Оцінка зносотривкості евтектичних покривів системи Fe–Mn–C–B, легованих Si, Ni і Cr, з використанням
Проаналізовано будову і склад евтектичних композиційних дисперсійно зміцнених матеріалів системи Fe–Mn–C–B, легованих Si, Ni і Cr. Подано багатокритеріальну оцінку вибору матеріалу, який характеризується найвищою зносотривкістю за різних умов тертя і з різними контртілами. Оцінено розроблені матеріа...
Збережено в:
| Дата: | 2011 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2011
|
| Назва видання: | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/139180 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Оцінка зносотривкості евтектичних покривів системи Fe–Mn–C–B, легованих Si, Ni і Cr, з використанням / М.І Пашечко, Ю. Монтусєвич // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2011. — Т. 47, № 6. — С. 86-93. — Бібліогр.: 20 назв. — укp. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-139180 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1391802018-06-20T03:05:42Z Оцінка зносотривкості евтектичних покривів системи Fe–Mn–C–B, легованих Si, Ni і Cr, з використанням Пашечко, М.І. Монтусєвич, Ю. Проаналізовано будову і склад евтектичних композиційних дисперсійно зміцнених матеріалів системи Fe–Mn–C–B, легованих Si, Ni і Cr. Подано багатокритеріальну оцінку вибору матеріалу, який характеризується найвищою зносотривкістю за різних умов тертя і з різними контртілами. Оцінено розроблені матеріали типу ПМІ-12... ПМІ-15, а також порівняльні матеріали системи Ni–Cr–B–Si, ПГ–СР3, ПГ–10Н–01, що серійно виробляють, і які відомі багато років на світовому ринку. Для аналізу використано метод визначення компромісних розв’язків, а також метод поділу невизначеності, які входять до складу еволюційної системи багатокритеріального аналізу. Проанализировано строение и состав эвтектических композиционных дисперсионно упрочненных материалов системы Fe–Mn–C–B, легированных Si, Ni и Cr. Подано многокритериальную оценку выбора материала, который характеризуется наивысшей износостойкостью в различных условиях трения и с разными контртелами. Оценено разработанные материалы типа ПМI-12...ПМІ-15, а также серийно изготавливаемые сравнительные материалы системы Ni–Cr–B–Si типа ПГ–СР3, ПГ–10Н–01, известные много лет на мировом рынке. Для анализа использован метод определения компромиссных решений, а также метод раздела неопределенности, которые входят в состав эволюционной системы многокритериального анализа. The structure and composition of the eutectic composite dispersive strengthened Fe–Mn–C–B materials alloyed with Si, Ni and Cr are discussed. A multicriterial evaluation of the choice of material with the greatest resistance to friction wear in different friction conditions and with different counter bodies is presented. The PMI-12…PMI-15 materials, as well as industrially produced comparative Ni–Cr–B–Si (PG–SR3 and PG–10N–01) materials, known for many years in world markets, are analysed. The analysis was carried out using the compromise solution determination method and the non-differentiation interval method, included in the evolutionary system of multicriterial analysis. 2011 Article Оцінка зносотривкості евтектичних покривів системи Fe–Mn–C–B, легованих Si, Ni і Cr, з використанням / М.І Пашечко, Ю. Монтусєвич // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2011. — Т. 47, № 6. — С. 86-93. — Бібліогр.: 20 назв. — укp. 0430-6252 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/139180 620.169:621.793 uk Фізико-хімічна механіка матеріалів Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| description |
Проаналізовано будову і склад евтектичних композиційних дисперсійно зміцнених матеріалів системи Fe–Mn–C–B, легованих Si, Ni і Cr. Подано багатокритеріальну оцінку вибору матеріалу, який характеризується найвищою зносотривкістю за різних умов тертя і з різними контртілами. Оцінено розроблені матеріали типу ПМІ-12... ПМІ-15, а також порівняльні матеріали системи Ni–Cr–B–Si, ПГ–СР3, ПГ–10Н–01, що серійно виробляють, і які відомі багато років на світовому ринку. Для аналізу використано метод визначення компромісних розв’язків, а також метод поділу невизначеності, які входять до складу еволюційної системи багатокритеріального аналізу. |
