9_Gladkiy.doc Працездатність матеріалів зі зносостійкими покриттями Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2011, № 3 44 Гладкий Я.М., Маковкін О.М. Хмельницький національний університет, г. Хмельницький, Україна ПРАЦЕЗДАТНІСТЬ МАТЕРІАЛІВ ЗІ ЗНОСОСТІЙКИМИ ПОКРИТТЯМИ Проблема створення матеріалу з “ідеальними властивостями" вирішується на основі розробки композиційних матеріалів, у яких високі значення поверхневої твердості, теплостійкості і фізико- хімічної інертності, поєднуються б з достатніми значеннями міцності, в'язкості і границі витривалості і повинні відповідати оптимальним поєднанням "крихкої" і "пластичної" міцності. Одним з найбільш ефективних засобів забезпечення оптимального поєднання "твердість- пластичність" є застосування різних технологій поверхневої модифікації їх властивостей, серед яких найбільше використовуються технології нанесення зносостійких покриттів. Сучасні технології дозволяють отримати покриття комбінованого складу, багатошарові тощо, що дозволяє створювати абсолютно нові матеріали, з індивідуальними фізико-механічними, хімічними та трибологічними властивостями, утворюючи на поверхнях тертя сукупність складних вторинних струк- тур, що мають значний вплив на процес зношування. Ці процеси та властивості досліджені мало, тому даний напрямок є актуальним і тому дана робота направлена на дослідження трибологічних характерис- тик інструментальних матеріалів зі зносостійкими покриттями в жорстких умовах випробувань – набли- жених до реальних умов експлуатації. Методика досліджень Для досліджень обрано інструментальні матеріали: високовуглецеву У8А, хромованадієву сталь ХВГ, швидкорізальну сталь Р6М5, твердий сплав ВК-3 та кремнієву пружинну сталь 60С2. Зносостійкі покриття наносились: хімічним та електролітичним осадженням хрому та нікелю; комбіновані електролітичні покриття на основі нікелю (нікелеве-мідне, нікелево-корундне, нікель- нітридборидне покриття); покриття нанесені методом: електроіскрового легування (ЕІЛ) TiCrC-(FeCrAl), TiCrC-(FeCr), AlN-ZrB2, TiCrB2-(FeCr), ВК-3, TiCrB2-30(Fe-15Cr); плазмового напилювання (ПН) TiCrC- (FeCr), та їх комбінуванням. Трибологічні дослідження проводились в умовах сухого тертя на універсальній машині УМТ 2168 за схемою диск-напівсферичний палець, що забезпечує: досягнення високих питомих тисків набли- жених до реальних напруг на робочих поверхнях інструментів; раптове припрацювання; контроль вели- чини зносу покриття з точністю 0,001мм [1, 2]. Фіксація лінійного розміру зразка відбувається безперервно з допомогою розробленого ємнісно- го диференціального датчика, який вимірює лінійне переміщення рухомого диску відносно контртіла включеного в коливальну систему двочастотного автогенератора і оптимізовано за динамікою перехід- них процесів. Дискретність вимірювання досліджуваних параметрів задається за допомогою програми та до- зволяє вибрати необхідні налаштування з будь-якою частотою від 0,5 с. Програмне забезпечення (ПЗ) системи АТД створює зручний інтерфейс користувача, забезпечу- ючи відображення отриманої інформації у реальному часі з довільною комбінацією каналів (від 1 до 8) вимірювання (рис. 1). По закінченні експерименту формується база даних для їх подальшої обробки у вигляді файлу за допомогою ПЗ рис. 1 (праворуч). Рис. 1 – Інтерфейс програмного забезпечення АТД: 1 – частота обертання шпинделя; 2 – лінійне