4_Gonchar.doc Порівняльні дослідження зносостійкості зразків з різними властивостями в модельному абразивному середовищі Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2012, № 2 38 Гончар В.А. Хмельницький національний університет м. Хмельницький, Україна ПОРІВНЯЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ЗНОСОСТІЙКОСТІ ЗРАЗКІВ З РІЗНИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ В МОДЕЛЬНОМУ АБРАЗИВНОМУ СЕРЕДОВИЩІ В сучасних умовах роботи сільськогосподарського виробництва все більшої актуальності набу- ває проблема створення нових високоефективних кормів з невисокою собівартістю. Дана проблема ви- рішується шляхом використання метода екструзії сировини на черв’ячних машинах з додаванням міне- ралів і отриманням кормів високої якості. В наукових дослідженнях не завжди є можливість проводити випробування на знос деталей на реальних машинах, в зв’язку з їх великою протяжністю і матеріальними затратами. Тому з метою при- скорення досліджень та зменшення матеріальних затрат проводиться моделювання тих чи інші умови роботи на експериментальних установках та стандартних машинах тертя. Екструдери для переробки фу- ражного зерна з різними добавками працюють в специфічних умовах[1]. Дослідження умов роботи вузла екструдування зерна з добавками сапоніту показали, що процес відбувається в абразивному середовищі при тиску 5 - 10 МПа і температурі 140 - 160 оС. Абразивність середовища зумовлюється наявністю абразивних частинок в сапоніті та попадання піску в фуражне зерно при переробці [2]. Дослідження абразивних частинок мінералу сапоніту показали, що вони містять час- тинки кварцю округлої форми з розміром від 0,3 до 1 мм в кількості 0,26 % від загальної маси. Розподіл частинок за розмірами має нормальний закон. Твердість абразивних частинок складає 1000 - 1200МПа. В зв’язку з різними умовами роботи на гребенях витків і впадинах, бокових сторонах витків, на- ми застосовувалось дві установки для моделювання умов роботи, що максимально наближені до реаль- них. Поверхні впадин і бокових сторін витків контактують тільки з сировиною. З метою дослідження процесу зношування в даних умовах нами розроблена модельна установка, що моделює ці умови роботи, і проведено відповідні дослідження [3]. На гребенях витків умови роботи дещо інші. Деформації шнека, перекоси в зв’язку з несоосніс- тю шнека і приводу, неточності виготовлення вузла екструдування зумовлює безпосередні контакти по- верхонь. При попаданні абразивних частинок в зазор між гребенями шнека і циліндром відбувається їх защемлення та руйнування поверхонь. Для моделювання цих умов роботи застосовуємо установку тор- цового тертя [3]. Установка має вузол тертя, що приводиться в рух свердлувальним верстатом. Шпиндель верстата з’єднується з вузлом тертя за допомогою конуса Морзе № 2. Вузол тертя, конструкцію якого показано на (рис. 1), є універсальним і його можна застосовувати при випробуваннях як на тертя кочення, так і на те- ртя ковзання в різних середовищах, змінюючи при цьому лише пару тертя та метод кріплення. Зміною форми і розмірів зразків можна змінювати коефіцієнт перекриття та характер контакту в парі тертя. а б Рис. 1 – Схема кріплення (а) та конструкція зразка (б) при випробуваннях на тертя ковзання: 1 – оправка; 2 – зразок, що досліджується; 3 – контр тіло; 4 – штифт; 5 – шпонка; 6 – хвостовик Зразок 2, що досліджується, конструкцію якого показано на рис. 1, б, закріплюється шпонкою 5 в оправку 1, де контактує з контртілом 3, що утримується штифтами 4. Модельний розчин подається в зо- ну контакту. Конструкція зразка передбачає наявність пазів на поверхні тертя, що забезпечує різний кое- фіцієнт перекриття (в даному випадку 0,5). На кромках пазів знімаються фаски, що утворюють кут 30° з контртілом і забезпечують проникнення абразиву в зону тертя. Через кожні 15 хв. знімаємо оправку з за- кріпленим зразком вимірюємо знос на спеціальному пристрої з допомогою індикатора часового типу з точністю 1 мкм (рис. 2) і повторюємо дослід. