Eng
Главная Публикации Статьи Нанесение покрытий на стальных образцах с помощью ГМТ
Последний документ


Патент № 2415176


Научное руководство



Зуев Валерий Владимирович

Доктор геол.-минер. наук, академик РАЕН, автор четырех научных открытий, в которых выявлены новые энергетические подходы к объяснению и предсказанию физико-химических свойств минеральных и других кристаллических веществ

Рекомендательное письмо...


Кто на сайте
Сейчас 34 гостей онлайн
Нанесение покрытий на стальных образцах с помощью ГМТ

Сборник статей «ТРАНСТРИБО-2005», Санкт-Петербург, 2005

Нанесение покрытий на стальных образцах с помощью мелкодисперсных порошков геомодификаторов трения масляных СОТС

Состояние проблемы

Для улучшения эксплуатационных свойств поверхностей трения существует достаточно большое количество технологических приемов. Один из них – получение низкой шероховатости поверхности после механической обработки, близкой к равновесной, для данной пары трения.

Ниже представлены результаты исследований по возможности применения геомодификаторов трения (ГМТ) на основе мелкодисперсных порошков серпентинита в масляных СОТС на операциях доводки поверхности стальных образцов.

Методика проведения испытаний

Испытания проводились на токарно-винторезном станке модели 16К20 по схеме: неподвижное котртело – притир по вращающемуся ролику. Контртело изготавливалось из серого чугуна марки СЧ20 твердостью НВ 230...280. Вращающийся ролик изготавливался из углеродистой конструкционной стали с содержанием углерода 0,35...0,45% и твердостью НВ 220...240. Нагрузка при испытаниях была постоянной 20 Н. Число оборотов шпинделя составляло 560 об/мин. Испытания проводились в обычном масле И-20 ГОСТ 1707-78, а также в смазочной композиции, состоящей из 80% масла И-20 и 20% геомодификатора трения на основе природного минерала серпентинит (структуры лизардита). Порошок тщательно растирался с маслом при небольшой концентрации И-20 до образования густой суспензии, затем суспензия разбавлялась И-20 до достижения необходимой концентрации.

После испытаний оценивалась микрогеометрия поверхности на ИВК «Профиль» [1], а также оценивалась микротвердость образца из углеродистой стали на ПМТ-3.

Для проведения эксперимента было изготовлено приспособление к токарному станку, представляющее собой чугунное контртело, которое при помощи упругих пластин связано с рамой приспособления (см. рис. 1). Регулируя жесткость пластин, можно менять усилие прижима контртела к поверхности ролика. На раме установлен индикатор часового типа с ценой деления 0,1 мм. Приспособление жестко крепится в резцедержателе станка. Оправка с роликом зажимается в кулачки токарного патрона. Ролик базируется по внутреннему диаметру и поджимается при помощи гайки. При необходимости быстро заменяется на другой образец. К раме приспособления крепится ванна с СОТС или смазочным материалом. Ролик погружается в ванну на ¼ (рис. 1).

Рис. 1. Схема приспособления: 1 – испытуемый ролик Ст-45; 2 – смазывающий состав; 3 – ванна; 4 – притир СЧ35; 5 – струбцина; 6 – пружина; 7 – крепежная рама

Весь цикл испытаний с одной смазочной композицией занимал 10 часов. Параметры шероховатости поверхности трения оценивались на ИВК «Профиль» через 15 минут, 1 час, 2 часа, 5 часов, 10 часов. Данные заносились в табл. 1 и табл. 2 и по этим данным строились диаграммы и графики.

Таблица 1. Зависимость значений шероховатости от времени для ролика, испытанного в чистом масле И-20

\ t, ч 0 1\4 1 2 5 10
Ra, мкм 0,66 0,71 0,73 0,79 0,99 1,53
Rz, мкм 4,16 4,66 4,49 4,79 6,09 8,2
Rq, мкм 0,86 0,94 0,96 1,02 1,26 1,87

Таблица 2. Зависимость значений шероховатости от времени для ролика, испытанного в чистом масле И-20 с добавлением ГМТ

\ t, ч 0 1\4 1 2 5 10
Ra, мкм 0,7 0,69 0,77 0,8 0,68 0,51
Rz, мкм 4,66 4,01 3,76 3,91 4,26 3,02
Rq, мкм 4,66 4,01 3,76 3,91 4,26 3,02

