Исследование влияния модификации поверхностного слоя стали 45 на характеристики сопротивления разрушению при циклическом нагружении с наложением трения

Приведена методика испытаний образцов при циклическом нагружении изгибом с вращением с наложением сил трения скольжения. Выполнены испытания стали 45 с модификацией поверхности образцов борированием и карбованадированием. Показано, что усталостные и триботехнические характеристики стали с покрыти...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2004
Автори:	Цыбанев, Г.В., Белас, О.Н.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України 2004
Назва видання:	Проблемы прочности
Теми:	Научно-технический раздел
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47069
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:	Исследование влияния модификации поверхностного слоя стали 45 на характеристики сопротивления разрушению при циклическом нагружении с наложением трения / Г.В. Цыбанев, О.Н. Белас // Проблемы прочности. — 2004. — № 2. — С. 67-76. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-47069
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-470692013-07-09T19:31:34Z Исследование влияния модификации поверхностного слоя стали 45 на характеристики сопротивления разрушению при циклическом нагружении с наложением трения Цыбанев, Г.В. Белас, О.Н. Научно-технический раздел Приведена методика испытаний образцов при циклическом нагружении изгибом с вращением с наложением сил трения скольжения. Выполнены испытания стали 45 с модификацией поверхности образцов борированием и карбованадированием. Показано, что усталостные и триботехнические характеристики стали с покрытиями повышаются. Отмечено, что после карбованадирования поверхности сталь имеет более высокие характеристики, что связано с образованием вторичных структур и специфических поверхностных пленок в зоне взаимодействия процессов усталости и трения скольжения. Наведено методику досліджень зразків при циклічному навантаженні згином з обертанням із накладанням сил тертя ковзання. Виконано дослідження сталі 45 з модифікацією поверхні зразка боруванням та карбованадуванням. Показано, що утомні і триботехнічні характеристики сталі з покриттями підвищуються. Відмічено, що сталь після нанесення карбованадієвого покриття має більш високі характеристики, що пов’язано з утворенням вторинних структур і специфічних поверхневих плівок у зоні взаємодії процесів утоми і тертя ковзання. We propose an experimental technique combining the cyclic rotation bending of specimen with application of sliding friction forces to its test portion. Experimental studies are conducted on steel 45 with specimen surfaces modified by boronizing and carbide-vanadiumizing surface treatments. It is shown that improvement of fatigue resistance and tribotechnical characteristics is achieved for coated steel specimens. The above improvement is more pronounced in case of carbide-vanadium coating, which is attributed to formation of secondary substructures and specific surface films in the interaction zone of fatigue and friction processes. 2004 Article Исследование влияния модификации поверхностного слоя стали 45 на характеристики сопротивления разрушению при циклическом нагружении с наложением трения / Г.В. Цыбанев, О.Н. Белас // Проблемы прочности. — 2004. — № 2. — С. 67-76. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0556-171X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47069 539.43:621.891 ru Проблемы прочности Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Цыбанев, Г.В. Белас, О.Н. Исследование влияния модификации поверхностного слоя стали 45 на характеристики сопротивления разрушению при циклическом нагружении с наложением трения Проблемы прочности
description	Приведена методика испытаний образцов при циклическом нагружении изгибом с вращением с наложением сил трения скольжения. Выполнены испытания стали 45 с модификацией поверхности образцов борированием и карбованадированием. Показано, что усталостные и триботехнические характеристики стали с покрытиями повышаются. Отмечено, что после карбованадирования поверхности сталь имеет более высокие характеристики, что связано с образованием вторичных структур и специфических поверхностных пленок в зоне взаимодействия процессов усталости и трения скольжения.
format	Article
author	Цыбанев, Г.В. Белас, О.Н.
author_facet	Цыбанев, Г.В. Белас, О.Н.
author_sort	Цыбанев, Г.В.