| format |
Article |
| author |
Пашечко, М.І. Монтусєвич, Ю. |
| spellingShingle |
Пашечко, М.І. Монтусєвич, Ю. Оцінка зносотривкості евтектичних покривів системи Fe–Mn–C–B, легованих Si, Ni і Cr, з використанням Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| author_facet |
Пашечко, М.І. Монтусєвич, Ю. |
| author_sort |
Пашечко, М.І. |
| title |
Оцінка зносотривкості евтектичних покривів системи Fe–Mn–C–B, легованих Si, Ni і Cr, з використанням |
| title_short |
Оцінка зносотривкості евтектичних покривів системи Fe–Mn–C–B, легованих Si, Ni і Cr, з використанням |
| title_full |
Оцінка зносотривкості евтектичних покривів системи Fe–Mn–C–B, легованих Si, Ni і Cr, з використанням |
| title_fullStr |
Оцінка зносотривкості евтектичних покривів системи Fe–Mn–C–B, легованих Si, Ni і Cr, з використанням |
| title_full_unstemmed |
Оцінка зносотривкості евтектичних покривів системи Fe–Mn–C–B, легованих Si, Ni і Cr, з використанням |
| title_sort |
оцінка зносотривкості евтектичних покривів системи fe–mn–c–b, легованих si, ni і cr, з використанням |
| publisher |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| publishDate |
2011 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/139180 |
| citation_txt |
Оцінка зносотривкості евтектичних покривів системи Fe–Mn–C–B, легованих Si, Ni і Cr, з використанням / М.І Пашечко, Ю. Монтусєвич // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2011. — Т. 47, № 6. — С. 86-93. — Бібліогр.: 20 назв. — укp. |
| series |
Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| work_keys_str_mv |
AT pašečkomí ocínkaznosotrivkostíevtektičnihpokrivívsistemifemncblegovanihsiniícrzvikoristannâm AT montusêvičû ocínkaznosotrivkostíevtektičnihpokrivívsistemifemncblegovanihsiniícrzvikoristannâm |
| first_indexed |
2025-07-10T07:08:38Z |
| last_indexed |
2025-07-10T07:08:38Z |
| _version_ |
1837242855177846784 |
| fulltext |
86
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2011. – ¹ 6. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 620.169:621.793
ОЦІНКА ЗНОСОТРИВКОСТІ ЕВТЕКТИЧНИХ ПОКРИВІВ СИСТЕМИ
Fe–Mn–C–B, ЛЕГОВАНИХ Si, Ni і Cr, З ВИКОРИСТАННЯМ
БАГАТОКРИТЕРІАЛЬНОГО АНАЛІЗУ
М. І. ПАШЕЧКО, Ю. МОНТУСЄВИЧ
Люблінський політехнічний інститут, Польща
Проаналізовано будову і склад евтектичних композиційних дисперсійно зміцнених
матеріалів системи Fe–Mn–C–B, легованих Si, Ni і Cr. Подано багатокритеріальну
оцінку вибору матеріалу, який характеризується найвищою зносотривкістю за різ-
них умов тертя і з різними контртілами. Оцінено розроблені матеріали типу ПМІ-12...
ПМІ-15, а також порівняльні матеріали системи Ni–Cr–B–Si, ПГ–СР3, ПГ–10Н–01,
що серійно виробляють, і які відомі багато років на світовому ринку. Для аналізу ви-
користано метод визначення компромісних розв’язків, а також метод поділу невиз-
наченості, які входять до складу еволюційної системи багатокритеріального аналізу.
Ключові слова: зносотривкість, евтектичні покриви, багатокритеріальний аналіз.
Розробка нових матеріалів – один з головних напрямків досліджень, який
дає змогу підвищити зносотривкість конструкційних елементів, що зношуються.
Це може стосуватись як цілого матеріалу, так і його поверхневих шарів [1–6]. На
матеріали, які використовують для виготовлення вузлів тертя і працюють в умо-
вах зношування (головно абразивного), необхідно сучасними методами наносити
спеціальні поверхневі шари [1, 2, 4–6]. Перспективні є поверхневі евтектичні по-
криви, які характеризуються великою твердістю та зносотривкістю [1–3, 6].
Після розроблення матеріалів і дослідження їх зносотривкості необхідно,
зазвичай, вибрати матеріал з найкращими експлуатаційними властивостями у за-
даних умовах експлуатації [7, 8]. Для цього використано методи, які входять до
складу еволюційної системи багатокритеріального аналізу [9–12].