зношування зразка; 3 – середня температура біля зони тертя; 4 – момент тертя PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Працездатність матеріалів зі зносостійкими покриттями Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2011, № 3 45 Використання безперервного методу збирання і оброблення інформації про тертя та зношування досліджуваних матеріалів підвищує точність експериментальних досліджень на 30 %. Результати досліджень параметрів тертя та зношування найбільш поширених інструментальних матеріалів (вуглецеві сталі У8А, леговані 60С2 (Твіл – 200, 300, 400 °С) і ХВГ, швидкорізальна сталь Р6М5 та твердий сплав ВК3), що відрізняються між собою за фізико-механічними характеристиками, хі- мічним складом та температурою красно стійкості представлені на рис. 2 - 4. Вони служать для порівня- льної оцінки зносостійкості матеріалів з покриттями та без них в залежності від питомого тиску та швид- кості ковзання (табл. 1). Таблиця 1 Режими випробовувань № режиму тертя Початкове контактне напруження, МПа Нормальне зусилля притискання, Н Швидкість ковзання, м/с VP ⋅ (Н∙м/c) 1 2000 60 1,33 80 2 1300 20 1,33 27 3 2000 60 0,67 40 4 1300 20 0,67 13 На кривих зношування (рис. 4, 5) спостерігаються дві чітко виражені зони тертя – припрацюван- ня та нормального зношування. Припрацювання відбувається раптово і займає відносно невеликий про- міжок часу в залежності від технологічної підготовки пар тертя, властивостей матеріалу, середовища та режимів тертя і представляє зміну напрямку та величини шорсткості робочої величини, яка для кожного режиму та матеріалу є індивідуальною і, яке цілком уникнути неможливо так, як початкові параметри (коефіцієнт тертя, середня температура у зоні тертя) відрізняються від наступних. При цьому відзначає- мо відсутність припрацювання як довготривалої спеціальної операції, що використовувалась у стандарт- них методиках. Зона припрацювання поверхонь в залежності від режиму тертя складає від 10 до 80 м шляху тер- тя. Її ознаками є раптове збільшення температури (рис. 2, в), коефіцієнту тертя (рис. 2, б), стрімкий спад напруження та інтенсивності зношування [3, 4]. а б в Рис. 2 – Зміна тибологічних параметрів інструментальної сталі У8А: а – лінійного зношування (h); б – коефіцієнта тертя (f); в – температури в зоні тертя (t) від пройденого шляху (L) і режимів випробування (1 – σ = 2000 МПа, V = 1,33 м/с; 2 – σ = 1300 МПа, V = 1,33 м/с; 3 – σ = 2000 МПа, V = 0,67 м/с; 4 – σ = 1300 МПа, V = 0,67 м/с) Оцінку зносостійкості матеріалів проведено шляхом порівняння зміни величини лінійного зно- шування (h) від швидкісно–силових характеристик тертя (ШСХТ) – VP ⋅ (Н·м/с) на окремих ділянках випробувань (рис. 4). PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Працездатність матеріалів зі зносостійкими покриттями Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2011, № 3 46 На початковій стадії для всіх режимів випробувань до 100 м пройденого шляху (рис. 4, а) найбі- льшою зносостійкістю відзначається твердий сплав ВК3 (інтенсивність зносу Із = 5∙10-13) на 2, 3, 4 режи- мах випробування, і в порядку зменшення зносостійкості розміщуються сталь Р6М5 (Із = 6∙10-11), У8А (Із = 7∙10-11), 60С2 (Із = 2∙10-9). При випробуваннях сталі ХВГ на 2, 3, 4 режимах на початковій стадії виявили збільшення ліній- них розмірів (рис. 3 та крива 3 на рис. 4), що є характерним для схоплювання