title	Исследование влияния модификации поверхностного слоя стали 45 на характеристики сопротивления разрушению при циклическом нагружении с наложением трения
title_short	Исследование влияния модификации поверхностного слоя стали 45 на характеристики сопротивления разрушению при циклическом нагружении с наложением трения
title_full	Исследование влияния модификации поверхностного слоя стали 45 на характеристики сопротивления разрушению при циклическом нагружении с наложением трения
title_fullStr	Исследование влияния модификации поверхностного слоя стали 45 на характеристики сопротивления разрушению при циклическом нагружении с наложением трения
title_full_unstemmed	Исследование влияния модификации поверхностного слоя стали 45 на характеристики сопротивления разрушению при циклическом нагружении с наложением трения
title_sort	исследование влияния модификации поверхностного слоя стали 45 на характеристики сопротивления разрушению при циклическом нагружении с наложением трения
publisher	Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
publishDate	2004
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47069
citation_txt	Исследование влияния модификации поверхностного слоя стали 45 на характеристики сопротивления разрушению при циклическом нагружении с наложением трения / Г.В. Цыбанев, О.Н. Белас // Проблемы прочности. — 2004. — № 2. — С. 67-76. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Проблемы прочности
work_keys_str_mv	AT cybanevgv issledovanievliâniâmodifikaciipoverhnostnogosloâstali45naharakteristikisoprotivleniârazrušeniûpricikličeskomnagruženiisnaloženiemtreniâ AT belason issledovanievliâniâmodifikaciipoverhnostnogosloâstali45naharakteristikisoprotivleniârazrušeniûpricikličeskomnagruženiisnaloženiemtreniâ
first_indexed	2025-07-04T06:42:36Z
last_indexed	2025-07-04T06:42:36Z
_version_	1836697630434918400
fulltext	УДК 539.43:621.891 Исследование влияния модификации поверхностного слоя стали 45 на характеристики сопротивления разрушению при циклическом нагружении с наложением трения Г. В. Цыбанева, О. Н. Белас6 а Институт проблем прочности им. Г. С. Писаренко НАН Украины, Киев, Украина 6 Секция прикладных проблем Президиума НАН Украины, Киев, Украина Приведена методика испытаний образцов при циклическом нагружении изгибом с враще нием с наложением сил трения скольжения. Выполнены испытания стали 45 с модифи кацией поверхности образцов борированием и карбованадированием. Показано, что уста лостные и триботехнические характеристики стали с покрытиями повышаются. Отме чено, что после карбованадирования поверхности сталь имеет более высокие характе ристики, что связано с образованием вторичных структур и специфических поверхностных пленок в зоне взаимодействия процессов усталости и трения скольжения. Ключевые слова: усталость, трение, карбованадированный и борированный поверхностный слой, скорость зарождения трещины, триботехнические характеристики, долговечность. Введение. При неоднородном напряженном состоянии изделий и воз действии внешней среды поверхностный слой материала по сравнению с внутренними слоями в большинстве случаев являются наиболее нагружен ными и наименее прочными ввиду отсутствия половины атомного окруже ния. Это обусловливает зарождение и развитие дефектов на поверхности деталей, в связи с чем для повышения прочностных характеристик мате риала требуется упрочняющая модификация поверхности. Методы и режимы упрочнения поверхностного слоя должны быть опти- мизированы, исходя из условий работы материала. Для многих случаев нагружения проверка условий оптимизации может быть выполнена только экспериментально из-за сложности теоретического описания наложения раз- личных процессов упрочнения и повреждения поверхностного слоя. В насто- ящей работе рассматривается случай одновременного протекания процессов усталости, трения скольжения и износа в поверхностном слое стали, а также влияние на эти процессы некоторых технологий модификации поверхности. По величине прогиба консольно нагруженного образца в зависимости от величины наработки строили диаграммы и проводили косвенную оценку стадий усталости материала - зарождение и рост трещины. О взаимо- влиянии этих процессов в литературных источниках имеется противоречи- вая информация [1-3]. В таких условиях работают следующие контакта- рующие пары: коленчатый вал - шатун, рельс - колесо, зубчатое зацепление и т.