Плазменное поверхностное упрочнение металлов (стр. 17 из 17)

Для противодействия воздействию абразивной среды, упрочненный слой металла должны иметь твердую составляющую (карбиды, бориды, нитриды, карбобориды, карбонитриды). Твердые частицы карбидов и других соединений должны прочно удерживаться матрицей основного сплава. К матрице предъявляются следующие требования: она должна хорошо удерживать твердые частицы и противодействовать воздействию абразива. Этим требованиям удовлетворяет мартенситная матрица. Свойства мартенситной матрицы зависят от содержания в ней углерода[63]. Низкоуглеродистый мартенсит имеет низкую износостойкость и высокую вязкость, по сравнению с высокоуглеродистым мартенситом, что позволяет лучше удерживать включения твердых частиц, рис. 2.62.

Рис. 2.62. Влияние способа плазменного упрочнения

на износ стали 45 при абразивном изнашивании

1. плазменная закалка

2. плазменная цементация

3. плазменная нитроцементация

4. плазменное борирование

С увеличением содержания углерода в мартенсите (0,4-0,9 %) износостойкость при трении по абразиву будет увеличиваться. При ударно-абразивном изнашивании повышение износостойкости происходит до определенного содержания углерода в мартенсите (0,5-0,7%), после чего наблюдается снижение.

Значительный интерес представляет оценка износостойкости сталей после плазменного упрочнения при других схемах взаимодействия с абразивом, а также от вида частиц и их твердости, рис. 2.63.

Видно, что схема взаимодействия и вид абразива оказывают заметное влияние на износостойкость упрочненных образцов. Согласно(63) твердость абразивных частиц значительно превышает твердость металла, то износ не зависит от разности твердости. При твердости металлической поверхности превыщающей 60 % твердость абразива, износостойкость резко возрастает.Для противодействия основным видам абразивных частиц необходимо осуществлять легирование поверхности трения. Чем выше твердость карбидов, тем силънее они противодействуют внедрению абразивных частиц в поверхность. Твердость основных карбидов, боридов, нитридов приведена в таблице 2.22., откуда видно, что их твердость во много раз превышает твердость абразивов. Особенно эффективными являются карбиды, легированные вольфрамом, титаном, бором, ванадием, а также нитриды.

Рис. 2.63. Износостойкость стали 45

после плазменной закалки без оплавления

и с оплавлением при различных схемах абразивного изнашивания

1. трение об закрепленный абразив

2. удар по закрепленному абразиву

3. трение в мелкодисперсной массе

4. трение в крупнодисперсной массе

5. изнашивание в зазоре пары трения

6,7,8. трение в потоке жидкости (угол атаки 90ºС, 60ºС, 15ºС)

Рис. 2.64. Износостойкость стали 40Х13

после плазменной закалки при абразивном изнашивании

в зависимости от вида абразива

1. речной песок

2. крупнокусковой уголь

3. окатыши

4. мраморная крошка

5. гранитная крошка

6. кварцевый песок

7. электрокорунд

Табл. 2.22.

Твердость различных соединений карбидов, боридов и т.д.

СоединениеТвердость, МПа	Fe₂C	Cr₂C₂	WC	Cr₇C₃	W₂C
СоединениеТвердость, МПа	10500	12500	17500	18000	30000
СоединениеТвердость, МПа	VC	Mo₂C	TiC	Z₂C	NbC	CrB₂
СоединениеТвердость, МПа	21000	16000	32000	28000	20500	18000
СоединениеТвердость, МПа	W₂B₅	VB₂	Zr₂B₂	NbB₂	TiB₂
СоединениеТвердость, МПа	26000	20800	22500	25900	33700
СоединениеТвердость, МПа	B₄C	TiN	Fe₂B	FeB	Fe₃B
СоединениеТвердость, МПа	50000	26000	16800	20100	30000

Использование карбида, титана (ТiС) при плазменной цементации стали 30 позволяет получить поверхностный слой высокой твердости (20000-23000 МПа), что увеличивает износостойкость при абразивном изнашивании в 2-3 раза, по сравнению с простой цементацией.

Комплексное легирование карбидами W и Тi повышает износостойкость упрочненного металла (сталь 45) при ударно-абразивном изнашивании, по сравнению с плазменной закалкой в 1,5-2 раза.

При абразивном изнашивании величина износа может достигать 2-15 мм,что в некоторых случаях делает не эффективным использование поверхностного упрочнения изделия. Поэтому на изделиях, испытывающих сильный абразивный износ, необходимо использовать комплексные технологий упрочнения, описанные выше. Проведенные исследования показали, что минимальная глубина упрочненного слоя металла удовлетворительно работающего при ударно-абразивном изнашивании составляет 2 мм. Уменьшение глубины упрочненного слоя металла вызывает интенсивный износ ивыкрашивание: при ударно- абразивном изнашивании.

Повышение стойкости против ударно-абразивного изнашивания в случае применения комплексных технологий обусловлено строением упрочненного слоя, сочетающего в себе высокую прочность и вязкость.

Приведенные результаты исследований показывают, что плазменное поверхностное упрочнение является эффективным способом увеличения износостойкости деталей машин и инструмента, испытывающих различные виды износа.