Структурные составляющие поверхностных покрытий для восстановления изношенных деталей машин

Структурные составляющие поверхностных покрытий для восстановления изношенных деталей машин

Косимов Каримжан,

Андижанский сельскохозяйственный
институт, Республика Узбекистан.
Долговечность деталей машин и конструкций в соответствующих условиях их службы определяется усталостью металла, процессами износа, коррозии и т.д. которое вызывают постепенное разрушение.
Процессы, ведущие к износу, называют изнашиванием. В результате износа изменяются размеры деталей, увеличиваются зазоры между трущимися поверхностями, вызывающие биение и стук. Изнашивание происходить в результате механического, коррозионно-механического, эрозионного, кавитационного или усталостного воздействия. Абразивное изнашивание относится к механическому изнашиванию. Абразивное изнашивание является типичным для многих деталей машин, работающих в технологических средах, содержащих абразивные частицы.
Свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию принято называть износостойкостью. Для многих деталей с повышением твердости (при некотором запасе пластичности) относительная износостойкость возрастает. Повышение износостойкости деталей достигается химико-термической обработкой, упрочнением поверхности путем механического наклепа или наплавки, образованием промежуточных пленок.
Упрочнение металла происходит при увеличении количества дефектов кристаллического строения. Упрочнение связано с образованием твердого раствора, гетерогенных структур различной дисперсности или метастабильных структур, например, мартенсита. Наиболее сильно прочностные характеристики возрастают при создании в сплавах высокодисперсной гетерофазной структуры.
Дисперсными частицами часто являются химические соединения. Чем сложнее кристаллическая решетка фазы упрочнителя, и чем больше отличается ее состав от основного твердого раствора, тем сильнее упрочнение. Упрочнение деталей может быть достигнут не только путем повышения плотности дислокаций, но и созданием так называемых композиционных материалов. Композиционные материалы на металлической основе состоят из матрицы и упрочнителя. Перспективны дисперсионно-упрочненные сплавы. Под дисперсионно-упрочненными сплавами понимают композиционные материалы, упрочнителями которых являются равномерно распределенные на определенном расстоянии друг от друга дисперсные частицы, не растворяющиеся в матрице. Эти частицы искусственно вводятся в сплав в процессе их получения.
При разработке износостойких композиционных материалов большая перспектива принадлежит к порошковым материалам.
В основе конструирования износостойких порошковых материалов, работающих в условиях абразивного изнашивания, лежит принцип получения гетерогенной структуры.
Они, обычно, состоят из трех разных металлических порошков; матричные, легкоплавкие сплавы и противозадирные добавки.
Относительные объемы приведенных выше структурных составляющих для износостойкой порошковой композиции представляет собой: 20-25% противозадирных добавок, 8-12% легкоплавких сплавов, остальные матрица.
Подобная гетерогенная структура в условиях абразивного изнашивания должна исключать как хрупкое разрушение трущихся поверхностей, так и лавинное микросхвативание в них, протекание которого может привести к свариванию этих поверхностей. В гетерогенных структурах происходит прерывание микросхватывания при переходе из зоны матрицы в зону противозадирных добавок.
Порошковые материалы создающие матрицы износостойких сплавов, могут представлять собой как твердые растворы на основе различных металлов и сплавов (железа, хрома, никеля, кобальта, вольфрама и их сплавов), так и мелкозернистые эвтектические сплавы чередующиеся и тесно контактирующие друг с другом зерна твердого раствора на основе указанных выше металлов и сплавов с дисперсными частицами карбоборидов, интерметаллидов и др.
Порошковые материалы, кроме материалов на железной основе, используются, как красностойкие, жаростойкие и коррозионностойкие матрицы сплавов в соответствующих условиях изготовления и эксплуатации изделия. Стоимость их достаточно высокие.
В условиях абразивного изнашивания такие свойства матрицы сплава не требуются и использование этих материалов удорожает процесс восстановления. Поэтому здесь уместнее использовать железные порошки.