п. М етодика исследований. В основу методики положена схема испыта ний на усталость при консольном изгибе с вращением. При этом использу ется стандартная машина для испытаний на усталость, дополненная обору дованием и приспособлением с целью реализации и измерения величин, связанных с трением и износом [4]. © Г. В. ЦЫБАНЕВ, О. Н. БЕЛАС, 2004 ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, N 2 67 Г. В. Цыбанев, О. Н. Белас На рис. 1 представлена схема проведения испытаний. В данном случае использовали цилиндрический образец с концентратором напряжений. В зоне концентратора реализуется контакт вида цилиндр-цилиндр с контр телом диаметра 5 мм, выполненным из того же материала, что и образец, и реализуется граничное трение в среде масла МС-20. Циклическое нагруже ние изгибом с вращением осуществляется с частотой 50 Гц. Для испытаний элементов трибосистемы в различных рабочих средах установка была допол нена системой смазки, работающей по замкнутому циклу. Масло подается в зону трения образца и контртела через форсунку с помощью шестеренча того насоса. Слив масла в маслосборник, являющийся одновременно масло баком, происходит самотеком. С целью исключения влияния продуктов износа на процессы повреждения установлен фильтр тонкой очистки. 6 7 в Ю Рис. 1. Схема проведения испытаний элементов циклически нагруженной трибосистемы с выводом и обработкой сигналов акустической эмиссии: 1 - образец; 2 - контртело; 3 - узел, позволяющий проводить циклическое нагружение трибосистемы; 4 - узел нагружения кон тактной нагрузкой; 5 - пьезодатчик; 6 - предусилитель; 7 - акустико-эмиссионный прибор АФ-15; 8 - анализатор импульсов АИ-4096А-90; 9 - цифропечатающее устройство; 10 - персональный компьютер. При проведении испытаний регистрировали температуру рабочей по верхности образца методом скользящей хромель-копелевой термопары типа ХК-1. На контртеле устанавливался волновод с датчиком для регистрации сигналов акустической эмиссии, генерируемых в зоне взаимодействия про цессов усталости и трения. Регистрировали также момент трения, изменение в процессе цикли ческого нагружения прогиба консольной части образца и линейный износ на пути трения 6000 м. Величину пути трения выбирали экспериментально исходя из условия получения достоверных данных об износе. Линейный износ измерялся методом искусственных баз [5]. Для повышения воспроизводимости результатов образцы подвергали предварительной приработке [6 ], при этом контролировали изменение пло щади сопряженных поверхностей, которое не должно превышать 1 0 % номи-_4 2 нальной площади трения, равной Б = 1,2-10 м . После приработки образ цы промывали ацетоном и сушили в течение 1 ч при температуре 70°С. Регистрацию, усиление и обработку сигналов акустической эмиссии (АЭ) проводили с помощью серийной аппаратуры, имеющей метрологичес 68 1ББМ 0556-171Х. Проблемыг прочности, 2004, № 2 Исследование влияния модификации поверхностного слоя кое обеспечение. Для выбора параметра сигналов АЭ, описывающего ско рость и вид процесса изнашивания, было проанализировано эксперимен тальное распределение плотности вероятности амплитуд сигналов АЭ. Уста новлено, что изменение вида изнашивания может быть определено по асим метрии, эксцессу или дисперсии распределения. Интенсивность изнашива ния находится в корреляционных соотношениях с параметрами АЭ (табл. 1). Из данных корреляционно-регрессионного анализа следует, что наиболее тесная взаимосвязь наблюдается между интенсивностью изнашивания и информационной энтропией. Т а б л и ц а 1 Коэффициенты корреляции различных параметров АЭ и интенсивности изнашивания Параметры АЭ Коэффициент корреляции Информационная энтропия 0,918 Дисперсия амплитуд 0,864 Скорость счета 0,822 Математическое ожидание 0,833 Температура в зоне трения 0,768 Поскольку экспериментальное распределение амплитуд импульсов АЭ определяется дискретными значениями, замеренными по каналам аналого цифрового