Зносостійкість інструментальних матеріалів у водневому газовому середовищі та фізико-хімічні особливості воднево-дифузійної обробки - Автореферат

В результаті трибо-і термодеструкції мастильно-охолоджуючих матеріалів, з оточуючого середовища і контактуючих пар тертя в переважній більшості випадків відбувається виділення газоподібного водню, що призводить до зсуву цих процесів в той чи інший бік і появи водневого зношування, закономірності якого почали вивчати тільки в 70-х роках XX століття. Дослідженням з вивчення водневого зношування конструкційних матеріалів приділяється значна увага, однак відомостей про вплив водню на триботехнічні характеристики інструментальних матеріалів практично немає. Поштовхом до вивчення водневого зношування інструментальних матеріалів послужило розширення кола робіт, повязаних з використанням водню для зміни фізико-механічної і фізико-хімічної ситуації в зоні “тертя - різання” з метою підвищення зносостійкості інструментальних матеріалів, продуктивності механічної обробки та покращання оброблюваності матеріалів. Гаркунова на наступне тисячоліття, є: розробка методів (методик) дослідження водневого зношування; вивчення процесів наводнювання металів при терті, вивчення властивостей наводненого металу при терті, а також впливу режимів тертя на водневе зношування з використанням найсучасніших методів досліджень; вивчення фізико-хімічних процесів, що відбуваються в різноманітних парах тертя при водневому зношуванні, та виявлення характеристик реакційної спроможності поверхонь за різними режимами тертя; дослідження в області попередження водневого зношування деталей машин, деревообробного і металорізального інструментів; вивчення загальних закономірностей водневого зношування і встановлення областей його виявлення; розробка методів подавлення водневого зношування металорізального і деревообробного інструментів, інструмента при обробці хутряних виробів. Безперечно, актуальним буде і розширення кола робіт з проблеми водневодифузійної обробки конструкційних матеріалів, так як кількість досліджень з даної тематики незначна, механізми підвищення зносостійкості ряду інструментальних матеріалів і оброблюваності сталей з різним комплексом механічних властивостей недостатньо вивчені.Встановлено, що в залежності від хімічного складу матеріалів пари тертя, часу та умов процесу, концентрації водню і температури відбувається прискорення зношування матеріалів або його гальмування. Третій розділ присвячено експериментальному дослідженню закономірностей зміни основних триботехнічних характеристик і визначенню механізмів зношування інструментальних матеріалів на повітрі та в середовищі газоподібного водню при зміні параметрів навантаження і швидкості відносного переміщення поверхонь тертя. Руйнування поверхні відбувається наступним чином: спочатку утворюється металевий звязок на окремих ділянках поверхонь тертя, потім подальше переміщення призводить до зміцнення металу в місці утворення зони схоплення, виривання металевих складових і дряпання зміцненим місцем контактних поверхонь. Подальше підвищення швидкості ковзання до 20 м/хв. приводить до суттєвих змін в будові контактної зони: одночасно з протіканням пружно-пластичної деформації металу відбувається прискорення адсорбції кисню поверхнями тертя і дифузії останнього в глибину здеформованих обємів. Зі збільшенням навантаження до 750 Н/мм2 процес припрацювання закінчується граничною фрагментацією і зміцненням поверхневих шарів матеріалу, в результаті чого формується тонкий шар захисних вторинних структур нижчих окислів типу МЕО, легованих воднем, які добре тримаються матеріалу основи і виступають барєром для утворення ювенільних поверхонь при терті.Встановлено, що процес зношування швидкорізальної сталі Р6М5, твердих сплавів груп ВК і ТК на повітрі і у водневому середовищі характеризується існуванням для них деяких діапазонів мінімальних сил тертя і інтенсивностей зношування, обумовлених утворенням дисипативної структури. Показано, що на повітрі еволюція пружно-пластичної деформації контактної зони в період припрацювання призводить до утворення “білого шару” (сильно здеформованого шару основного матеріалу), структура якого представляє собою мартенсит, карбіди і залишковий аустеніт. Встановлено формування на поверхні тертя, легованих воднем, субмікроскопічних плівок вторинних захисних структур типу МЕО-(Н) та МЕОН, товщиною порядку 1-2 мікрометрів, які екранують матеріал від механічної і фізико-хімічної деструкцій, що постійно утворюються шляхом циклічної динамічної рівноваги і саморегулювання процесів трибоактивації і пасивації в усьому діапазоні зміни фактора навантаження - швидкості. Відмічено, що концентрація (О Н) у вторинних структурах, утворених в середовищі водню, корелює з концентрацією в них заліза: при зміні їх абсолютних значень співвідношення атомних концентрацій Ме і (О Н) зберігається близьким до СМЕ/СО Н 1/1, в той час, як у структурах, отриманих на повітрі, співвідношення атомних концентрацій Ме і О зберігається близьким до СМЕ/СО 2/3. Відмічено двояку дію водню на поведінку швидкорізальних і твердосплавних інструментальних матеріалів при випробуваннях на тертя та зношування,

2. Основний зміст роботи