Евтектичні сплави системи Fe–Mn–C–B. Отримання евтектичних сплавів
на основі квазітернарної системи Fe–Mn–C–B [1] дає змогу вибрати матеріали з
відповідним вмістом легувальних елементів, наприклад Si; Ni; Cr; W; V; Al; Ti; V
та ін., як складових, що забезпечують відповідні властивості, необхідні під час
проектування відповідної пари тертя. Розроблені евтектичні сплави – це компо-
зиційні багатофазові дисперсійно зміцнені матеріали із градієнтом структури.
Структура сплавів системи Fe–Mn–C–B складається з евтектики типу лего-
ваний перліт (м’яка фаза–основа)–марганцевистий карбід заліза Fe0,4Mn3,6C
(зміцнювальна фаза–каркас). Дисперсійне зміцнення сплаву відбувається, зазви-
чай, карбідом хрому Cr7C3 та боридом заліза Fe2B [1].
Встановлено необхідний вміст заліза, марганцю, вуглецю і бору для одер-
жання евтектичних сплавів системи Fe–Mn–C–B. Вміст легувальних елементів
Si, Ni та Cr обмежено, щоб отримати сплави з евтектичною структурою та зада-
ними фізико-механічними властивостями поверхневих шарів (табл. 1).
Базову систему легували кремнієм, хромом та нікелем для одержання зносо-
і корозійнотривких сплавів та покривів.
Контактна особа: М. І. ПАШЕЧКО, e-mail: mpashechko@hotmail.com
87
Необхідно зазначити, що структура та фазовий склад всіх досліджених спла-
вів і покривів відповідає структурі та фазовому складу порошкових матеріалів, з
яких вони отримані.
Таблиця 1. Хімічний склад евтектичних порошкових сплавів (mass.%)
Марка порошко-
вого сплаву Fe, С, В Mn Si Ni Cr S P
ПMI-12 Решта 11,37 2,48 – 18,22 0,09 0,028
ПMI-13 Решта 9,82 3,36 – 10,0 0,09 0,022
ПMI-14 Решта 12,0 4,4 11,63 11,96 0,01 0,03
ПMI-15 Решта 8,7 4,1 19,58 – 0,09 0,028
Сплави у вигляді порошкових матеріалів, дротів та електродів виготовляють
на Торезькому заводі наплавлювальних твердих сплавів, НВП “Тулачермет”
(Росія), Інституті зварювання в Глівіцах, фірмі WOLCO (Польща) та ін.
Дослідження зносотривкості розроблених евтектичних сплавів. Вивчали
на модернізованій та комп’ютеризованій машині тертя МІ-1М типу Амслера в
умовах тертя без мащення впродовж 8 h. Зразки ∅10 mm виготовляли зі сталі 45 і
наносили методом плазмового наплавлення на торець евтектичні покриви, вико-
ристовуючи порошкові матеріали, які дають можливість формувати сплави з ев-
тектичною структурою. Досліджували зносотривкість за схемою тертя стержень–
диск. Як стержень використовували три зразки ∅10 mm і висотою 10 mm, а як
контртіло – сталь 45 ∅90 mm і товщиною 10 mm, яку піддавали загартуванню і
низькому відпуску (52...54 HRC). Питоме навантаження: 3; 7; 10 MРa, швидкість
тертя ковзання 0,4; 0,6; 0,8 m/s, шлях тертя L = v⋅t = 1675 m; поверхня тертя S =
= 2,5⋅10–4 m2. Навантаження здійснювали, використовуючи важіль. За допомогою
установки Surtronik 3+ встановили, що шорсткість поверхні тертя після зношу-
вання становить ∼1 µm.
Результати проведених експериментальних досліджень евтектичних компо-
зитів на основі системи Fe–Mn–C–B в умовах абразивно-оливного тертя показали,
що кінетика їх зношування описується трибокінетичною моделлю, запропонова-
ною В. В. Панасюком, О. Є. Андрейківим та М. В. Чернецем [13]. За закономір-
ностями зношування матеріалів під час сухого тертя [14, 15] та особливостями
трибоконтактного руйнування покривів, на основі гіпотези про функціональний
взаємозв’язок зношування і питомих сил тертя можна дослідити їх кінетику, ви-
користовуючи систему кінетичних рівнянь [13]
11 ( )k
k
dI
v dt
−⋅ = Φ τ , (1)
де Ik – лінійне зношування (m); v – швидкість ковзання (m/s); t – час тертя (s);
k = 1, 2 – нумерація елементів, що зношуються; τ = µ⋅p – питома сила тертя; µ –
коефіцієнт тертя ковзання; p – контактний тиск (МРа); Φ(τ) – характеристична
функція зносотривкості матеріалів у вибраній трибологічній парі.