преобразователя, информационная энтропия может быть оценена в дискретном виде [7]: П Н АЭ = “ 2 Р 10§2 Р , (1) 1 где Р1 = N Ыр / N 51тр - вероятность появления импульсов амплитуд АЭ в '-м канале анализатора; п - количество каналов анализатора, в которых заре гистрированы импульсы; N тр - число зарегистрированных импульсов в '-м канале анализатора; N 51тр - суммарное число зарегистрированных импуль сов в распределении. Для испытаний использовали среднеуглеродистую нормализованную сталь 45, из которой были изготовлены как образец, так и контртело. Основ ные механические характеристики стали следующие: предел прочности о в = 610 МПа; условный предел текучести о 0 2 = 410 МПа; модуль упру гости 1-го рода Е = 2,05 -105 МПа; относительное удлинение при разрыве <5 = 25%. Технологии модификации поверхностей. Борирование поверхности образцов осуществляли путем выдержки их в течение 2 ч в среде про мышленного карбида бора при наличии активатора процесса диффузии АШе з в условиях температуры 950°С и охлаждении на воздухе с после дующей нормализацией. При этом получали борированный поверхностный слой толщиной 150 мкм. ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 2 69 Г. В. Цыбанев, О. Н. Белас Структура диффузионного слоя состоит из верхней зоны моноборидов БеБ, толщина которых не превышает 30 мкм, нижней зоны боридов Б е и переходной науглероженной зоны глубиной до 1500 мкм. Микротвердость моноборидов БеБ находилась в пределах 18...19 ГПа, боридов Бе2В - 16... ...17 ГПа. Игольчатая низкобористая фаза Бе2 В вклинивается в материал основы - а-твердый раствор, обогащенный углеродом и легированный бором. Микротвердость переходной зоны составляла 8 ГПа при микротвердости сердцевины 7 ГПа. Модификацию поверхности образцов карбидом ванадия выполняли в расплавленной солевой ванне на основе буры с порошком ванадия при температуре насыщения 950оС и времени выдержки 3 ч. Этому процессу предшествовала их цементация при температуре 9000С с выдержкой в тече ние 3 ч в твердом карбюризаторе. В результате содержание углерода в поверхностном слое повысилось до 0 ,8 % (мас.), что необходимо для полу чения качественного карбованадиевого покрытия. Микротвердость покры тия составляла около 28 ГПа. Результаты испытаний и их обсуждение. Корреляционно-регрессион ный анализ результатов предварительных испытаний показал, что взаимо связь между интенсивностью изнашивания образцов из стали 45 после борирования и карбованадирования и величиной акустико-эмиссионной информационной энтропии может быть описана соответственно следующи ми линиями регрессии: I В = 0,025Иаэ - 0,0425; (2) I у = 0,015Иаэ - 0,0252. (3) Для стали без модификации поверхности трения имеем I = 0,17Иаэ - 0,329. (4) Эти зависимости приведены на рис. 2,а. Зависимости интенсивности изнашивания от контактного давления иллюстрирует рис. 2,б. Видно, что триботехнические характеристики (износостойкость, критическая контакт ная нагрузка и диапазон контактных напряжений с нормальным механо- химическим износом) борированной и карбованадированной поверхностей стали 45 по сравнению с немодифицированным ее вариантом значительно увеличиваются. Анализ поверхностей трения свидетельствует, что повышение контакт ного нагружения на элементы циклически нагруженной трибосистемы при испытании на изнашивание образцов с борированной поверхностью приво дит к образованию сети трещин. При экспериментальном определении по методике [8 ] влияния трения на развитие процессов усталости элементов трибосистемы с различными свойствами поверхностного слоя за счет его модификации путем диффу зионного борирования и карбованадирования установлены более высокие скорости зарождения и роста усталостных трещин (рис. 3). Учитывая, что максимум на диаграммах прогиба И = / ( г) соответствует наработке до 70 0556-171Х. Проблемыг прочности, 2004, № 2 Исследование влияния модификации поверхностного слоя зарождения трещины, а дальнейшее снижение значений прогиба связано с ростом магистральной трещины, можно заключить, что наработки образцов с покрытиями на обеих стадиях выше, чем без покрытий. Причем долго вечность и величина прогиба образцов с диффузионным