1.8.3. Фактори, що впливають на процеси зношування

За інших рівних умов інтенсивність зношування істотно залежить від якості контактуємих поверхонь. Якість поверхні визначається геометрією поверхні як границі тіла й фізико-хімічних властивостей, обумовленими процесом її утворення при обробці деталі.

Якість поверхні деталей вагонів впливає на такі .їх службові властивості, як опір утоми, зносостійкість, корозійна стійкість, міцність посадок з натягом, щільність рухомих і нерухомих з'єднань й ін. Геометрія поверхні характеризується її шорсткістю й допусками форми (допуски площинності, циліндричності й ін.).

Рис. 1.14. Профіль шорсткості поверхні і його характеристик

Фізико-хімічні властивості поверхні визначаються її структурою, мікротвердістю, глибиною наклепу, залишковими напругами.

Шорсткість поверхні (рис. 1.14) оцінюють по ряду характеристик. У Росії для кількісної оцінки шорсткості поверхні прийнято три висотних параметри R_a , R_z , R_max , один комплексний параметр t_р і два крокових параметри: середній крок місцевих виступів S і середній крок нерівностей профілю S_m — усього шість параметрів (для приклада, у Данії й Франції — 10, Чехії — 3, Японії — 1).

Зазначені параметри визначають по наступних вираженнях:

де R_a — середнє арифметичне відхилення профілю;

n — число обраних точок на базовій довжині /;

у_i—відклонення профілю в обраних точках від середньої лінії т;

R_z — висота нерівностей по десятьох точках;

H_{j max'} H_{i min} — відхилення від середньої лінії п'яти вершин найбільш високих виступів і п'яти найбільш глибоких западин;

t_p — відносна опорна довжина профілю рівня р;

р — рівень перерізу профілю (у відсотках від найбільшої висоти нерівностей R_mах), обумовлений відстанню між лінією виступів і лінією, що перетинає профіль еквидистантно лінії виступів;

В_i — довжина відрізка, відсікаємого на мікровисоті. Фізичний зміст перерахованих величин наведений на рис. 1.14.

Відзначимо, що отримана при обробці деталей початкова шорсткість поверхні впливає на інтенсивність зношування лише на стадії приробляння поверхонь. У результаті приробляння вихідні параметри шорсткості змінюються, здобуваючи значення, характерні для стадії нормальної експлуатації.

Крім розглянутого істотний вплив на процеси зношування роблять обґрунтований вибір конструкційних матеріалів, а також способи термічної й хіміко-термічної обробки робочих поверхонь деталей у парах тертя, жорсткість і піддатливість вузлів, розвантаження робочих поверхонь, способи й приймання складання, що виключають небажані залишкові напруги, застосування обґрунтованих мастильних матеріалів і підтримка їхніх властивостей у процесі експлуатації вагона.

1.8.4. Технологічні методи підвищення зносостійкості деталей

Підвищення зносостійкості деталей можна домогтися, застосовуючи порівняно недорогі, але ефективні методи хіміко-термічної обробки робочих поверхонь деталей (цементація, азотування, фосфатування), а також прогресивні методи поверхневого зміцнення деталей, такі як алмазне вигладжування й ін.

Особливі перспективи підвищення довговічності деталей вагонів можна бачити у використанні для обробки поверхонь висококонцентрованих джерел теплової енергії, зокрема лазерного випромінювання. Методи модифікування поверхонь деталей лазерним випромінюванням можна розділити на дві основні групи.

До першої групи варто віднести обробку, що не викликає оплавлення або яку-небудь іншу зміну вихідної шорсткості поверхні й зв'язана тільки з нагріванням поверхневого шару й наступним його самоохолодженням. Управляючи процесами нагрівання й охолодження, можна одержати різні ефекти в поверхневому шарі, зокрема термічне зміцнення, відпустка, отжиг. Ефект зміцнення вуглеродомістких сталей полягає в утворенні в поверхневому шарі специфічної дезорієнтованої в просторі структури, що має мікротвердість, в 1,5...5 разів перевищуючу мікротвердість основи. Глибина модифікованого шару залежно від режимів опромінення може досягати 0,05.. .3 мм.

До другої групи можна віднести обробку, при якій відбувається оплавлення поверхні: термічне зміцнення, лазерна аморфізація, поверхневе мікролегування й наплавлення.

Лазерне термічне зміцнення з оплавленням поверхні дозволяє одержати в зовнішньому шарі характерне для загартування з рідкого стану дендритну будову.

Аморфізація поверхні-процес, при якому в поверхневому шарі оброблюваного матеріалу створюється максимально можливий градієнт температур. При цьому у вузькому поверхневому шарі товщиною близько 0,02...0,05 мм швидкості охолодження можуть досягати значень 10⁶...10⁷ °С/с, які є достатніми для «заморожування» разпідпорядкованій при розплавлюванні структури, тобто для переведення металу в аморфний стан.

Лазерне микролегування—процес розплавлювання за допомогою лазерного випромінювання поверхневого шару й введення в розплав, що утворився, легуючих елементів. Поверхневе мікролегування використають для підвищення зносостійкості, жароміцності, теплостійкості, корозійній стійкості.

Лазерне наплавлення — ефективний метод поліпшення експлуатаційних характеристик і відновлення зношених робочих поверхонь деталей машин й інструментів. На підготовлену оброблювану поверхню попередньо або одночасно з лазерним випромінюванням подається у вигляді дроту або порошку матеріал, що наплавлюється. Під дією лазерного випромінювання відбувається розплавлювання цього матеріалу й часткове оплавлення матеріалу основи, що забезпечує гарну адгезію покриття й основи.