і наростоутворення. Мак- симальний розмір наросту складав 10 … 50мкм. Процес зношування відбувається шляхом збільшення розмірів наросту до критичного і періодичного його сколювання, що чітко відслідковується на графіках «величина лінійного зношування (рис. 2), температура в зоні контакту, коефіцієнт тертя – пройдений шлях» з дискретністю вимірів цих параметрів через 0,5 с, що свідчить про вплив хімічного складу сталі, швидкості випробувань і величини контактного напруження на процеси схоплювання і наростоутворення. Рис. 3 – Залежність лінійного зношування (h) сталі ХВГ від шляху (L) і режимів тертя: 1 – σ = 2000 МПа, V = 1,33 м/с; 2 – σ = 1300 МПа, V = 1,33 м/с; 3 – σ = 2000 МПа, V = 0,67 м/с; 4 – σ = 1300 МПа, V = 0,67 м/с На 1-му режимі випробування сталі ХВГ таке явище не спостерігали, а після 100 м пройденого шляху на 2, 3, 4 режимах воно більше не повторювалося (рис. 4, б, крива 4), що можна пояснити змен- шенням питомого тиску і утворенням вторинних структур при незмінності інших параметрів тертя. а б в г Рис. 4 – Зміна величини лінійного зношування інструментальних матеріалів (1 – сталь 60С2; 2 – Р6М5; 3 – сталь У8А; 4 – ХВГ; 5 – ВК3) від ШСХТ (Р∙V) при заданій величині пройденого шляху (а – 100 м; б – 500 м; в – 1000 м; г – 2000 м) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Працездатність матеріалів зі зносостійкими покриттями Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2011, № 3 47 Встановлено, що оптимальними з точки зору експлуатаційних режимів на цій ділянці є для ста- лей 60С2, ХВГ,У8А 3-й, а для сталі Р6М5 2-й режими випробування і ця тенденція зберігається на насту- пних ділянках (рис. 4, а). Після 2000 м пройденого шляху тертя (рис. 4, г) найкращі показники зносостійкості на всіх ре- жимах випробувань мають твердий сплав ВК3 (рис. 4, г, крива 5) – інтенсивність зношування навіть на самому жорсткому режимі (1-му) Із = 2,5∙10-11; Р6М5 на 2-му режимі (крива 2, Із = 4,25∙10-11); У8А на 3-му режимі (крива 3, Із = 6,5∙10-11); ХВГ на 1-му режимі (крива 4, Із = 7,5∙10-11) і 60С2 на 1-му режимі (крива 1, Із = 11∙10-11). Обговорення результатів досліджень Похибки, що виникають при вимірюванні величин зносу ваговим і лінійним методами з зупин- ками процесу тертя свідчить, що ці методи вимірювання не можуть бути використані при дослідженні закономірностей тертя та зношування зразків з покриттями. Крім того коли товщина покрить коливаєть- ся в межах від нанометрів до декількох міліметрів, це накладає певні труднощі у визначенні їх фізичних властивостей і певні вимоги до методики дослідження триботехнічних характеристик матеріалів у різних середовищах та схемах тертя. Аналіз недоліків існуючих методів трибологічних досліджень показав, що зупинки процесу тертя (технологічні зупинки) для вимірювання і фіксування трибологічних параметрів спотворюють результати досліджень. Виникають додаткові проблеми пов’язані з розмежуванням роботи безпосередньо самого по- криття і перехідної зони між покриттям та основою. Кожне знімання та встановлення зразка на машину тертя пов’язане з похибкою базування, має свій період припрацювання, період нормального дослідження і на деяких ділянках критичний знос (рис. 5), що також вносить свої похибки у результати експерименту. Тому для отримання достовірних даних необхідно позбутись похибок, які виникають при зупин- ці та запуску обладнання, що