Запропонована модель передбачає тертя двох тіл (k = 1; 2).
Характеристичну функцію зносостривкості матеріалів Φ(τ) визначають на
основі експериментальних результатів за формулою
( ) ( ) /j
jk L IΦ τ = , (2)
де j – дискретні значення питомої сили тертя τ.
88
Зношування Ij визначають за втратою маси зразка ∆Mj, поверхнею тертя S,
шляхом тертя L і густиною матеріалу зразка ρ:
( ) j
j
M
I L
S
∆
=
⋅ρ
. (3)
Для апроксимації функції
зношування ( ) ( )j
kΦ τ матеріалів
використовують таку залеж-
ність:
( )
( )
(0)
(0)
( )
k
k
m
k k
k m
k
B τ
Φ τ =
τ − τ
, (4)
де Bk, mk, τ – характеристики
зношування матеріалів для да-
ної пари тертя; (0)
kτ – значення
τ, за яких матеріали пари тертя
не зношуються.
Характеристики зношу-
вання В і m для кожної пари
тертя, визначені методом най-
менших квадратів з викорис-
танням експериментальних зна-
чень Φ(τ)–τ, подані в табл. 2.
З використанням співвідношення (4), побудовані діаграми зносотривкості ев-
тектичних покривів під час зношування в різних середовищах. Як приклад, наве-
дена (рис. 1) діаграма зносотривкості евтектичного покриву системи Fe–Mn–C–B
під час зношування в абразивно-оливному середовищі за тертя по борованій
вкладці зі сталі 45.
Рис. 1. Діаграма зносотривкості
евтектичного покриву системи
Fe–Mn–C–B під час зношування в
абразивно-оливному середовищі за тертя
по борованій вкладці зі сталі 45:
1 – 0,4 m/s; 2 – 0,6 m/s; 3 – 0,8 m/s;
шлях тертя L = v⋅t = 1675 m;
S = 2,5⋅10–4 m2.
Fig. 1. A diagram of wear resistance of eutectic Fe–Mn–C–B coating under wear in abrasive oily
environment in friction over a boronized steel 45 insert: 1 – 0.4 m/s; 2 – 0.6 m/s;
3 – 0.8 m/s; friction path of L = v⋅t = 1675 m; S = 2.5⋅10–4 m2.
Багатокритеріальна оцінка евтектичних сплавів. Методи багатокрите-
ріального аналізу. Для багатокритеріальної оцінки результатів випробувань на
зношування нових евтектичних матеріалів використано методи, які утворюють
еволюційну систему багатокритеріального аналізу [9]. На першому етапі дослідів
шукають оптимальні розв’язки за Парето (в критеріальному просторі розв’язки не
виключають один одного). Далі, використовуючи метод визначeння компромісних
Таблиця 2. Характеристики зношування
евтектичних покривів у парі тертя
зі сталлю 45
Тертя
в оливі в оливі з піском
Характеристики зношування
Матеріал
B⋅108 m B⋅108 m
ПMI-12 3,32 0,85 2,52 0,63
ПMI-13 14,2 0,9 4,48 0,6
ПMI-14 26,7 1,17 6,17 0,57
ПMI-15 2,32 0,8 1,7 0,65
ПГ-СР3 3,32 0,85 2,52 0,63
ПГ-10Н-01 6,5 0,82 3,36 0,68
Сталь 45 29,9 1,2 31,7 0,52
89
розв’язків (МВКР) [9, 11, 12], генерують компромісні рішення. Для точності ви-
мірювань під час досліджень перевіряють також, чи аналізовані результати не від-
різняються у межах вимірювальної похибки. Для цього використано метод інтер-
валу невизначеності (МІН) [9, 10]. Він виключає один із двох розглядуваних роз-
в’язків за багатокритеріальним аналізом, в якому виконується умова (5) (рис. 2а).
Рис. 2. Візуалізація умови (5)
за двокритеріальної
мінімізації, коли x^ і x+
неоптимальні (а) та
оптимальні (b) елементи
за інтервалом
невизначеності.
Fig. 2. Visualisation of condition (5) for bicriterial minimisation, when x^ and x+
are nonoptimal (a) and optimal (b) elements by a non-differentiation interval.
