Спосіб визначення зносостійкості сталей і сплавів

Реферат: Спосіб визначення зносостійкості сталей і сплавів полягає в тому, що оцінюють один з параметрів матеріалу та по отриманій раніше залежності цього параметра від зносостійкості еталонного матеріалу визначають зносостійкість. Як параметр матеріалу виступає однорідність поверхневого шару, яка визначається за величиною та розподілом роботи виходу електрона по поверхні деталі. UA 75194 U (12) UA 75194 U UA 75194 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до методів контролю механічних властивостей виробів із сталей і сплавів і може бути використана в машинобудуванні з метою контролю зносостійкості виробів. Відомий спосіб прогнозування зносостійкості металевих деталей [1], який полягає в формуванні індентором на поверхні натурної деталі кільцевої доріжки тертя й оцінюванні зносостійкості по зміні роботи виходу електронів на доріжці тертя і за її межами. Недоліком цього способу є необхідність формування індентором на поверхні деталі кільцевої доріжки тертя, складність визначення зносостійкості металевих деталей під час різних видів зношування, відмінних від абразивного (з нелінійною залежністю зносостійкості та зміни роботи виходу електронів), неможливість визначення зміни структурного стану поверхневого шару сталей і сплавів та їх зносостійкості під час тертя в умовах складного навантаження, коли неможливо вимірювання розподілу роботи виходу електронів поперек доріжки тертя. Найбільш близьким по технічній суті до корисної моделі, що заявляється, є взятий за прототип спосіб визначення зносостійкості сталей і сплавів [2], який полягає в гартуванні і низькотемпературному відпуску матеріалу, що досліджується, його намагнічені до технічного насичення і визначенні коерцитивної сили, яку використовують для визначення зносостійкості по отриманій раніше еталонній залежності коерцитивної сили від зносостійкості. Недоліком цього способу є складність оцінки і необхідність проведення попередньої термообробки матеріалу, що досліджується, використання тільки для фероматеріалів, а також неможливість визначення при цьому зміни структурного стану поверхневого шару сталей і сплавів та їх зносостійкості під час тертя в умовах складного навантаження. В основу корисної моделі поставлена задача створення способу визначення зносостійкості сталей і сплавів з розширенням області використання за рахунок можливості контролю зносостійкості трибоспряжень, які експлуатуються в умовах складного навантаження з наявністю вібрацій, що діють в різних напрямках та зі зниженою складністю та трудомісткістю визначення структурного стану поверхневого шару після зношування. Поставлена задача вирішується тим, що пропонується визначення зміни структурного стану поверхневого шару сталей і сплавів, та як параметр матеріалу, за яким визначається зносостійкість, виступає однорідність поверхневого шару, яка визначається за величиною та розподілом роботи виходу електрона (РВЕ) або розподілом дисперсії РВЕ по поверхні деталі. У зв'язку з тим, що інтенсивність зношування сталей і сплавів суттєво змінюється в залежності від умов тертя, визначення їх зносостійкості проводять з урахуванням стану поверхневого шару. Стан реальної поверхні металів пов'язаний з формуванням на поверхні електричних дипольних моментів, які визначають величину електростатичного бар'єра в роботі виходу електронів. Унаслідок неоднорідного стану металевої поверхні виникає відповідний рельєф електростатичного бар'єра, який зумовлює розбіжність роботи виходу електрона для різних ділянок поверхні. Таким чином, для даної поверхні металу виникає характерний енергетичний рельєф та розподіл РВЕ по поверхні. Порівнюючи енергетичний рельєф еталонного матеріалу з рельєфом матеріалу, який випробують, можна оцінити зміну структурного стану поверхневого шару. Умови складного навантаження в трибоз'єднаннях приводять до утворення певного структурного стану поверхневого шару деталей, що контактують і рівня його зносостійкості. По зміні структурного стану поверхневого шару визначають зносостійкість. При цьому як еталонний матеріал може виступати зразок сталі, що досліджується, або сплаву з відомою зносостійкістю, станом поверхневого шару і умовами навантаження в трибо з'єднанні. Вимірювання роботи виходу електрона проводять з використанням методу динамічного конденсатора Кельвіна [3], в якому вимірювання РВЕ здійснюють по контактній різниці потенціалів (КРП), що виникає між вимірюваною поверхнею і поверхнею електроду-еталону. При цьому вимірюваний зразок і електрод-еталон формують плоский конденсатор і не контактують між собою, але при цьому можливим є ефективний обмін електронами під дією різниці роботи виходу електронів використаних металів. Між поверхнею зразка і електродом за рахунок контактної різниці потенціалів формується змінне електричне поле. Вимірювання напруги компенсації цього поля дозволяє визначити контактну різницю потенціалів (КРП) між зразком і електродом. Невідому величину роботи виходу електрона (РВЕ) зразка визначаємо із співвідношення: РВЕзразка = РВЕелектрода - КРПзразок-електрод, (еВ) Таким чином, нові ознаки при взаємодії з відомими ознаками забезпечують виявлення нових технічних властивостей - шляхом зміни способу визначення зносостійкості розширена область її використання за рахунок можливості контролю зносостійкості трибоспряжень, які експлуатуються в умовах складного вантаження та підвищена ефективність, наочність оцінки зносостійкості. 