УДК 621.791.92

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАПЛАВКИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ДЕТАЛЕЙ, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ В УСЛОВИЯХ КОРРОЗИОННО-МЕХАНИЧЕСКОГО ИЗНАШИВАНИЯ

 

USE a building-up welding FOR INCREASE IN OPERABILITY OF THE DETAILS OPERATED IN THE CONDITIONS OF CORROSION AND MECHANICAL WEAR

 

Шевчук Д.М., Памфилов Е.А. (Брянский государственный технический университет, г.Брянск, РФ)

Shevchuk D.M., Pamfilov E.A. (Bryansk state technical university, Bryansk, Russia)

 

Выполнен анализ причин изнашивания деталей изделий, эксплуатируемых в условиях коррозионно-механического воздействия. Описаны основные физико-химические процессы, определяющие интенсивность изнашивания и предложены пути оптимизации методов наплавки для повышения работоспособности деталей машин и оборудования.

The analysis of the reasons of wear of details of the products operated in the conditions of corrosion and mechanical influence is made. The basic physical and chemical processes defining intensity of wear are described and paths of optimization of methods of a building-up welding for increase in operability of details of cars and an inventory are offered.

 

Ключевые слова: трение, износ, наплавка.

Key words: couple of friction, wear, building-up welding

 

Долговечность узлов трения машин различного назначения, в том числе оборудования химической, нефтяной, деревообрабатывающей, и ряда других отраслей промышленности, во многих случаях является недостаточной из-за интенсивного поверхностного разрушения функциональных поверхностей деталей, которые подвергаются коррозионно-механическому изнашиванию.

При этом оценка способности конкретных деталей сопротивляться данному виду изнашивания в процессе эксплуатации является весьма трудоемкой из-за сложности и длительности производственных испытаний. Кроме того, результаты таких испытаний далеко не всегда оказываются корректными. В связи с этим, необходимы как анализ протекания коррозионно-механического изнашивания в парах трения и выявление основных факторов его определяющих, так и разработка методов формирования требуемых свойств изнашиваемых поверхностей.

При этом следует иметь в виду, что коррозионно-механическое изнашивание протекает при совместном воздействии механических нагрузок и химических реакций в зоне фрикционного контакта деталей пары трения. Величина такого вида изнашивания включает в себя, помимо механической и коррозионной составляющей еще и синергетическую долю, определяемую степенью взаимного влияния указанных составляющих в процессе эксплуатации.

По многим литературным данным значительную роль при коррозионном воздействии среды играют электрохимические процессы, которые одновременно с механическим воздействием значительно повышают интенсивность изнашивания металлической поверхности. Это обусловлено тем, что непрерывное разрушение поверхностных слоев при электрохимической коррозии способствует более интенсивному изнашиванию при механическом взаимодействии изнашиваемых поверхностей. Помимо этого, продукты коррозии в большинстве случаев оказываются менее прочными, чем основной металл, на котором они образуются, и имеют относительно слабую адгезию к основному металлу.

С ростом интенсивности механического воздействия роль электрохимического фактора убывает и может сводиться к «разрыхлению» поверхности металла, и снижению его механической прочности, что так же способствует более интенсивному разрушению поверхностного слоя [1].

Механическая нагрузка на поверхность трения в свою очередь существенно влияет на интенсивность протекания коррозионных процессов в зоне фрикционного контакта. При этом коррозионные процессы могут ускоряться в тысячи раз.

Механическое удаление образующихся продуктов коррозии при трении приводит к постоянной регенерации химического потенциала поверхности и замедлению процесса пассивации. На изменение потенциала влияет и пластическая деформация, обусловленная наличием, движением и выходом на поверхность дислокаций. Таким образом, поверхность трения работает в условиях импульсного колебания химического потенциала [2].

Кроме того, большое значение имеет изменение в зоне трения энергии активации - избыточной энергии, которой должны обладать молекулы или атомы, чтобы их взаимодействие могло привести к образованию нового вещества. Для процессов коррозионно-механического изнашивания накопителем избыточной энергии является материал, прилегающий к поверхности трения, а ее источником подводимая механическая энергия. Таким образом, процесс трения является тем фактором, который способствует снижению энергии активации. Например, для термохимической реакции окисления железа она составляет около 51 ...63 кДж/моль, а трибохимической - примерно 0,7 кДж/моль.