досягається шляхом модернізації лабораторного обладнання та автоматич- ного фіксування досліджуваних параметрів без зупинки процесу тертя і полягає у розробці та запрова- дженні засобів автоматизації трибологічних досліджень (АТД) існуючого контрольно – реєструючого пристрою. Створення нових матеріалів з високим рівнем фізико-механічних і експлуатаційних властивостей шляхом використання композиційних матеріалів (КМ) на основі тугоплавких сполук дозволяє значно під- вищити ефективність роботи техніки, забезпечуючи високу твердість, міцність, зносо- і корозійну стійкість. Перспективними є матеріали на основі карбіду і дибориду титану-хрому. Але поряд з високими фізико ме- ханічними характеристиками ці матеріали мають високу крихкість, а тому їх ефективне використання мо- жливе в комплексі з металевими зв’язками. Рис. 5 – Схема зношування В якості металевих зв'язок використовують сплави на основі заліза, оскільки вони мають невисоку вартість, дозволяють більш ефективно використовувати матеріали на основі тугоплавких сполук для нане- сення газотермічних та електроіскрових покриттів на стальні деталі. Використання матеріалів даного класу у вигляді покриттів забезпечує значну економію дорогих матеріалів і при цьому ефективно захищає робочі поверхні деталей від зношування. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Працездатність матеріалів зі зносостійкими покриттями Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2011, № 3 48 Основними проблемами, які знижують ефективність застосування матеріалів на основі тугоплав- ких сполук для нанесення газотермічних покриттів, є протікання дифузійних процесів між компонентами матеріалу покриття і основи, і як наслідок, низька адгезійна міцність, висока крихкість. Порівняльну оцінку трибо технічних характеристик інструментальної сталі ХВГ зі зносостійки- ми покриттями представлено у вигляді таблиці (табл. 2), з якої видно, що її триботехнічні параметри за- лежать від швидкісно- силових параметрів випробування ( добутку зусилля притискання зразка до контртіла (Р) на величину лінійної швидкості ковзання (V). Крім того, величина лінійного зношування і відповідно швидкість зношування залежить від довжини пройденого шляху. Зносостійкість сталі ХВГ з композиційним покриттям ТіСrC-(FeCr), нанесеним методом ЕІЛ, є вищою у порівнянні із плазмовим + ЕІЛ на 2, 3, 4 режимах тертя , що зумовлено кращою адгезією по- криття з матрицею. Причому значення коефіцієнтів тертя для обох випадків майже однакові і знаходять- ся в межах 0,1 … 0,16. Особливістю зношування покриттів із композиційних матеріалів на основі ТіСrC і TiCrB2 нане- сених методами ПН та ЕІЛ є утворення вторинних структур, тонкодисперсних оксидних плівок титану, хрому, алюмінію і виконують роль твердої змазки, товщина і щільність яких залежить від навантаження ішвидкості тертя і від яких в сою чергу залежать температура, а, відповідно. і інтенсивність окислення та швидкість зношування. Таблиця 2 Зміна величини лінійного зношування матеріалів з покриттями від режимів випробування Матеріал Р6М5 У8А ХВГ Шлях тертя, L м Покриття Режим 100 2000 100 2000 100 500 1000 2000 І 0,09 0,16 0,01 -0,03 -0,02 -0,03 -0,03 -0,02 ІІ 0,01 0,06 0,01 0,04 0 0 0 0 ІІІ 0 0,06 -0,06 -0,01 -0,02 -0,03 -0,04 -0,02 Cr електролітичний IV 0,01 0,06 -0,09 -0,07 0,04 0,06 0,07 0,09 І 0,03 0,17 0,2 0,5 0,1 0,25 0,4 0,5 ІІ 0,01 0,09 0,09 