Исследование абразивного изнашивания стальных поверхностей, упрочненных вибродуговым науглероживанием/наплавкой

Аннотация

УДК 621.791.92 + 620.186

Для уменьшения величины трения и износа трущихся деталей применяются новые материалы, смазки, наплавки; используются также металлизация, гальваническое покрытие, термическая обработка. В данной работе рассматриваются возможности увеличения стойкости деталей к абразивному изнашиванию путем упрочнения/нанесения покрытий вибродуговой наплавкой графитовым электродом. Вибродуговым науглероживанием графитовым электродом и наплавкой покрытий через порошковые (пастообразные) слои было произведено упрочнение поверхностей образцов. Обработка поверхностей проведена токами величиной 80 и 120 ампер. Исследования сопротивления абразивному изнашиванию выполнены согласно требованиям стандартов ASTM G65-94 и ASTM G132-96 (2007). Полученные результаты свидетельствуют о том, что науглероженные графитовым электродом слои являются более стойкими к абразивному изнашиванию, чем исходная сталь Hardox 400 и чем слои, наплавленные через пастообразное покрытие на основе порошка ПГ-10Н-01. Науглероживание малоуглеродистой стали Hardox 400 графитовым электродом увеличивает количество углерода до 2,8–6,9% и формирует аустенитную (Fe_0,94C_0,06) и цементитную (Fe₃C) поверхностные структуры, а также оксидирует поверхность (Fe_3,71O₄). Это снижает абразивный износ до 39–41%, но науглероживанием формируются слои толщиной 0,1–0,15 мм. Наплавка импульсной дугой поверхностей образцов через слои дополнительных материалов создает импульсное воздействие на наплавляемый материал, разрушает слой, вследствие чего формируются слои неравномерной толщины с трещинами, порами, кратерами. Композиционное покрытие на основе порошка ПГ-10Н-01 формирует аустенитную (Fe_0,94C_0,06), цементитную (Fe₃C), хромникелевую (Cr₂Ni₃) структуры, карбиды хрома-железа (Cr_21,34Fe_1,66C₆), карбиды железа (C_0,09Fe_1,91), которые обеспечивают твердость покрытия в интервале 6145–6310 MPa. Хотя твердость покрытий существенно выше твердости стали Hardox 400, в условиях абразивного изнашивания покрытие имеет износ только на 20–23% меньше износа Hardox 400. Причиной такой незначительной разницы является большая дефектность покрытий. Качество покрытия снижает и наплавка большими импульсными токами. Наиболее целесообразным применением упрочненных науглероживанием слоев являются сопряжения, допустимый износ которых не более толщины упрочненных слоев, а вероятность попадания абразивных частиц в сопряжения мала.

Kлючевые слова: вибродуговая обработка поверхностей, науглероживание и наплавка поверхностей, абразивный износ.