Оценка микротвердости поверхностного слоя образцов

Измерения микротвердости проводились по методу восстановленного отпечатка ГОСТ 9450-76 после 10 часов испытаний. Отпечатки на поверхность наносились алмазным индентором (рис. 5). Перед проведением измерения микротвердости поверхности деталей проводилась проверка правильности показаний прибора путем определения значений микротвердости кристалла поваренной соли NaCl (ТУ 3-3.1377-8). Дальнейшие измерения микротвердости проводились на исследуемом образце. Ролик крепился струбциной так, что его исследуемая поверхность располагалась параллельно рабочей плоскости столика, на который он устанавливался. Место для нанесения отпечатка выбиралось изменением положения столика.

Рис. 2. График зависимости значения Ra от времени

Рис. 3. График зависимости значения Rz от времени

Рис. 4. График зависимости значения Rq от времени

Поверхность испытуемого ролика очищалась растворителем. На утолщенную часть штока помещался груз массой 50 г. Далее, после предварительной подготовки предметный столик вращался, не допуская толчков, против часовой стрелки до упора. Алмазный наконечник опускался поворотом против часовой стрелки руко­ятки штока до касания им поверхности исследуемого образца в течение 10...15 с и удерживался в этом положении 30 с под нагрузкой.

Рис. 5. Микротвердометр ПМТ-3: 1 – груз массой 50 г; 2 – микроскоп; 3 – алмазный индентор; 4 – исследуемый образец; 5 – приспособление
Рис. 6. Отпечатки алмазного наконечника на поверхности исследуемого образца

При исследованиях применялся алмазный наконечник с формой рабочей части в виде четырехгранной пирамиды с квадратным основанием и углом при вершине 136º ГОСТ 9377-81. После выдержки под нагрузкой алмазный наконечник возвращался в исходное положение. На образец наносилось двадцать отпечатков при соблюдении установленных расстояний между их центрами (рис. 6). Измерения отпечатков на объектах проводились на телевизионной измерительной системе LEITZ LATIMET-AUTOMATIC (рис. 7), предварительно сбалансированной и откалиброванной. Для установки образцов и измерения отпечатков поверхности ролика на рабочем столе LEITZ LATIMET-AUTOMATIC применялось специальное приспособление.

Рис. 7. Телевизионная измерительная система «LEITZ LATIMET-AUTOMATIC»: 1 – телекамера; 2 – вращающаяся призма; 3 – микроскоп; 4 – монитор; 5 – панель; 6 – панель управления, калибровки; 7 – системный блок
Рис. 8. Сравнительные данные микротвердости обрзцов трения с маслом И-20 и маслом И-20 + ГМТ

После измерения параметров полученного отпечатка число микротвердости определялось по формуле:

где H – микротвердость по невосстановленному отпечатку, Н/мм2; P – нагрузка, H; S – площадь отпечатка, мм2; d – диагональ отпечатка, мм.

Полученные результаты заносили в протокол испытаний. На основании полученных данных строили диаграмму изменения микротвердости поверхностного слоя. По графикам производили сравнение микротвердости поверхностного слоя после испытаний с маслом И-20 в качестве СОТС и масла И-20, модифицированного ГМТ (рис. 8).

Заключение:

Предварительные испытания показали, что экспериментальная СОТС, содержащая ГМТ, позволяет существенно снизить шероховатость поверхности по всем высотным параметрам Ra, Rz, Rq в среднем в 2...2,5 раза, что, безусловно, является положительным, поскольку ускоряет процесс приработки и достижения равновесной шероховатости.

Оценка микротвердости поверхности трения выявила ее снижение в процессе испытания для образца с экспериментальной СОТС. Данный факт подтверждает наши испытания, проводимые на других углеродистых сталях на машине трения СМТ-1 с маслом, содержащим ГМТ.

В общем, данная технология требует наработки данных, как по количеству испытанных образцов, так и по их инструментальной оценке. В настоящее время основным сдерживающим фактором является временной.

Авторы: Погодаев Л.И., Дмитриев С.Н., Петров В.М., Федосов А.В., Говорова О.В.
Санкт-Петербург, СПбУВК, ПИМАШ