0,33 0,03 0,09 0,17 0,3 ІІІ 0,02 0,1 0,07 0,35 0,13 0,19 0,25 0,4 ЯНГ (хром хімічний) IV 0,05 0,15 0,04 0,23 0,01 0,07 0,11 0,2 І 0,01 0,08 0,07 0,5 0,15 0,3 0,35 0,45 ІІ 0,02 0,06 0,07 0,24 0,18 0,33 0,4 0,5 ІІІ -0,01 0,09 0,1 0,2 0,04 0,07 0,12 0,2 Ni IV 0,01 0,08 0,06 0,2 0,03 0,05 0,12 0,2 І -0,1 0,1 0,01 - 0,09 0,2 0,35 - ІІ 0,03 0,1 0,17 0,4 0,05 0,08 0,14 0,2 ІІІ 0,02 0,1 0,06 0,35 0,09 0,13 0,18 0,33 Ni-Cu IV 0,01 0,2 0 - 0,07 0,09 0,14 0,25 І 0,04 0,2 0,2 - 0,25 0,15 0,4 - ІІ 0,04 0,1 0,05 0,19 0,02 0,15 0,28 0,4 ІІІ -0,1 0,1 0,04 0,22 0,01 0,02 0,03 0,05 Ni-Al2O3 IV 0,04 - 0,06 0,25 0,05 0,1 0,17 0,27 І - - - - 0,03 0,08 0,15 0,25 ІІ - - - - 0,05 0,06 0,07 0,08 ІІІ - - - - 0,06 0,07 0,08 0,13 (ЕІЛ) TiCrC- (FeCrAl), IV - - - - 0,13 0,2 0,25 0,3 І - - - - 0,08 0,16 0,25 0,35 ІІ - - - - 0,08 0,11 0,14 0,23 ІІІ - - - - -0,02 -0,06 -0,01 0,03 (ЕІЛ) TiCrB2- (FeCr), IV - - - - 0,02 0,06 0,13 0,18 В табл. 2 представлені характеристики зношування сталі ХВГ з вищенаведеними покриттями, які свідчать, що зносостійкість сталі ХВГ з покриттям TiCrC-(FeCr) нанесеним методом ЕІЛ є вищою у порі- внянні із ПЛ + ЕІЛ. Значні відмінності у зносостійкості спостерігаються на 2 - 4 режимах тертя, а вели- PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Працездатність матеріалів зі зносостійкими покриттями Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2011, № 3 49 чина та тенденції зношування на 1 режимі майже не відрізняються. Найменше зношування відзначено для цих покрить на 2 та 3 режимах тертя. Коефіцієнти тертя знаходяться в межах 0,1 … 0,16 для TiCrC- (FeCr) нанесеним методом ЕІЛ, та 0,12 … 0,16 для TiCrC-(FeCr) нанесеним методом ПЛ + ЕІЛ [5, 6]. Зносостійкість покриття нанесеного методом ПЛ з попередньою піскоструменевою обробкою (ПО) у 1,5 … 2 рази менша, аніж методом ЕІЛ, а оптимальними режимами тертя є 1 та 3. Коефіцієнт тер- тя із покриттям TiCrC-(FeCr) нанесеного методом (ПО + ПЛ) знаходяться в межах 0,1 … 0,17. Додаткове легування TiCrC-(FeCr) алюмінієм створило TiCrC-(FeCrAl) покриття, що утворює на доріжках тертя тверді та зносостійкі карбіди (AlC), оксиди(AlO) алюмінію та інші складні сполуки і змі- нило його трибологічну поведінку на 2 режимі при 1000 м пройденого шляху, де зносостійкість збільши- лась у 1,6 рази (для TiCrC-(FeCr) склала 0,1 мм, а для TiCrC-(FeCrAl) – 0,06 мм). Покриття TiCrC-(FeCrAl) краще працює на високих швидкостях ковзання (1 та 2 режим – V = 1,33 м/с), а зменшення швидкості ковзання у 2 рази (V = 0,67 м/с) призвело до погіршення показни- ків лінійного зношування у порівнянні із покриттям TiCrC-(FeCr), що підтверджує необхідність підби- рання складу покриття конкретно для певних режимів тертя з врахуванням умов роботи та впливу сере- довища. Покриття TiCrC-(FeCrAl) доцільно використовувати за 1, 2 режими, а для (TiCrB2-(FeCr)) вони є нераціональними і різниця величини зношування між цими покриттями становить приблизно 50 %. По- криття з вмістом бору призводить до погіршення результатів зношування, а ніж покриття із вмістом вуг- лецю. AlN-(ZrB2) сприятиме утворенню у зоні тертя вторинних структур у вигляді нітридів та боридів, а величина зношування AlN-(ZrB2) покриття на 25 % більша ніж у TiCrC-(FeCr) і для нього найбільш доці- льним є використання 3 режиму тертя. Найкращі показники зносостійкості одержали на зразках із сталі ХВГ з покриттям ВК3 нанесе- ним