карбованадирова- нием существенно отличаются (в большую сторону) от двух других испы танных вариантов стали. Следует отметить, что на рис. 3 приведены резуль таты испытаний на одном уровне амплитуды циклического напряжения, но при разном контактном напряжении. Контактные напряжения, далее обозна ченные как оптимальные (Рк опт), выбирались соответствующими значению каждого из испытанных покрытий, что обеспечивало в эксперименте макси мальную циклическую долговечность (рис. 4). Рис. 2. Изменение интенсивности изнашивания в зависимости от информационной энтро пии (а) и контактного напряжения (б) при трении в условиях граничной смазки маслом МС-20. (Здесь и на рис. 3, 4: 1 - сталь 45 без модификации поверхности; 2, 3 - соответст венно борированная и карбованадированная сталь 45.) воо г-10“2, С Рис. 3. Диаграммы прогиба образцов при испытании на усталость в случае действия оптимального контактного напряжения. Из данных рис. 4 видно, что для стали 45 без покрытия Рк опт = 7 МПа, для борированной поверхности -2 1 МПа, для карбованадированной - 40 МПа. Кроме того, модификация поверхности привела к увеличению оптимальных контактных напряжений Ркопт и соответствующей долговечности N (Ркопт) для борированной (4 раза) и карбованадированной стали (20 раз). ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 2 71 Г. В. Цыбанев, О. Н Белас '5\|--------- Л <> / \ < / \ 1 ____£_ /5 30 45 60 Р„НПв Рис. 4. Изменение усталостной долговечности образцов при испытании на усталость в зависимости от контактного напряжения. Для количественной оценки и сравнения результатов испытаний вве дены такие показатели: (5)К 1 Н шах / І тах; К 2 _ (Н тах _ Н кр ) / ( ^тах — ^кр ); Б 1 = (К ! - К 1 ) /К !; В 2 = (К 2 - К 2 VК 2 ; И = (I - I ') /1; Г = Р ' /р* -1 к. кр / -1 к . кр (6 ) (7) (8 ) (9) ( 1 0 ) где К !, К 2 и К {, К'2 - коэффициенты, характеризующие скорости зарож дения и роста усталостной трещины при наличии и отсутствии трения соответственно, полученные согласно диаграммам прогиба по формулам (5) и (6); Н тах, гтах - соответственно максимальный прогиб образца на диа грамме Н = / ( г) и время циклического нагружения, за которое достигается Н тах; Н кр , гкр - соответственно величина прогиба образца, начиная с которой происходит его неконтролируемое увеличение, и время цикли ческого нагружения; В 1, В 2 - относительные величины, характеризующие влияние трения соответственно на скорости зарождения и роста усталост ной трещины по зависимостям (7) и (8); И , Г - относительные величины, характеризующие влияние циклического нагружения соответственно на интенсивность изнашивания и критическую контактную нагрузку; I , I ' - интенсивность изнашивания материала при граничном трении в случае отсутствия и наличия циклических напряжений в зоне контакта соответ ственно; -Рккр, ^ к кр - критическая контактная нагрузка для трибосистемы при граничном трении в случае отсутствия и наличия циклических напря жений в зоне контакта соответственно. Из анализа результатов, представленных в табл. 2, 3 и на рис. 2, 3, следуют такие закономерности. 72 ISSN 0556-171Х. Проблемыг прочности, 2004, № 2 Исследование влияния модификации поверхностного слоя Т а б л и ц а 2 Результаты испытаний пар трения из стали 45 в условиях граничной смазки маслом МС-20 при циклическом нагружении и контактном давлении 150 МПа Параметры Циклические напряжения, МПа 0 500 450 400 0,073 0,0869 0,0812 0,0796 I , мкм/км 0,02 0,0214 0,0224 0,0232 НАЭ, бит 4,62 5,176 4,948 4,884 3,0313 3,107 3,173 3,227 Рк,^ м ш 850 405 462 513 1200 833 736 638 И - 0,19 0,14 0,09 0,07 0,12 0,16 Г — 2,10 1,84 1,66 1,44 1,63 1,88 Примечание. Над чертой приведены данные для борированной стали, под чертой - для карбованадированной. Т а б л и ц а 3 Данные косвенной оценки скоростей зарождения и роста усталостной трещины при наличии и отсутствии модификации поверхности трения Скорости зарождения и роста трещины Рё, МПа 0 7 0 21 0 40 Без покрытия Борирование Карбованадирование Ки К[, мкм/с 0,219 0,150 0,195 0,130 0,189 0,027 К 2, К 2 -102, мкм/с 0,608 0,438 0,341 0,128 0,303 0,102 B1 - 0,315 0,110* 0,333 0,137* 0,820 В2 - 0,279 0,439* 0,624 0,502* 0,769 