1 UA 75194 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Це забезпечує всій заявленій сукупності ознак відповідності критерію "новизна" та приводить до нових технічних результатів. Аналоги, які містять ознаки, що відрізняються від прототипу, не знайдені, рішення явним чином не випливає з рівня техніки. Суть корисної моделі пояснюють креслення. Фіг. 1 та 2, де на Фіг. 1 показано розподіл роботи виходу електрона вздовж поверхні зразків із сплаву ХТН-61 після зносу з різною амплітудою поперечних прослизань, а на Фіг. 2 показано розподіл дисперсії роботи виходу електрона вздовж поверхні зразків із сплаву ХТН-61 після зносу з різною амплітудою поперечних прослизань. Для реалізації пропонованого способу використовували зразки із сплаву ХТН-61, при двомірному (ударі з прослизанням) і тривимірному навантаженні (прослизанні в двох взаємно перпендикулярних площинах і ударі). Умови проведення випробувань: амплітуда поперечних прослизань від 0 до 0,1 мм; амплітуда подовжніх прослизань 0,1 мм; частота поперечних прослизань 30 Гц; частота подовжніх прослизань 66 Гц; нормальне ударне питоме 2 навантаження від 0 до 0,6 Н/мм , час випробувань 2 години. Як показали дослідження, 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. При двомірному навантаженні (без поперечних прослизань - Апоп=0) 3 об'ємна інтенсивність зношування склала 0,04•10- мм /м, при тримірному навантаженні з 3 3 3 3 Апоп=0,05 мм і Апоп=0,1 мм - відповідно 0,09•10- мм /м і 0,10•10- мм /м. Вимірювання контактної різниці потенціалів в роботі виконувалися при атмосферному тиску. Частота коливань електроду-еталону із золота складала 500 Гц, діаметр 1,4 мм. Розподіл роботи виходу електрона визначали скануванням з кроком 0,2 мм по одній лінії в центрі робочої поверхні зразків з точністю до 5 меВ. Зразки перед вимірюваннями протирали спиртом і витримували одну добу до встановлення термодинамічного рівноважного стану поверхні. Для РВЕ золота використовували середнє значення 4,300 еВ. Як видно на Фіг. 1, стан поверхневого шару зразків із сплаву ХТН-61 до тертя приблизно однаковий і визначається РВЕ близько 4,100 еВ. В результаті тертя з різною амплітудою поперечних прослизань стан поверхневого шару зразків змінювався. Тертя з двомірним навантаженням (Апоп = 0, крива 1) приводить до отримання поверхневого шару з підвищеним і великим розкидом РВЕ від 3,900 до 4,400 еВ. Це повязано з тим, що виникає новий структурний стан поверхні, близький до аморфного, тому РВЕ збільшується. Наявність і підвищення амплітуди поперечних прослизань приводить до зменшення величини і розкиду· РВЕ і збільшення зносу. При випробуваннях на тертя з А поп= 0,05 мк (крива 2) РВЕ монотонно зменшується від 4,100 до 4,000 еВ, розкид і: значеннях РВЕ при цьому складає інтервал 3,900-4,100 еВ. Поверхневій man зразків після тертя з тривимірним навантаженням з Апоп= 0,1 мм крива 3) забезпечує РВЕ від 3,950 еВ до 4,050 еВ. Збільшення амплітуди поперечних прослизань приводить до зменшення дисперсії РВЕ (Фіг. 2). Зменшення розкиду в значеннях РВЕ указує на підвищення при цьому однорідності структури поверхневого шару і зниження зносостійкості. Виходячи з вищевикладеного можна знобити висновок, що технічне рішення, яке заявляється, задовольняє критерію "Промислове застосування". Джерела інформації: 1. Пат. 13900 Україна, МПК G01N 1/56. Спосіб прогнозування зносостійкості металевих деталей [Текст] / Лоскутов С.В., Манько В.К.; заявник та патентовласник Запорізький нац.-техн. унів. - опубл. 17,04.2006, Бюл.№4.-3 с 2. Пат. 2069343 Российская Федерация, MПK G01N 3/58 Способ определения износостойкости стали и сплавов [Текст] /Горкунов Э.С., Макаров А.В., Коршунов Л.Г., Тартачная М.В., Сомова В.М; заявитель и патентообладатель Ин-т физики металлов Уральского отд. РАН. - № 5058965/28; заявл. 18.08.1992; опубл. 20.11.1996. 3. Вудраф, Д. Современные методы исследования поверхности [Текст] Пер. з англ. / Д. Вудраф, Т. Делчар. - М.: Мир, 1989. - С. 445-468. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Спосіб визначення зносостійкості сталей і сплавів, який полягає в тому, що оцінюють один з параметрів матеріалу та по отриманій раніше залежності цього параметра від зносостійкості еталонного матеріалу визначають зносостійкість, який відрізняється тим, що як параметр 2 UA 75194 U 5 матеріалу виступає однорідність поверхневого шару, яка визначається за величиною та розподілом роботи виходу електрона по поверхні деталі. 2. Спосіб визначення зносостійкості сталей і сплавів за п. 1, який відрізняється тим, що однорідність поверхневого шару матеріалу визначають за розподілом дисперсії роботи виходу електрона по поверхні деталі. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3