методом ЕІЛ, воно дозволяє використовувати інтенсивні 1 та 2 режими тертя (на 1 режимі тертя ве- личина зношування склала 0,15 мм, на 2-му - 0,1 мм при 1000 м шляху тертя). Мікромеханізм зношування сталі ХВГ з покриттями Поверхня тертя зразка із сталі ХВГ без покриття характеризується рівномірним розподілом включень Сr. Мікроструктура зразка однорідна, без значних виступів, впадин і подряпин. Поодинокі включення - продукти зношування, або дефекти, отримані мікросхоплюванням, деформуванням, перегрі- вом. Можливе утворення оксидних плівок на основі Cr, але ймовірність його невисока і це в значній мірі може залежати від умов (режимів) тертя. Зразок з покриттям «хром хімічний» має «гладку» поверхню тертя без помітних мікронерівнос- тей (виступів, впадин), що говорить про окислювальний знос зразка. Рівномірне розподілення хрому, на- явність більш виражених піків, і співпадання їх із поодинокими включенням свідчить про утворення на поверхні тертя вторинних структур на основі хрому - сполуки систем Cr-O (Cr2O3) або Fe-Cr-O (хроміти заліза), які суттєво знижують втрати на знос в умовах сухого тертя. Мікроструктура доріжок тертя сталі ХВГ з покриттям Al2O3-Ni має досить шорстку поверхню з чітко вираженими доріжками і представляє рівномірно розподілені оксидні плівки Al2O3, які носять ост- рівковий характер розподілу. Враховуючи їх високу щільність (рис. 8, в), вони охоплюють всю поверхню тертя. Поодинокі включення нікелю (рис. 8, г) свідчать про утворення вторинних структур Ni-Al-O (ніке- ліни, алюмініди), які суттєво підвищують зносостійкість. При дуже інтенсивному терті (високі швидкості і навантаження) вони руйнуються і виносяться із зони тертя і при цьому миттєво на поверхні тертя утво- рюються нові плівки, які продовжують захищати поверхню [7]. а б в г Рис. 8 – Мікроструктура доріжок тертя сталі ХВГ з покриттям Al2O3-Nі (а, б) і розподіл елементів: в – Аl, г – Nі-(х 2500): а – зображення від вторинних електронів; б –зображення від відбитих електронів PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Працездатність матеріалів зі зносостійкими покриттями Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2011, № 3 50 Мікроструктура поверхні тертя сталі ХВГ з покриттями ЕІЛ +ПЛ (TiCrC – (Fe-Cr) + TiCrC – (Fe-Cr) за режимами сухого тертя: σ = 2000 МПа; V = 1,33 м/с, сумарне спрацювання 0,41 мм, шлях тертя – 6000 м характеризується досить великою площею вторинних структур (плівки ТіО2). Це пояснюється досить жорсткими умовами тертя, в результаті чого в зоні контакту виникають високі температури і значно ін- тенсивніше відбувається окислення поверхні. На поверхні тертя виявлено дисперсні зерна карбідної фа- зи, розміри більшості яких ≤ 0,5 мкм. Утворення ТіО2 забезпечує дуже високу зносостійкість. При випробуваннях зразка без покриття при даних режимах граничний знос становив 0,42 мм вже через 180 м пройденого шляху, а з покриттям – 0,41 мм після шляху тертя 6000 м. Використання ЕІЛ покриття як підшару для ПЛ забезпечує кращі три- ботехнічні і експлуатаційні характеристики, тому що адгезійний зв’язок плазмового покриття до поверх- ні значно вищий. Більш жорсткі режими тертя виявляють значно вищу перевагу зразків з покриттям. Так, якщо при режимах тертя σ = 1300 МПа, V = 0,67 м/с; σ = 1300 МПа, V = 1,33 м/с, зносостійкість зраз- ків з покриттям була в 1,5 … 3 рази вищою, то при σ = 2000 МПа, V = 1,33 