело до зниження шорсткості в поперечному напрямі в три рази, що також вказує на підвищення однорідності поверхневого шару. Шляхом зменшення амплітуди поперечних прослизань від А поп = 0,08 мм до Апоп = 0 формується зносостійкий неоднорідний структурний стан поверхневого шару контактуючих поверхонь пар тертя, що супроводжується підвищенням зносостійкості на 40 %. Джерела інформації: 1. Патент РФ № 2280710 МПК C23C 26/00. Способ получения упрочненного металла или сплава с износостойкой поверхностью [Текст] / Иванов А.М, Валиев Р.З., Рааб Г.И.; заявитель и патентообладатель Институт физико-технических проблем Севера СО РАН - № 2004121363/02; заявл. 12.07.2004; опубл. 27.07.2006. 2. Патент РФ № 2466002, MПK B23P 9/02. Способ создания износостойких плоских поверхностей пар трения [Текст] / Люленков В.И., Полищук С.В.; заявитель и патентообладатель Сибирский государственный индустриальный университет - заявл. 01.06.2011; опубл. 10.11.2012. 3. Патент України № 70446, МПК (2006.01) G01N 3/58. Спосіб визначення зносостійкості сталей і сплавів [Текст] / Л.Й. Івщенко, В.В. Циганов; власник Запорізький національний технічний університет - № u2011 14367; заявл. 05.12.2011; опубл. 11.06.2012, Бюл. № 11. – 3 с. 4. Патент України № 75194, МПК (2006.01) G01N 3/58. Спосіб визначення зносостійкості сталей і сплавів [Текст] / Л.Й. Івщенко, В.В. Циганов, С.В. Лоскутов; власник Запорізький національний технічний університет - № u2012 05338; заявл. 28.04.2012; опубл. 26.11.2012, Бюл. № 22. - 4 с. 2 UA 100689 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Спосіб створення зносостійких поверхонь пар тертя на стальних виробах, який відрізняється тим, що вироби виготовлюють з конструкційних сталей та евтектичних жароміцних сплавів; тертя здійснюють за умовами експлуатації трибоз'єднань з динамічним навантаженням подовжнього прослизання, або удару і подовжнього прослизання, або удару і прослизання у двох взаємно перпендикулярних напрямах; під час тертя здійснюють контроль структурного стану поверхневого шару з визначенням міцності та розміру фрагментів та формують зносостійкий неоднорідний структурний стан поверхневого шару шляхом зменшення або варіювання амплітуди прослизань, частоти прослизань, нормального навантаження, енергії удару та кількості ударів. Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3