Нанесення на вуглецеві сталі дифузійних карбідних покриттів на основі титану, ванадію, хрому з підвищеною зносостійкістю

Встановлено, що показники мікроміцності та мікрокрихкості карбідних покриттів, довжина утвореної тріщини є величинами, які характеризують властивості та напружено - деформований стан покриттів. Встановлено відсутність кореляційних залежностей між показниками мікроміцності та мікрокрихкості покриттів з однієї сторони і їх мікротвердістю з іншої.

Показано, що карбідні і боридні покриття ефективно підвищують зносостійкість сталі У8А в 2,5 - 30 разів у залежності від типу покриття та способу випробувань. Підвищення показників зносостійкості при терті ковзанні без змащування (Р = 0,5 МПа, V = 2-10 м/с) для покриттів на основі карбідів хрому на сталі У8А склало: без термічної обробки 20,6 разів; після відпалу - 13,8 разів; після гартування з низьким відпуском - 10,2 разу в порівнянні зі зразками без покриття. Встановлено можливість використання для адекватної оцінки різних видів зношування захисних покриттів таких характеристик матеріалу, як мікротвердість, показники мікроміцності та мікрокрихкості, адгезійна взаємодія покриття до основи. Проведені вивчення явищ в зонах контакту при зношуванні дозволили розробити рекомендації щодо оптимальної структури, складу та термічної обробки покриттів для роботи в різних умовах зношування.

Ключові слова: покриття, фазовий склад і структура, триботехнічні характеристики, показник мікроміцності, показник мікрокрихкості, термічна обробка.

АНОТАЦИЯ

Король В.И. Нанесение на углеродистые стали диффузионных карбидных покрытий на основе титана, ванадия и хрома с повышенной износостойкостью- Рукопись

Диссертация на получение научной степени кандидата технических наук по специальности 05.16.01- Металловедение и термическая обработка. - Национальный технический университет Украины „Киевский политехнический институт”, Киев, 2004

Цель работы - повышение износостойкости углеродистых сталей нанесением карбидных покрытий с участием титана, ванадия и хрома установление зависимости их функциональных свойств от фазового и химического составов, структуры, межатомного взаимодействия, механических характеристик и термической обработки.

В работе впервые систематизировано влияние термической обработки на фазовый и химический составы, межатомное взаимодействие, структуру, механические свойства и характеристики покрытий на основе карбидов титана, ванадия и хрома на углеродных сталях. После проведения отжига в покрытиях на основе карбидов титана отмеченное снижение толщины карбидной зоны; в покрытиях на основе карбидов ванадия отмеченное практически полное исчезновение фазы V₂C при незначительном возрастании толщины фазы VC; в покрытиях на основе карбидов хрома - практически полное исчезновения -фазы, снижения толщины фазы Cr₂₃C₆ при росте толщины Cr₇C₃. В структуре покрытий карбидов ванадия наблюдаются уменьшения зоны столбчатых кристаллов карбида ванадия VC, уменьшается разнозернистость, как в зоне равноосных, так и столбчатых кристаллов. В карбидохромовых покрытиях в зоне карбида хрома Cr₇C₃ имеет место увеличения толщины зоны столбчатых кристаллов за счет возрастания общей толщины слоя этого карбида, форма и размер зерен фазы Cr₂₃C₆ остались практически без изменений. Отмеченные изменения происходят под влиянием перераспределения химических элементов в карбидных и переходных зонах диффузных покрытиях на основе карбидов титана, ванадия и хрома. Наблюдается снижения концентрации карбидообразующих металлов - соответственно титана, ванадия и хрома и повышения содержания железа в карбидных зонах исследуемых покрытий. Показано, что проведение закалки образцов с диффузионными покрытиями на основе карбидов титана, ванадия и хрома не оказывает значительного влияния на состав, структуру и механические характеристики покрытий.

Установлено, что показатели микропрочности и микрохрупкости карбидных покрытий, длина образованной трещины являются величинами, характеризующими свойства и напряженно-деформированное состояние покрытий. Установлено отсутствие корреляционных зависимостей между показателями микропрочности и микрохрупкости покрытий с одной стороны и их микротвердостью с другой.

Исследования покрытий на основе карбидов титана, ванадия и хрома методом непрерывного вдавливания индентора дали возможность провести качественную и количественную оценку адгезионного взаимодействия покрытий с основой. В порядке уменьшения показателя адгезии исследуемые покрытия можно расположить в следующий ряд: Cr₂₃C₆, Cr₇C₃ VC, V₂C, (Ti,V)C, TiС.