м/с – в 5 … 30 раз вища. Це пояснюється інтенсивністю утворення вторинних структур в зоні тертя, які виконують функції твердої змазки. Основною особливістю зношування покриттів із композиційних матеріалів на основі ТіCrC і TiCrB2 нанесених методами ПЛ і ЕІЛ на сталі ХВГ є утворення тонкодисперсних плівок ТіО2, товщина і щільність яких залежить від навантаження і швидкості тертя, від яких в свою чергу залежить температу- ра в зоні тертя, а відповідно і інтенсивність окислення. Високі показники зносостійкості покриттів забез- печуються наявністю вторинних структур (оксидні плівки), які виконують роль твердої змазки. Значну роль в забезпеченні високої зносостійкості відіграють вторинні структури, які представляють оксиди ме- талів компонентів покриттів (ТіО2, Сr3O2, Al2O3), не змочуються сталями - відсутній адгезійний зв’язок між матеріалом покриття і контртілом (відсутнє схоплювання). Висновки 1. Досліджена зносостійкість сталей У8А, Р6М5, ХВГ, 60С2 та твердого сплаву ВК3 в умовах високих питомих тисків та швидкостей. В залежності від шляху і режимів тертя вивчені наступні трибо- логічні властивості: - лінійне зношування (У8А, Р6М5, ХВГ, 60С2, ВК3); - коефіцієнт тертя (У8А, Р6М5, ХВГ, 60С2, ВК3); - середня температури в зоні тертя (У8А, ХВГ, 60С2); - вплив швидкіснио-силових параметрів на величину зношування (У8А, Р6М5 ХВГ, 60С2, ВК3); - інтенсивність зношування (Р6М5, ХВГ, 60С2); - напруження в зоні контакту (Р6М5, 60С2). 2. Розроблено технології нанесення зносостійких хімічних та електрохімічних покрить на основі нікелю і хрому. Проведено порівняльну оцінку зносостійкості інструментальних матеріалів з осаджени- ми покриттями: - електролітичний та хімічний хром, нікель; - композиційні покриття – Ni-BN, Ni-Cu, Ni-Al2O3; - плазмові та електроіскрові покриття – TiCrC-(FeCrAl), TiCrC-(FeCr), TiCrB2-(FeCr), TiCrB2- 30(Fe-15Cr), AlN-(ZrB2), ВК-3, TiCrC-(FeCr). 3. В процесі трибологічних досліджень інструментальних матеріалів виявлено на початкових стадіях і певних режимах випробувань (контактне напруження, швидкість ковзання) появу наростоутво- рення – зростання початкових розмірів досліджуваних зразків ,що супроводжується стрімким зростанням температури та моменту тертя (більші розміри наросту відповідали більш високим контактним напру- женням). 4. Виявлено, що електролітичні одношарові нікелеві та хромисті покриття сприяють утворенню наросту на досліджуваних матеріалах і це явище не залежить від режимів тертя, в той час як такі ж хімі- чні покриття, що мають практично бездефектну структуру, майже не схильні до наростоутворення. 5. Встановлено, що електролітичні покриття на основі нікелю та хрому мають велику кількість дефектів у вигляді мікротріщин, які сприяють схоплюванню цих покриттів завдяки локальному збіль- шенню коефіцієнтів тертя і зростанню температури на цих ділянках. В той же час напруження в зоні кон- такту перевищують границю текучості електролітичного нікелю. Хімічні елементи: нікель, хром, мідь, алюміній при певних умовах тертя створюють умови для схоплювання контактуючих тіл. При високих контактних напруженнях і швидкостях ковзання, в умовах, близьких до умов стружкоутворення при обробці металів різанням, що супроводжуються безперервним утворенням нових ювенільних поверхонь, створюються умови до наростоутворення. 