Метод інтервалу невизначеності реалізує сформульовану оптимальність за
інтервалу невизначеності, базується на змодифікованій ідеї мутації і уможливлює
виключення розв’язків, значення яких знаходяться досить близько [9, 10, 12]. Се-
лекція застосована для вибору оптимальних розв’язків. Метод дає змогу встано-
вити, чи рішення, змінене (“погіршене”) через прийнятий інтервал невизначе-
ності (ІН), залишається надалі оптимальним розв’язком. За мінімізації критеріїв,
елемент x^ ∈ Ω буде оптимальний за інтервалом невизначеності тоді і лише тоді,
коли у вибраних оптимальних розв’язках за Парето Ω не буде такого елемента x+,
що для кожного l ∈ N:
коли ( ) 0 : ( ) ( ) ,l l lF x F x F x∧ ∧ +≥ < то ( )1 IH ( ) ( )l l lF x F x∧ ++ > ;
(5)
коли ( ) 0 : ( ) ( ) ,l l lF x F x F x∧ ∧ +< < то ( )1 IH ( ) ( )l l lF x F x∧ +− > .
Показано (рис. 2а), що елемент x^ виключається, оскільки після його оцінки
значення, яке виникає з прийнятого інтервалу невизначеності ІН1, потрапляє все-
редину домінувального конуса з вершиною, що знаходиться в точці F(x+). На
рис. 2b – обидва елементи x^, а також x+ оптимальнi за інтервалом невизначеності.
У запропонованому методі інтервал невизначеності подано у відсотках вар-
тості аналізованого критерію і він відповідає вимірювальній точності аналізова-
ної величини.
Метод визначення компромісних розв’язків ґрунтується на розв’язку, який
був би найкращий, але фізично нездійсненний. З цією метою визначаємо ідеаль-
ний вектор 0 0 0 0
1 2[ , , ..., ]TjF F F F= в аналізованому скінченному наборі оптималь-
них розв’язків, які не виключають один одного. Коли всі складові вектора крите-
ріїв 1 2[ , , ..., ]TjF F F F= мінімізуються, ідеальний вектор 0 0 0 0
1 2[ , , ..., ]TjF F F F=
встановлюють шляхом пошуку мінімуму для кожного критерію оцінки:
0 ( ) min ( )n
j j
n N
F x F x
∈
= , (6)
де Fj(x) – j-та складова вектора розглядуваних критеріїв; n = {1, 2, ..., N} – індекси
розв’язків, оптимальних за Парето.
90
Для компромісних розв’язків у просторі аналізованих критеріїв використано
метод min–max з вагами та врахуванням норми Чебишева ( )r →+∞ , а також
відхилення вимірювань відносно ідеального вектора, що дає можливість порів-
нювати різні значення
0
0
( ) ( )
[ ( )] min max
( )
n
j j
j
n N j J
j
F x F x
p F x
F x∈ ∈
⎧ ⎫−⎪ ⎪= ω⎨ ⎬
⎪ ⎪⎩ ⎭
, (7)
де ωj – вага j-го критерію оцінки,
1
1
J
j
j=
ω =∑ ; j = {1, 2, ..., J} – індекси розглядува-
них критеріїв; 0 ( )jF x – j-та складова ідеального вектора.
На першій стадії аналізу визначають тільки одне компромісне рішення за
min–maх * * * *
1 2[ , , ..., ]TjF F F F= . На другій можна отримати таке компромісне рі-
шення: *1 *2 *, , ..., mF F F . При цьому кількість розв’язків залежить від вибору
способу пошуку. Пошук компромісних розв’язків на цій стадії поділено на етапи,
які повторюються аж до закінчення програми. Коли застосувати вимірювання
min–max з вагами, то залишаться значення ваг ωj з першої стадії.
На кожному етапі другої стадії виконуються такі дії:
– операція схрещування – генерування нових ідеальних векторів. Вони ста-
ють обов’язковими векторами відліку та визначають компромісні розв’язки:
J необхідних ідеальних векторів ряду І
01 * 0 0 02 0 * 0
1 2 1 2[ , , ..., ] , [ , , ..., ] , ....,T T
J JF F F F F F F F= =
0 0 0 *
1 2[ , , ..., ] ;J T
JF F F F= (8)
J·J ідеальних векторів ряду II
011 *1 01 01 012 01 *1 01
1 2 1 2[ , , ..., ] , [ , , ..., ] , ....,T T
J JF F F F F F F F= =
01 01 01 *1
1 2[ , , ..., ]J T
JF F F F= (…); (9)
– визначення компромісних розв’язків ( *1 *2,F F ) для кожного з ідеальних
векторів (F01, F02) (рис. 3).
