5.1. Експериментальне дослідження зношування зразків з детонаційними покриттями
Для визначення оптимального поєднання стали з матеріалами, які можна використовувати для відновлення зношених деталей, зокрема, сталевого штока гідроциліндра, використовуючи технологію детонаційних покриттів проводили чотири серії випробувань. При цьому досліджувалися чотири комбінації пар тертя:
• сталь 45 - сталь 45;
• сталь 45 - сталь 45 з покриттям НАС;
• сталь 45 - сталь 45 з покриттям КХН;
• сталь 45 з покриттям НАС - сталь 45 з покриттям КХН.
Дослідження і визначення величини зношування Δh і коефіцієнта тертя f виконувалися після остаточної підробітки зразків. Величина Δh обчислювалася по зміні довжини лунки, яка визначається за допомогою мікроскопа. В процесі експерименту визначалися значення коефіцієнта тертя при різних рівнях докладання контактного тиску. Змазування тертьових зразків здійснювалося крапельним способом. Як мастила використовувалося масло марки І-20 (ТУ-38-101-50-70, ГОСТ 20799-75).
Експериментальні значення Δh, отримані при випробуванні детонаційних покриттів, наведені в табл. 5.1. Графіки залежностей величини зношування Δh від шляху тертя наведені на рисунках 5.1, 5.3, 5.5, 5.7. Експериментальні параметри, вимірювані для визначення коефіцієнта тертя f представлені в табл. 5.2. Отримані при випробуванні зразків з перерахованими покриттями залежності величини коефіцієнта тертя від рівня контактних напруг наведені на малюнках 5.2, 5.4, 5.6, 5.8.
Отримані
в результаті експерименту табличні
дані та графічні залежності при обраній
методиці проведення досліджень дають
можливість провести їх обробку по
етапах, кожен з яких зводиться до
визначення емпіричних залежностей між
двома змінними, що об'єднуються в
подальшому в одну формулу. Криві, що
описують залежності величини зношування
Δh від шляху тертя Т, відповідають
графічній апроксимації дрібно-лінійні
функції,
,
а криві, що описують залежності для
величини коефіцієнта тертя f від
прикладених тисків p - апроксимації
показовою функції
.
Для визначення значень параметрів цих
кривих, відповідних інтерпретації
графіків на рис. 5.1 ... 5.8, прологарифмируем
обидві частини рівнянь
и
.
Побудуємо графіки в координатах lgp –
lgf, lgΔh – lgT і визначимо числові значення
параметрів емпіричних формул. Для цього
використовуємо метод середніх і,
розбиваючи результати спостережень на
групи з трьох і чотирьох чисел кожна,
визначимо числові значення параметрів
а, b, с.
Отримані таким чином емпіричні залежності мають такий вигляд:
- Пара тертя сталь 45 - сталь 45 (рис. 5.1, 5.12):
; (5.1)
. (5.2)
Рисунок 5.1 - Залежність величини зношування Δh від шляху тертя Т для пари тертя сталь 45 - сталь 45
Рисунок 5.2 - Залежність коефіцієнта тертя f від рівня прекладеного
тиску Р для пари тертя сталь 45 - сталь 45
Пара тертя сталь 45 - сталь 45 з покриттям НАС (Рис. 5.14, 5.15):
;
(5.3)
. (5.4)
Рисунок 5.3 - Залежність величини зношування Δh від шляху тертя Т
для пари тертя сталь 45 - сталь 45 з покриттям НАС
Рисунок 5.4 - Залежність коефіцієнта тертя f від рівня прикладеного тиску Р для пари тертя сталь 45 - сталь 45 з покриттям НАС
Пара тертя сталь 45 - сталь 45 з покриттям КХН (Рис. 5.5, 5.6):
(5.5)
(5.6)
Рисунок 5.5 - Залежність величини зношування Δh від шляху тертя Т для пари тертя сталь 45 - сталь 45 з покриттям КХН
Рисунок 5.6 - Залежність коефіцієнта тертя f від рівня прикладеного тиску p для пари тертя сталь 45 - сталь 45 з покриттям КХН
Пара тертя сталь 45 з покриттям НАС - сталь 45 з покриттям КХН (рис. 5.7, 5.8).
;
(5.7)
.
(5.8)
Рисунок 5.7 - Залежність величини зношування Δh від шляху тертя Т для пари тертя сталь 45 з покриттям НАС - сталь 45 з покриттям КХН
Рисунок 5.8 - Залежність коефіцієнта тертя f від рівня прикладеного
тиску p для пари тертя сталь 45 з покриттям НАС -
сталь 45 з покриттям КХН
Похибка обчислень за формулами (5.3) ... (5.8) не перевищує 10% від отриманих експериментальних значень, що легко встановити з наведених графіків.