Матрицы, созданные эвтектическими сплавами на железной основе (сормайты различных марок), имеют повышенную износостойкость за счет прочно сцепленных между собой зерен твердого раствора и высших карбидов хрома, а также пониженную температуру плавления за счет явления контактного плавления, характерного для всех эвтектических сплавов: их область «солидус - ликвидус» находится примерно в интервале 900-1000⁰С. Поэтому в условиях абразивного изнашивания порошковые сормайты различных марок могут использоваться как самостоятельные износостойкие сплавы, содержащие одновременно матрицу (твердый раствор на основе железа и хрома), включения противозадирных добавок (высшие карбиды хрома) и легкоплавкие сплавы в местах контакта двух приведенных выше структурных составляющих.
Вследствие низкой температуры плавления (и жидкотекучести) все порошковые материалы, создающие эвтектические сплавы, могут быть использованы для получения прослоек легкоплавких сплавов по границам структурных составляющих износостойкой порошковой композиции, а также для получения сварных соединений порошкового слоя с деталью по механизму совместной кристаллизации. В последнем случае в зоне соединения легко образуется непрерывный слой промежуточных сплавов. Здесь можно использовать как сормайты различных марок на железной основе, так и самофлюсующиеся сплавы на никелевой основе. Стоимость их в данном случае не имеет особого значения из-за небольшого содержания их в композиции.
Целесообразнее всего в качестве включений противозадирных добавок использовать карбиды хрома в виде дешевого и широко распространенного в промышленности высокоуглеродистого феррохрома. Частицы его представляют собой высшие первичные карбиды хрома с минимальным количеством эвтектики. Для утверждения вышеприведенных положений были приведены лабораторные испытания по восстановлению и упрочнению изношенных поверхностей деталей машин контактной приваркой порошковых композиций.
В процессе приварки самофлюсующиеся легкоплавкие сплавы более или менее равномерно распределяются по границам структурных составляющих порошковой композиции. Он обеспечивает отсутствие пор, недопустимых в компактном износостойком порошковом теле, создавая при его образовании условия для спекания в жидкой фазе. Полученный расчетным путем объем пустот между частицами функциональных наполнителей при одинаковых размерах шарообразных частиц составляет около 47%. Пустоты, между частицами, объем которых могут изменяться до 10%, во время приварки целесообразно заполнять матрицей.
Исследования микроструктуры приваренных слоев из порошковых частиц разного состава в композициях показала, что структура полученных слоев представляет собой набор структур порошковых частиц, составляющих соответствующую композицию. В местах контакта порошковых частиц разного вида структура одной частицы переходит в структуру другой.
При содержании частиц порошка феррохрома в композиции 7-12% пор между ними не наблюдаются. При дальнейшем увеличении содержания частиц феррохрома в композиции обнаруживаются единичные округлые и эллипсоидные поры, по конфигурации, напоминающие самофлюсующиеся порошковые частицы ПГ-СР-2, это может быть подтверждением предположения о заполнении ими пор в слое.
В результате получен состав порошковой композиции, обеспечивающий высокой износостойкостью. При этом относительные объемы приведенных выше структурных составляющих изменены в следующих пропорциях: Около 30% противозадирные добавки в виде ФБХ-6-2 или ФХ- 800, около 20% легкоплавкие сплавы в виде ПГ-СР-2, ПГ-СР-4, остальные матрица в виде ПЖ-3С и ПЖ-4С (Рис. 1.).

Увеличение- х500
Рис. 1. Микроструктура приваренного слоя на поверхность детали ø 50 мм.
Состав порошковой композиции: ФБХ-6-2 - 30% , ПГСР-2 - 20%, ПЖ-3С - 50%.

ЛИТЕРАТУРА

1. 
   Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева.- «Материаловедение»-
   

М., «Машиностроение», 1980 г.

2. 
   А.И. Акулов, Г.А. Бельчук, В.П. Демянцевич –« Технология и
   

оборудование контактной сварки»,- М., «Машиностроение», 1987 г.

3. 
   К, Косимов, И.Л. Улицкая, Н.Т Стребкова–«Протокол испытания микроструктуры приваренных порошковых покрытий»-Москва,1988 г.
   

Резюме
В статье приводится, какую роль играет гомогенные и гетерогенные структурные составляющие материалов деталей машин в условиях абразивного изнашивания. Предлагается состав износостойкого материала для восстановления и упрочнения изношенных деталей машин способом контактной приварки.
Resume
There is given the main role of homogeneous and heterogeneous structural composed materials of machines details in the abrasive wear and tear conditions in this article. Its proposed the composition of tearstrenthen materials for repair and strengthening shabby machine details by the method of contact welding.