Рис. 3. Друга стадія методу визначення
компромісних рішень за двокритеріальної
мінімізації: – розміщення оптимальних
векторів (F01, F02) та визначення компро-
місних розв’язків за min–max (F*1, F*2);
– оптимальний розв’язок за Парето;
– компромісний розв’язок за min–max.
Fig. 3. The second stage of the method for bicriterial minimisation: – location of optimal
vectors and determination of compromise solutions in min–max (F*1, F*2) sense;
– Pareto optimal solution; – compromise solution in min–max sense.
Багатокритеріальна оцінка евтектичних матеріалів. Щоб знайти мате-
ріал або матеріали, найстійкіші до зношування, багатокритеріально оцінювали
91
одночасно досліджувані (див. табл. 1) та порівнювальні матеріали (ПГ–СР3 і
ПГ–10Н–01), а також зношені контртіла. Таким чином, всі вони інтерпретувалися
однаково. Багатокритеріально проаналізували матеріали, які працювали в масти-
лі, мастилі з піском, а також під час зношування з різними контртілами та вияви-
ли, які з них найстійкіші до зношування у заданому робочому середовищі і за
тертя по відповідному контртілу.
Багатокритеріальна оцінка зношування евтектичних покривів за тертя
з контртілом зі сталі 45. Характеристики зношування В і m (див. табл. 2) дослі-
джуваних матеріалів з контртілом, виконаним зі сталі 45, визначені під час зно-
шування матеріалів у середовищі оливи і оливи з піском, були мінімізовані. Для
аналізу застосовано метод МВКР.
Під час зношування в середовищі мастила найкращим матеріалом виявився
покрив одержаний з порошкового евтектичного матеріалу ПMI-15, а в середови-
щі оливи з піском – матеріали ПМІ-15 і ПМІ-12. Під час аналізу результатів до-
сліджень в двох вищенаведених середовищах вибрано неоптимальних п’ять пар
тертя. Це означає, що за прийнятих і аналізованих критеріїв (В і m) кожен з мате-
ріалів ПМІ-12...ПМІ-15, а також сталь 45, так само добрий з точки зору опірності
до зношування. Додатковий аналіз, виконаний зі застосуванням методу МВКР,
дав змогу з п’яти матеріалів виділити ПМІ-15 і ПMI-12 як матеріали, найстійкіші
до зношування.
Проведено також аналіз з використанням методу МІН. Вводячи достовір-
ність інтервалу невизначеності ІН = 3,5%, отримали чотири неоптимальні пари
тертя (ПМІ-13...ПМІ-15, сталь 45), за значення ІН = 5% оптимальнi розв’язки
включали три пари тертя (ПМІ-14, ПМІ-15, сталь 45). Це означає, що якби вимі-
рювальна похибка була рівна прийнятому значенню ІН, то різниця аналізованих
критеріїв досліджуваних матеріалів знаходилась би в межах похибки вимірю-
вань. Після цього, застосовуючи метод МВКР, провели додатковий аналіз, який
показав, що з аналізованих матеріалів найстійкішим до зношування є ПМІ-15.
Отримані результати багатокритеріальної оцінки дуже добре корелюють з
хімічним складом і структурою сплаву. Матеріал ПМІ-15 містить Ni, який при-
зводить до збільшення кількості твердого розчину Feγ(Ni) і дисипації енергії під
час тертя. Звідси виникає його велика опірність до зношування. Пісок збільшує
абразивне зношування. Щоб підвищити зносотривкість, до сплаву на основі
Fe–Mn–C–B додавали 18,22 mass.% Cr (ПМІ-12), що збільшило твердість твердо-
го розчину на основі Feα. Врахувавши більшу подібність C до Fe, можна отрима-
ти дисперсійне зміцнення сплаву карбідом Cr7C3 (НV 1600). Цим і пояснюється
найвища зносотривкість покривів, одержаних із порошкового сплаву ПМІ-12.