6. Зносостійкість сталі ХВГ з композиційними покриттям TiCrC-(FeCr), нанесеним методом еле- ктроіскрового легування, є вищою у порівнянні із плазмовим + електроіскровим легуванням на режимах PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Працездатність матеріалів зі зносостійкими покриттями Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2011, № 3 51 тертя 2, 3, 4, що зумовлено кращою адгезією покриття з матрицею. Значення коефіцієнту тертя для обох випадків майже однакові і знаходяться в межах 0,1 ... 0,16 для покриття TiCrC-(FeCr), нанесеного мето- дом ЕІЛ, та 0,12 ... 0,16 для покриття TiCrC-(FeCr), нанесеного методом ПЛ+ЕІЛ. 7. Встановлено, що особливістю зношування покриттів із композиційних матеріалів на основі ТіCrC і TiCrB2 нанесених методами ПЛ і ЕІЛ на сталі ХВГ є утворення вторинних структур, тонкодиспе- рсних плівок ТіО2, Сr3O2, Al2O3, які представляють оксиди металів компонентів покриттів і виконують роль твердої змазки, товщина і щільність яких залежить від навантаження і швидкості тертя, від яких в свою чергу залежить температура в зоні тертя, а відповідно і інтенсивність окислення. Покриття, що отримані електроіскровим легуванням (TiCrC-(FeCr)) та з добавками алюмінію, на доріжках тертя утворюють карбіди, оксиди алюмінію (AlC, AlO) та інші складні сполуки, які є досить твердими та зносостійкими, що призводить до збільшення зносостійкості в 2 ... 3 рази на усіх режимах тертя. Література 1. Автоматизація досліджень процесу тертя та зношування / Я.М. Гладкий, А.А. Таранчук, О.М. Маковкін, О.А. Лаба // Вісник Хмельницького національного університету. – 2005. – № 1. – С. 12-16. 2. Програмно-апаратний комплекс для проведення трибологічних досліджень / Я.М. Гладкий, В.В. Милько, Ю. В. Таран, О. М. Маковкін // Вісник Хмельницького національного університету. – 2005. – № 5, ч. 1. Т. 2. – С. 155-158. 3. Гладкий Я. М. Трибологія зносостійких покрить / Я.М. Гладкий, О.М. Маковкін, С.С. Бись // Вісник Хмельницького національного університету. – 2005. – № 6. Т. 2. – С. 19-23. 4. Гладкий Я.М. Наростоутворення при терті та зношуванні високоміцних інструментальних сталей / Я.М. Гладкий, О.М. Маковкін // Резание и инструмент в технологических системах : междунар. науч.-техн. сб. – Харьков : НТУ «ХПИ», 2006. – Вып. 70. – С. 120-131. 5. Упрочнение инструментальной стали ХВГ композитом на основе двойного карбида титана – хрома / А.П. Уманский, В.П. Коновал, И.А. Подчерняева, А.Д. Панасюк, Я.Н. Гладкий, О.Н. Маковкин // Сверхтвердые материалы. – 2007. – № 4. – С. 67-74. 6. Працездатність спеціальних покрить на інструментальних матеріалах / Я.М. Гладкий, В.В. Милько, С.С. Бись, О.М. Маковкін // Високі технології в машинобудуванні : збірник наук. праць НТУ “ХПІ”. – Харків, 2008. – Вип. 2 (17). – С. 77-87. 7. Заверач Є.М. Трибологічні характеристики нікелевих композиційних електрохімічних покрит- тів / Є.М. Заверач, О.М. Маковкін // Вісник національного технічного університету “Харківський політе- хнічний інститут” : зб. наук. праць. – Харків : НТУ “ХПІ”, 2008. – № 16. – С. 29-30. – (Тематичний ви- пуск: Хімія, хімічна технологія та екологія). Надійшла 26.05.2011 Ч И Т А Й Т Е журнал “P r o b l e m s o f T r i b o l o g y” во всемирной сети I N T E R N E T ! http://www.tup.km.ua/science/journals/tribology/ PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.tup.km.ua/science/journals/tribology/ http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com