При взаимодействии металлических поверхностей с агрессивной средой, сопротивляемость их коррозионно-механическому изнашиванию определяется преимущественно химическим составом и структурой материала, при этом, как показали выполненные ранее исследования, повышенной износостойкостью в указанных условиях отличаются материалы, сочетающие в своей структуре, аустенитно-мартенситную основу, упрочненную карбидной фазой [3].

С позиции обеспечения существенного повышения износостойкости деталей узлов трения машин работающих в условиях коррозионно-механического изнашивания, эффективным представляется использование электродуговой наплавки [4]. Такой способ упрочнения обладает рядом существенных преимуществ: при его реализации практически отсутствуют ограничения на размеры наплавляемых поверхностей изделий; достигается возможность нанесения металлического покрытия большой толщины, что целесообразно при восстановлении деталей с большой величиной износа; доступность технологического оборудования; относительная простота выполнения процесса упрочнения.

Вместе с тем, при выполнении наплавки необходимо обеспечение ряда требований, обусловленных особым характером протекания процессов изнашивания упрочненных или восстановленных поверхностей при коррозионно-механическом на них воздействии. Структура наплавленного материала с позиции обеспечения сопротивляемости химическому и электрохимическому воздействию должна содержать элементы, способствующие повышению сопротивления действию рабочих агрессивных сред. А для уменьшения интенсивности механического изнашивания предпочтительными являются покрытия, материал которых обладает высокой твердостью и достаточной сопротивляемостью действию статических и динамических нагрузок.

Для уменьшения интенсивности изнашивания за счет контактной усталости предпочтительны покрытия из композиционных материалов с неоднородной структурой, создающей условия эффективного рассеивания подводимой при трении энергии во избежание концентрации напряжений в поверхностных слоях [4].

Таким требованиям в определенной степени отвечают сплавы Fe-C-Cr-V, в которых матрица наплавленного материала объемно армируется карбидным каркасом, за счет чего реализуется эффект композиционного упрочнения. Такого рода композиционное упрочнение достигается за счет формирования в сплаве карбидной фазы в виде дендритообразного каркаса, вследствие чего исследуемые сплавы обладают высоким комплексом механических и противоизносных свойств. При этом, варьируя свойствами матрицы и объемным содержанием карбидов, можно обеспечивать высокую износостойкость материала применительно к различным условиям эксплуатации [5].

Таким образом, можно полагать, что перспективным для дальнейшей оптимизации наплавочных материалов является наплавочный материал содержащий в различных соотношениях углерод, хром и ванадий, имеющий аустенитно-мартенситную структуру с равномерно распределенными в ней карбидами хрома типа Cr7C3 [6].

При этом для достижения максимального положительного эффекта требуется выполнение дополнительного анализа закономерностей и механизмов коррозионно-механического изнашивания деталей узлов трения машин, подвергающихся коррозионно-механическому изнашиванию и обоснование возможности использования других более эффективных наплавочных материалов.

Список использованных источников

1. Сорокин, Г.М. Коррозионно-механическое изнашивание сталей и сплавов [Текст]/ Г.М. Сорокин, А.П. Ефремов, Л.С. Саакян - М.: Нефть и газ, 2002.- 424 с.

2. Чичиндзе, А.В. Основы трибологии (трение, износ, смазка): Учебник для технических вузов. -2-е изд., перераб. и доп. [Текст]/ А.В. Чичинадзе, Э.Д.Браун, Н.А.Буше и др.; Под общей редакцией А.В. Чичинадзе. –М.:Машиностроение,2001. – 664 с..

3. Памфилов, Е.А. Особенности изнашивания железоуглеродистых сплавов при фрикционном контактировании с древесиной / Е.А. Памфилов, С.В.Лукашов, Я.С. Прозоров // Трение и смазка в машинах и механизмах, 2012. - №6. – С.3-9.

4. Памфилов, Е.А. Современные методы исследования коррозионно-механического изнашивания / Е.А. Памфилов, С.В.Лукашов, С.В. Кузнецов, Я.С. Прозоров // Известия Самарского научного центра РАН, 2015. – т.17. – №1 - С.146-149.

5. Pamfilov, Е.А. Mechanochemical Facture of the Components of Wood-Cutting Equipment / Е.А. Pamfilov, S.V. Lukashov, Ya.S. Prozorov // Materials Science, 2014. – Vol.50 – №1 – p.p.148-155.

6. Повышение эффективности производства древесной стружки на основе увеличения долговечности применяемого оборудования: автореф. дисс... канд. техн. наук / Я.С. Прозоров,  Архангельск, САФУ, 2016. – 16с.