Дискусія про одержані результати багатокритеріальної оцінки. Резуль-
тати багатокритеріальної оцінки зносотривкості евтектичних матеріалів, проведе-
ні методом визначення компромісних розв’язків, вказують на перевагу розробле-
них евтектичних матеріалів порівняно з відомими [1, 16]. Крім того, висока зно-
сотривкість матеріалів добре корелює з сегрегацією атомів, що відбувається під
час тертя [17–20]. Проте дослідження поверхневого шару навіть об’ємом ∼1 µm3
з використанням рентгенівських методів (Superprobe-733, Camebax) не дають
можливості виявити фізико-хімічні явища, які відбуваються під час тертя. Сегре-
гацію атомів С, В і Si, яку спостерігали на глибині до 1000 Å, виявили, викори-
стовуючи Оже-спектроскопію (JAMP-10S, фірми JEOL) [17–19] (рис. 4), а сегре-
гацію на глибині ∼50…70 Å – за допомогою спектроскопії мас-вторинних іонів
(ІNA 3) [20].
Внаслідок сегрегації атомів під час тертя концентрація С зросла з 0,7 до 0,8;
B з 2,7 до 4,8; Si з 4,1 до 18,3 mass.% (рис. 4).
92
Рис. 4. Розподіл елементів
на поверхні тертя ( ) та
у порошковому сплаві ( )
системи Fe–Mn–C–B,
легованому Ni.
Fig. 4. Distribution of elements on the friction surface ( ) and in the Fe–Mn–C–B
powder alloy ( ), alloyed with Ni.
ВИСНОВКИ
Багатокритеріальний аналіз розроблених зносотривких евтектичних матеріа-
лів системи Fe–Mn–C–B вказує на їх перевагу порівняно з відомими матеріалами
системи Ni–Cr–B–Si типу ПГ–СР3, ПГ–10Н–01. Найкращим матеріалом, який
може працювати за різних умов тертя, виявився покрив, одержаний з порошково-
го матеріалу ПМІ-15.
На основі одержаних результатів, використовуючи багатокритеріальний ана-
ліз властивостей досліджуваних матеріалів, можна цілеспрямовано оптимізувати
склад, структуру сплавів, а також евтектичних покривів системи Fe–Mn–C–B, ле-
гованих Si, Ni і Cr для підвищення їх опірності до зношування, а також відповід-
ного добору пар тертя.
Метод визначення компромісних розв’язків дає змогу вибрати матеріали з
найкращою зносотривкістю. Він може бути успішно використаний в подальших
дослідженнях, які допоможуть підібрати матеріали для пар тертя під час розроб-
ки нових порошкових евтектичних матеріалів, дротів і електродів, а також техно-
логії формування покривів сучасними фізико-хімічними методами поверхневої
обробки.
РЕЗЮМЕ. Проанализировано строение и состав эвтектических композиционных
дисперсионно упрочненных материалов системы Fe–Mn–C–B, легированных Si, Ni и Cr.
Подано многокритериальную оценку выбора материала, который характеризуется наи-
высшей износостойкостью в различных условиях трения и с разными контртелами. Оце-
нено разработанные материалы типа ПМI-12...ПМІ-15, а также серийно изготавливаемые
сравнительные материалы системы Ni–Cr–B–Si типа ПГ–СР3, ПГ–10Н–01, известные
много лет на мировом рынке. Для анализа использован метод определения компромисс-
ных решений, а также метод раздела неопределенности, которые входят в состав эволю-
ционной системы многокритериального анализа.
SUMMARY. The structure and composition of the eutectic composite dispersive strengthened
Fe–Mn–C–B materials alloyed with Si, Ni and Cr are discussed. A multicriterial evaluation of
the choice of material with the greatest resistance to friction wear in different friction conditions
and with different counter bodies is presented. The PMI-12…PMI-15 materials, as well as
industrially produced comparative Ni–Cr–B–Si (PG–SR3 and PG–10N–01) materials, known
for many years in world markets, are analysed. The analysis was carried out using the
compromise solution determination method and the non-differentiation interval method,
included in the evolutionary system of multicriterial analysis.
1. Пашечко М. И., Голубец В. М., Чернец М. В. Формирование и фрикционная стойкость
эвтектических покрытий. – К.: Наук. думка, 1993. – 346 с.
2. Методи прогнозування та підвищення зносотривкості триботехнічних систем ковзання /
М. І. Пашечко, М. В. Чернець, М. Опеляк, Х. Комста. – Львів: Євросвіт, 2005. – 386 с.