Звездочкой обозначены величины, которые для стали с модификациями при Рк = 0 даны по отношению к стали без модификации также при отсутствии контактного воздействия. Диффузионное насыщение поверхности стали бором способствует обра зованию поверхностного слоя сложного состава толщиной около 150 мкм, а ванадием - появлению четкой границы между основой и слоем карбида малой толщины (~15 мкм). Наличие обоих видов модификации поверхности существенно улуч шает триботехнические характеристики при испытаниях на трение без цикли ческих нагрузок. При этом более высокие характеристики имеет сталь с карбованадированным покрытием, причем не наблюдаются выкрашивание, сколы и продавливание тонкого диффузионного слоя, а шероховатость рабо чих поверхностей по сравнению с исходным состоянием уменьшается, что свидетельствует о выглаживании покрытия. В результате испытаний при высоких контактных нагрузках (рис. 2 ,6 ) микротрещины в поверхностном ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2004, № 2 73 Г. В. Цыгбанев, О. Н. Белас слое отсутствует, что указывает на его высокие прочностные и пластические характеристики при микротвердости ~ 28 ГПа. Увеличение контактных напряжений при испытаниях на трение и износ образцов с модификацией поверхностного слоя борированием приводит к образованию трещин на рабочих поверхностях. Установлено, что появление сети микротрещин обусловлено различием между физико-механическими характеристиками Бе 2 В, БеВ и переходной зоны. Поскольку микрохрупкость БеБ в восемь раз выше таковой Бе2 В [9], трещины образуются в поверхностном слое более хрупкого борида БеБ. В свою очередь, это приводит к росту интенсивности изнашивания и сужению диапазона контактных напряжений для нормального трения. Аналогичный результат наблюдается также при испытаниях на трение и износ в случае наложения циклической нагрузки, а именно: повышенная склонность к трещинообразованию у борированной стали и положительное пластифицированное сглаживание дефектов у карбованадированной, что влияет на значение максимального прогиба (рис. 3). Так, для карбованадиро ванной стали оно наибольшее. Для борированной стали и стали без моди фикации поверхности значения максимальных прогибов близки при испыта ниях в условиях оптимальных контактных напряжений (рис. 3). Однако циклические долговечности при этом у обоих модифицированных сталей выше, чем у стали без модификации поверхности. Этот результат подтверж дают данные, представленные на рис. 4. Видно, что для всех испытанных вариантов сталей существует максимум на зависимости циклической долго вечности от контактных напряжений. Структурный анализ рабочей поверхности трения образцов, испытан ных при оптимальных контактных напряжениях, показал, что причиной значительного повышения долговечности является образование вторичных структур и специфических поверхностных пленок, характерных только для трения в этих условиях. Отклонение от оптимального контактного напряже ния в меньшую или большую сторону приводит к более раннему зарож дению усталостной трещины ввиду недостаточного сглаживания трением повреждений от усталости в первом случае и более интенсивным повреж дением от неоптимального трения во втором. Из данных табл. 2 видно, что наличие циклической компоненты нагру жения поверхностного слоя по-разному влияет на такие триботехнические характеристики, как удельный износ и критическая контактная нагрузка при испытании стали после борирования и карбованадирования. В отличие от борированной поверхности, для которой повышение амплитуды напряжения приводит к увеличению удельного износа и снижению величины крити ческой контактной нагрузки, для карбованадированной поверхности имеет место обратный эффект. Удельный износ карбованадированной стали в три-четыре раза ниже, чем борированной, во всем диапазоне циклических нагрузок, в то время как указанная выше теденция в изменении критической контактной нагрузки способствует сближению этой характеристики для обеих модификаций поверхности при снижении амплитуды нагрузки. Как следует из табл. 3, модификация рабочей поверхности образца приводит к снижению скоростей зарождения и роста усталостной