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Порівняльні дослідження зносостійкості зразків з різними властивостями в модельному абразивному середовищі Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2012, № 2 39 а б Рис. 2 – Пристрій для вимірювання зносу: а – загальний вид; б – конструкція: 1 – рукоятка; 2 – упор; 3 – направляюча втулка; 4 – корпус; 5 – гвинт; 6 – вимірювальна головка; 7 – фіксатор кутових переміщень; 8 – корпус фіксатора; 9 – контргайка; 10 – пружина фіксатора; 11 – основа; 12, 13 – гайка і шайба; 14 – осьовий фіксатор; 15 – пружина осьового фіксатора Випробування проводились в модельному розчині, що складається з муки, сапоніту та води від- повідно в пропорції 9:1:8, при тиску на поверхні тертя 0,5 МПа і швидкості ковзання 1,37 м/с. На даній установці проведені порівняльні дослідження на знос зразків із різних сталей (табл. 1), поверхня яких була зміцнена за різними технологічними режимами: іонного азотування, борування, гар- тування. Таблиця 1 Фізико-механічні характеристики зразків Мікротвердість поверхні Н100, МПа № з/п Вид хіміко-термічної обробки (ХТО) Матеріал зразків до ХТО після ХТО Товщина покриття, мкм 1 Борування Сталь 45 2500 16560 47 2 Іонне азотування 38ХМЮА 2690 12050 300 3 Гартування Сталь 45 2510 4580 - 4 Цементація Сталь 20 2430 7500 600 5 Без обробки Сталь 20 2430 2430 - В табл. 2 і рис. 3 наведені результати порівняльних випробувань зразків з різними властивостями поверхні тертя. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Порівняльні дослідження зносостійкості зразків з різними властивостями в модельному абразивному середовищі Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2012, № 2 40 Таблиця 2 Результати випробувань Знос U, мкм та інтенсивність зношування І × 10-10 шлях тертя L × 103, м 50 100 200 300 400 № з/п Вид хіміко-термічної обробки (ХТО) Матеріал зразків U I U I U I U I U I 1 Борування Сталь 45 10 2 15 1.5 30 1.5 60 2 142 3.6 2 Іонне азотування 38ХМЮА 15 3 18 1.8 35 1.8 55 1.9 96 2.4 3 Гартування Сталь 45 30 6 45 4.5 82 4.1 125 4.2 170 4.3 4 Цементація Сталь 20 18 3.6 23 2.3 45 2.4 70 2.5 118 3 5 Без обробки Сталь 20 50 10 90 8.8 180 8.9 266 9.2 350 9.1 а б Рис. 3 – Залежність зносу U (а) і інтенсивності зношування І (б) від шляху тертя зразків з різною ХТО: 1– борування; 2–іонне азотування; 3– гартування; 4– цементація; 5– без обробки Результати випробувань показали, що зносостійкість зразків в модельному абразивному середо- вищі прямопропорційна твердості поверхні тертя. Мінімальну інтенсивність зношування 0,02 × 10-8 в по- чатковий період мали боровані зразки в яких твердість складала 16560 МПа. Але після проходження шляху 300 × 103 м шляху тертя інтенсивність зношування борованого зразка різко збільшилась. Це обу- мовлено тим, що зміцнений шар мав малу товщину (47 мкм) і в структурі борованого шару містилась ве- лика кількість мікротріщин, які привели до його руйнування в результаті викришування. При цьому про- дукти зношування діяли як абразив, збільшуючи інтенсивність зношування. Після проходження шляху тертя 400 × 103 м найбільшу зносостійкість показали зразки з сталі 38ХМЮА після іонного азотування за режимом: температура 560 оС; тиск 240 Па; час дифузійного наси- чення 6 год.; середовище 75 % N2 + 25 % Ar, яка в 2 рази менша в порівнянні з гартованою сталлю 45 і майже в 4 разі менша в порівнянні з сталю 20 без термообробки. Це пояснюється тим, що азотований шар мав значно більшу товщину (300 мкм) і пластичність, а його структура містила значно менше дефек- тів в порівнянні з борованим зразком. Таким чином, результати порівняльних досліджень показують, що іонне азотування є ефектив- ною технологією для підвищення зносостійкості і довговічності сталей в умовах абразивного середови- ща, зокрема, в середовищі, яке моделює умови роботи екструдерів для переробки фуражного зерна з до- бавками мінералу сапоніту. Порівнюючи результати експериментальних досліджень таких же зразків [3], що проводилися в аналогічних умовах на машині тертя, яка моделювала умови роботи екструдера, з результатами даних досліджень спостерігається їх кореляція. Це свідчить про те, що дана установка придатна для проведення випробувань в більш широкому діапазоні зміни умов тертя (навантаження, середовища, тиск). Література 1 Черняев И.П. Технология комбикормового производства. – М.: Агропромиздат. – 1985 – 255 с. 2 Каплун В.Г. Умови роботи та характер зношування екструдера при виготовленні комбікормів для тваринництва / В.Г. Каплун, В.А. Гончар // Проблеми трибології (Problems of Tribology). – 2008. – № 3. – С. 44-47. 3 Каплун В.Г. Дослідження зносостійкості пар тертя в середовищі фуражного зерна з добавками мінералу сапоніту / В.Г. Каплун, В.А. Гончар // Проблеми трибології (Problems of Tribology) – 2011. – № 2. – С. 17-20. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com