Показано, что карбидные и боридные покрытия эффективно повышают износостойкость стали У8А в 2,5-30 раз в зависимости от типа покрытия и способа испытаний. При этом наиболее высокие результаты показали при трении скольжения без смазки с предварительной притиркой контактирующих поверхностей - покрытия типа (Ti,V)C; при трении скольжении без смазки без предварительной притирки контактирующих поверхностей - покрытия типа VC, V₂C. Триботехническое поведение покрытий обсуждалось с точки зрения экранирующий вторичных пленок, в состав которых входили материал основы, а также химические элементы соответствующего карбидного покрытия. Рассмотрено влияние термической обработки на показатели износостойкости карбидных покрытий. Повышение износостойкости при трении скольжении без смазки (Р = 0,5 МПа, V = 2-10 м/с) для покрытий на основе карбидов хрома на стали У8А составило: без термической обработки 20,6 раз; после отжига - 13,8 раз; после закалки с низким отпуском - 10,2 раза в сравнении с образцами без покрытия. Установлена возможность использования для адекватней оценки различных видов изнашивания защитных покрытий таких характеристик материала, как микротвердость, показатель микропрочности и микрохрупкости, адгезионное взаимодействие покрытия к основе. Установлена зависимость триботехнических характеристик от вида контактного взаимодействия. При абразивном изнашивании закрепленным абразивом установлено, что процесс изнашивания контролируется показателем адгезионного взаимодействия покрытия к основе. Максимальные показатели износостойкости характерны для покрытий на основе карбидов хрома, для которых показатель адгезии составляет 22,0 ГПа. При изнашивании свободным абразивом износостойкость определяется микротвердостью карбидных покрытий. Максимальная износостойкость имеет место для покрытий на основе карбида титана (микротвердость 35,7 ГПа).

Проведенные изучения явлений, в зонах контакта при изнашивании позволили разработать рекомендации относительно оптимальной структуры, состава и термической обработки покрытий для работы в различных условиях изнашивания. Определены оптимальные типы покрытий и рациональные виды термической обработки изделий с покрытиями.

Анализ форм и относительных интенсивностей Ме и CК - полос эмиссии элементов соединений на основе карбидов титана, ванадия и хрома, исследованных на разных глубинах покрытий обнаружил прифермиевские (Me+C)pd- гибридные связи, которые возникают вследствие образования Me-Fe-C - связей в твердых растворах замещения. Показано влияние отжига на межатомное взаимодействие в исследуемых покрытиях и переходных зонах, которые выражалось в изменениях ширины и интенсивности Ме и CК - полос эмиссии.

Ключевые слова: покрытие, фазовый состав и структура, триботехнические характеристики, показатель микропрочности, показатель микрохрупкости, термическая обработка.

ABSTRACKT

Korol V.I. Settling-down on carbonaceous steels a diffusive carbide coatings on a base of titanium, vanadium and chrome with the raised wearing quality - Manuscript

Thesis for candidate's degree by speciality 05.16.01- Рhysical metallurgies and heat treatment. - National technical university of Ukraine “Kiev polytechnic institute”, Kiev, 2004

The goal of this study - increase of a wearing quality of simple steels by settling-down a carbide of mattings with participation of titanium, vanadium also chromium an revealing of dependence of their function properties from phase and chemical makeups, structure, internuclear interaction, mechanical characteristics and heat treatment.

In work influence of a heat treatment on makeup, structure, mechanical properties and thickness of carbides соаtings on a base of titanium, vanadium and chrome on carbon steels for the first time is shown. Is fixed, that the mechanical characteristics are magnitudes, which characterize properties both intense and deformed condition of coatings.

The absence of correlation dependences between indexes of microdurability and microfragility of coatings on the one hand and their microhardness with another is shown. Is shown, that a settling-down of coatings on steel promote a heightening a wearing quality of steel У8А in 2,5-30 times (depends on a type of a coating and method of testings).

The heightening of a wearing quality at abrasion slipping (Р = 0,5 МPа, V = 2-10 m/s) coatings on a base of a chrome carbides on steel У8А has made: without a heat treatment 20,6 times; after a bakeout - 13,8 times; after a hardening and tempering - 10,2 times as contrasted to by samples without a coating. The carried out studies of the phenomena, in zones of contact at a wear have enabled to define the recommendations in relation to optimum structure, makeup of coatings for work in different conditions of wear process, to define optimum types of coatings and rational type of a heat treatment of workpieces with coatings.

Key words: coating, phase makeup and structure, tribotechnical characteristic, index of microdurability, index of microfragility, heat treatment.

Размещено на Allbest.ru