трещины 74 ISSN 0556-171Х. Проблемыг прочности, 2004, № 2 Исследование влияния модификации поверхностного слоя как при наличии контакта и трения, так и при нулевом контактном напря жении. Наибольшее снижение скорости зарождения и роста усталостной трещины наблюдается у карбованадированной стали при оптимальных усло виях трения. Относительные снижения скоростей (в табл. 3 значения Б ъ B 2 ) близки для обеих стадий усталости. Эффект влияния борирования на анализируемые величины несколько меньший. Кроме того, борирование в большей степени снижает скорость роста трещины, чем ее зарождения. Подобная тенденция наблюдается также при сравнении скоростей зарожде ния и роста усталостной трещины в исследованной стали без покрытия и с рассмотренными выше покрытиями при усталости без наложения сил тре ния и контакта (Рк = 0 в табл. 3). Такое поведение может быть обусловлено тем, что на повышение общей долговечности большее влияние оказывают сдерживание роста трещины упрочненным поверхностным слоем и соответ ствующее изменение фронта ее роста, чем замедление процесса поврежде ния этого слоя и зарождение в нем трещины в начальный период нагру жения. В ы в о д ы 1. Выполненные методические разработки позволяют эксперименталь но оценить влияние модификации поверхностного слоя материала на харак теристики износостойкости и скорости зарождения и роста усталостной трещины при комбинированном нагружении образцов циклической нагруз кой и силами трения скольжения. 2. Установлена взаимосвязь между параметрами АЭ и износостойко стью материалов, что расширяет информативность получаемых результатов. 3. Показаны преимущества диффузионного насыщения поверхностного слоя стали 45 карбидом ванадия по сравнению с такой же модификацией карбидом бора. Существенно повышаются как триботехнические характе ристики, так и циклическая долговечность стали. 4. Оптимальные условия нагружения поверхностного слоя, обеспечива ющие максимум циклической долговечности и износостойкости, связаны с образованием вторичных структур и специфических поверхностных пленок. Р е з ю м е Наведено методику досліджень зразків при циклічному навантаженні згином з обертанням із накладанням сил тертя ковзання. Виконано дослідження сталі 45 з модифікацією поверхні зразка боруванням та карбованадуванням. Показано, що утомні і триботехнічні характеристики сталі з покриттями підвищуються. Відмічено, що сталь після нанесення карбованадієвого покрит тя має більш високі характеристики, що пов’язано з утворенням вторинних структур і специфічних поверхневих плівок у зоні взаємодії процесів утоми і тертя ковзання. 1. Yahata N., Hirata T., Kato N., and Watanade M. Effect of sliding friction on the fatigue strength of a medium-carbon steel // Wear. - 1988. - 121. - P. 197 - 209. ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2004, № 2 75 Г. В. Цыбанев, О. Н. Белас 2. Лизанец М. В., Похмурский В. П., Карпенко Г. В. О влиянии трения на усталостную прочность стали // Физ.-хим. механика материалов. - 1969. - № 6 . - С. 741 - 742. 3. Ш арай В. Т. Комплексное исследование износа и усталости стали. - Киев: Гостехиздат, 1959. - 32 с. 4. А. с. 1577492 СССР. МКИ: в 01 N 3/56. Способ испытания пары трения / И. Г. Носовский, Г. В. Цыбанев, О. Н. Белас и др. // Открытия. Изо бретения - 1990. 5. Алябьев А. Я. Влияние дефектов шлифования на износостойкость и усталостную прочность деталей машин // Трение, смазка и износ: Тр. Киев. ин-та инж. гражд. авиац., 1961. - С. 197 - 209. 6 . ГОСТ 23.210-80. Обеспечение износостойкости изделий. - Введ. 16. 04. 80. 7. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. - М.: Наука, 1969. - 576 с. 8 . Цыбанев Г. В., Белас О. Н. Методика испытаний на усталость материала элементов трибосистемы // Пробл. прочности. - 1991. - № 8 . - С. 72 - 77. 9. Ворошнин Л. Г. Борирование промышленных сталей и чугунов. - Минск: Изд-во Беларусь, 1981. - 205 с. Поступила 24. 11. 2002 76 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 2

Исследование влияния модификации поверхностного слоя стали 45 на характеристики сопротивления разрушению при циклическом нагружении с наложением трения

Репозитарії

Схожі ресурси