3. Чернець М., Пашечко М., Невчас А. Поверхневе зміцнення конструкційних матеріалів
трибосистем ковзання // Методи прогнозування та підвищення зносотривкості трибо-
технічних систем ковзання. В 3-х т. – Дрогобич: Коло, 2001. – 2. – 512 с.
93
4. Електродугові відновні та захисні покриття / В. І. Похмурський, М. М. Студент,
В. М. Довгуник та ін. – Львів: Фіз.-мех. ін-т НАН України, 2005. – 192 с.
5. Burakowski T., Wierzchoń T. Inżynieria powierzchni metali. – Warszawa: WNT, 1995. – 556 s.
6. Трибомеханика. Триботехника. Триботехнологии / М. Чернець, Л. Клименко, M. Па-
шечко, A. Невчас // Механика трибоконтактного взаимодействия при скольжении.
Триботехнологии. В 3-х т. – Николаев: Изд-во НГТУ им. Петра Могилы, 2008. – Т. 1.
– 476 с.; Т. 2. – 304 с.
7. Pashechko M., Montusiewicz J. Ocena wielokryterialna zużycia warstw eutektycznych
układu Fe–Mn–C–B stopowanych Si, Ni oraz Cr // Inżynieria Powierzchni. – 2009. – № 3.
– S. 57–63.
8. Montusiewicz J., Pashechko M. Analiza wielokryterialna odporności na zużycie warstw
eutektycznych układu Fe–Mn–C–B stopowanych Si, Ni i Cr / W. Tarnowski, T. Kiczkowiak
// Materiały XXV Ogól. Konf. Polioptymalizacja i Komputerowe Wspomaganie Projekto-
wania Mielno’2007. – Pol. Koszalińska, ZN WM, 2007. – № 40. – S. 208–215.
9. Montusiewicz J. Ewolucyjna analiza wielokryterialna w zagadnieniach technicznych. – War-
szawa: Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, 2004. – 184 s.
10. Montusiewicz J. Computer-aided reduction of the nondominated solution set using optimali-
ty in the sense of an undifferentiation interval // Modern techniques in mechanical enginee-
ring / A. Świć, J. Lipski (Ed.). – Lublin, 2009. – S. 62–74.
11. Montusiewicz J. A method of searching for compromising solutions // Rozwój techniki a
problem kształcenia technicznego / K. Lenik (red.). – Lublin: Lubelskie Towarzystwo Nau-
kowe, 1996. – S. 50–70.
12. Montusiewicz J. Komputerowe wspomaganie decyzji przy użyciu Ewolucyjnego Systemu
Analizy Wielokryterialnej // Przegląd Mechaniczny. – 2007. – № 5. – S. 107–110.
13. Андрейків О. Е., Чернець М. В. Оцінка контактної взаємодії деталей машин, що труть-
ся. – К.: Наук. думка, 1991. – 158 с.
14. Андрейків О. Е., Панасюк В. В., Чернець М. В. До теорії зношування матеріалів при
сухому терті // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 1981. – № 2. – C. 51–57.
15. Чернець М. В. До питання про дослідження кінетики зношування матеріалів при де-
яких видах тертя ковзання // Тертя і зношування. – 1987. – № 4. – C. 662–670.
16. Granat K. Wieloskładnikowe stopy Fe–C–Cr–Si odporne na zużycie, przeznaczone na
odlewy i warstwy napawane. – Oficyna Wyd. Pol. Wrocławskiej, 2005. – 182 s.
17. Paszeczko M. and Lenik K. Segregation of C, B, Si in the surface layers of new eutectic
Fe–Mn–C–B–Si–Ni–Cr–Al–Sc at friction wear // Universyta di Roma “La Sapienza”.
– Italy: Rome, 2002. – С. 420.
18. Pashechko M. and Lenik K. Segregation of atoms of the eutectic alloys Fe–Mn–C–B at fric-
tion wear // J. of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. – 2006. – 18,
№ 1–2. September–October. – S. 467–470.
19. Pashechko M. and Lenik K. Segregation of atoms of the eutectic alloy Fe–Mn–C–B–Si–Ni–Cr
at friction wear // Wear. – 2009. – № 267. – С. 1301–1304.
20. Бакли Д. Поверхностные явления при адгезии и фрикционном взаимодействии / Пер. с
анг. А. В. Белого, Н. К. Мышкин / Под ред. А. И. Свириденка. – М.: Машиностроение,
1986. – 360 с.
Одержано 04.01.2010
|