Проводячи порівняльний аналіз графіків експериментальних залежностях і емпіричних формул, можна відзначити наступне:
- найбільшої зносостійкість володіє пара тертя сталь 45 з покриттям НАС - сталь 45 з покриттям КХН. Середнє значення розміру зносу у даної пари в 6,7 рази менше, ніж у пари тертя сталь 45 - сталь 45 з покриттям НАС, в два рази менше, ніж у пари тертя сталь 45 - сталь 45 з покриттям КХН;
- найкращими антифрикційними властивостями і найменшими значеннями коефіцієнта тертя має пара тертя сталь 45 з покриттям НАС - сталь 45 з покриттям КХН. Середнє значення коефіцієнта тертя у даної пари в 1,7 рази менше, ніж у пари тертя сталь 45 - сталь 45, в 1,5 рази менше, ніж у пари тертя сталь 45 з покриттям НАС - сталь 45 з покриттям КХН;
- так як порошкові матеріали на нікелевій основі виробляються вітчизняною промисловістю, то доцільно їх застосовувати для нанесення детонаційних покриттів;
- для більш детальних досліджень нанесення детонаційних покриттів і визначення номенклатури відновлюваних деталей доцільно провести випробування реальних машин з деталями, відновленими детонаційними покриттями;
- залежно (5.3) ... (5.8) можна застосовувати для прогнозування довговічності відновлених вузлів і антифрикційних властивостей відновлених поверхонь в діапазоні зміни величин питомих тисків, що відповідають умовам експериментального дослідження.
Таблиця 5.1 - Експериментальні значення Δh і Т при дослідженні зносостійкості детонаційних покриттів
пара тертя |
Середнє значення величини зношування Δh, мм |
||||||||
Сталь45 – сталь 45 |
0,008 |
0,010 |
0,013 |
0,020 |
0,028 |
0,042 |
0,060 |
0,072 |
0,086 |
Шлях тертя T∙106 мм |
0,25 |
1,5 |
5,6 |
58,2 |
113,6 |
148,6 |
212,5 |
288.2 |
245,0 |
Сталь 45 – сталь 45 з покриттям НАС |
0.001 |
0,003 |
0,005 |
0,007 |
0,009 |
0,094 |
0,012 |
0,013 |
0,015 |
Шлях тертя T∙106 мм |
0,33 |
2,2 |
6,12 |
60,5 |
122,5 |
160,5 |
220,8 |
278,8 |
350,5 |
Сталь 45 – сталь 45 з покриттям КХН |
0,002 |
0,003 |
0,004 |
0,008 |
0.009 |
0,010 |
0,012 |
0,022 |
0,032 |
Шлях тертя T∙106 мм |
0,35 |
2,8 |
5,8 |
68,2 |
130,5 |
152,8 |
210,5 |
260,7 |
348,7 |
Сталь 45 – сталь 45 з покриттям КХН |
0,001 |
0,002 |
0,002 |
0,005 |
0,006 |
0,007 |
0,008 |
0,009 |
0,012 |
Шлях тертя T∙106 мм |
0,28 |
1,8 |
4,8 |
57,2 |
128,8 |
158,6 |
222,1 |
248,5 |
380,6 |
Таблиця 5.2 - Вимірювані значення коефіцієнта тертя f і контактних тисків p при дослідженні зношування детонаційних покриттів НАС і КХН
|
||||||||
№ |
пара тертя |
Величина коефіцієнта тертя |
||||||
1 |
Сталь45 - сталь 45 |
0,07 |
0,065 |
0,050 |
0,044 |
0,041 |
0,041 |
0,041 |
|
Контактний тиск Р, МПа |
0,42 |
0,80 |
1,20 |
1,60 |
1,80 |
2,00 |
2,40 |
2 |
Сталь 45 - сталь 45 з покриттям НАС |
0,07 |
0,046 |
0,041 |
0,040 |
0,038 |
0,038 |
0,039 |
|
Контактний тиск Р, МПа |
0,42 |
0,80 |
1,20 |
1,60 |
1,80 |
2,00 |
2,40 |
3 |
Сталь 45 с покриттям НАС - сталь 45 с покриттям KXH
|
0,077 |
0,047 |
0,047 |
0,045 |
0,042 |
0,040 |
0,041 |
|
Контактний тиск Р, МПа |
0,42 |
0,80 |
1,20 |
1,60 |
1,80 |
2,00 |
2,40 |
4 |
Сталь 45 покриттям НАС - сталь 45 з покриттям KXH |
0,042 |
0,030 |
0,028 |
0,026 |
0,026 |
0,026 |
0,031 |
|
Контактний тиск Р, МПа |
0,42 |
0,80 |
1,20 |
1,60 |
1,80 |
2,00 |
2,40 |