Из табл. 5 видно, что основой покрытия шайбы фирмы BRUSHWELLMAN является серебро с примесями кремния, железа, кальция.

Таблица 6

Результаты качественного анализа покрытия шайб №1 и №2

Табл. 5 показывает, что основой покрытия шайб отечественного производства также является серебро, но с большим количеством примесей: кремния, кальция, сурьмы, железа, магния. Таким образом, серебряное покрытие шайб отечественного производства отличается от покрытия шайбы фирмы BRUSHWELLMAN наличием сурьмы и магния.

3. Металлографический анализ основы упорных шайб. Для проведения металлографического исследования из упорной шайбы после испытания на износостойкость вырезаны образцы толщиной 3-5 мм в продольном сечении относительно оси шайбы.

Исследования проводились на микроскопе Olympus GX51 с увеличением 500 крат при помощи анализатора изображения после травления образцов №1 и №2 в растворе Н₂О₂ и NH₄OH; образца №3 в растворе CH₃COOH и HNO₃. Величина зерна определялся по ГОСТ 21073.0-75 и ГОСТ 21073.1-75. Из рис. 1 видно, что микроструктура основы шайбы №1 и №2 аналогична и состоит из зерен б-фазы (Cu) и г-фазы (CuBe); по границам зерен б-фазы (Cu) расположена эвтектика; величина зерна б-фазы соответствует 6-7 баллу. Из рис. 2 видно, что микроструктура основы шайбы №3 состоит из зерен б-фазы (твердый раствор Cu+Ni+Sn) и фазы, имеющей сходную природу с г-фазой в сплаве Cu-Be, по границам зерен б-фазы расположена эвтектика; величина зерна б-фазы соответствует 5-7 баллу. Таким образом, микроструктура основы всех шайб соответствует микроструктуре после термообработки - закалки и старения.

4. Металлографический анализ покрытия упорных шайб. Металлографический анализ покрытия проводился после испытаний шайб на износостойкость. На шайбе №1 обнаружены участки износа и участки отслоения серебряного покрытия, между основой и серебряным покрытием шайбы подслой не обнаружен. На шайбе №2 обнаружен участок износа серебряного покрытия, отслоения серебряного покрытия не наблюдается, между основой и серебряным покрытием шайбы обнаружен подслой толщиной 1,0-1,5 мкм. На шайбе №3 обнаружен износ серебряного покрытия и его расслоение, отслоения серебряного покрытия не наблюдается, между основой и серебряным покрытием шайбы подслой не обнаружен.

5. Исследование твердости основы и покрытия упорных шайб. Определение твердости основы производилось на твердомере «Роквелл ТК-2М», определение микротвердости покрытия производилось на приборе ПМТ-3 при нагрузке 20 гс. Результаты исследования твердости сведены в табл. 7. упорный шайба буровой долото

Значения твердости основы и микротвердости покрытия соответствуют требованиям чертежа. Микротвердость серебряного покрытия упорной шайбы №2 значительно выше микротвердости шайб №1 и №3, что должно оказывать положительное влияние на износостойкость покрытия. Но следует отметить, что износостойкость зависит не только от микротвердости, а также и от других факторов.

Таблица 7

Значения твердости упорных шайб различных производителей

6. Результаты испытания упорных шайб на износостойкость. Испытание упорных шайб на износостойкость проводилось на специализированном стенде СЭО-1. В качестве пар трения использовались упорные шайбы и неподвижные кольца, наплавленные материалом Stellite-190.

Режимы проведения испытаний:

- рабочая осевая нагрузка, тс - 0…7,5;

- частота вращения, об/мин - 160;

- расход промывочной жидкости (тех.вода), л/сек - 2;

- вид смазки -JBL-713R и Геотерм-900.

Началу проведения испытаний предшествовала приработка пар трения при нагрузке 500 кг в течение 10 мин. В процессе испытания повышение нагрузки проводилось ступенчато с шагом 500 кг и временем работы в каждом режиме 10 мин. Переход с одной нагрузки на другую осуществлялся ступенчато в течение 5 мин с шагом 250 кг. Причиной прекращения испытаний явилось возрастание крутящего момента более 10 кгс·м. При проведении испытаний использовались обе стороны упорной шайбы. Площадь рабочей поверхности пары трения составляла 5,12 см². Было проведено 10 испытаний. Критерием нормальной работы подшипников скольжения являлись стабильные показания крутящего момента и температуры. Причиной прекращения испытаний служили резкие качки или возрастания показателей. По результатам проведенных испытаний рассчитаны значения удельных нагрузок схватывания, коэффициенты трения и температура, предшествующая моменту схватывания.

При проведении испытаний упорной шайбы №1 со смазкой «Геотерм-900» средняя удельная нагрузка схватывания составляла 748 кг/см², а коэффициент трения - 0,12. Средняя температура, предшествующая моменту схватывания, составляла 108 °С.

При проведении испытаний упорной шайбы №1 со смазкой JBL-713R средняя удельная нагрузка схватывания составляла 628 кг/см², а коэффициент трения - 0,13. Средняя температура, предшествующая моменту схватывания, составляла 87 °С.

При проведении испытаний упорной шайбы №2 со смазкой JBL-713R удельная нагрузка схватывания составляла 1367 кг/см², а коэффициент трения - 0,07. Средняя температура, предшествующая моменту схватывания, составляла 100 °С.

При проведении испытаний упорной шайбы №3 со смазкой JBL-713R средняя удельная нагрузка схватывания стороны №1 составляла 967 кг/см², а коэффициент трения - 0,12. Средняя температура, предшествующая моменту схватывания, составляла 105 °С. Испытания прекращены при удельной нагрузке схватывания 1270 кг/см², коэффициент трения - 0,05. Средняя температура, предшествующая моменту схватывания, составляла 105 °С.

На основе всех проведенных исследований можно сделать следующие общие выводы:

1. Наилучшие показатели имели упорные шайбы №2 и №3. У шайбы №1 наиболее низкие показатели работоспособности. Кроме того, при испытании упорной шайбы №1 с разными смазками было выявлено, что пары трения со смазкой «Геотерм-900» имеют на 16% выше показатели по удельной нагрузке схватывания и на 1% ниже коэффициент трения в сравнении с образцами, смазанными JBL-713R.

2. Серебряное покрытие и материал основы - бронза БрБ2 на шайбе №1 (изготовленной в ОАО «Волгабурмаш» с последующим нанесением серебряного покрытия на ФГУП «НИИ Экран») по всем параметрам соответствуют требованиям технической документации, однако между серебряным покрытием и основой обнаружено отсутствие подслоя, что, вероятнее всего, послужило причиной отслоения и повышенного износа серебряного покрытия при испытании шайбы.

3. Серебряное покрытие и материал основы - бронза БрБ2 на шайбе №2 полностью соответствуют требованиям технической документации. После проведения испытаний на износостойкость шайбы №2 (изготовленной на ОАО «Волгабурмаш» с последующим нанесением серебряного покрытия на ОАО ЗС «Экран») наблюдается износ покрытия, отслоения покрытия не обнаружено.

4. Упорная шайба №3 фирмы BRUSHWELLMAN из Германии изготовлена из марки сплава Cu-15Ni-8Sn. Антифрикционным покрытием шайбы является серебро с примесями кремния, железа и кальция. Подслой между основой и покрытием не обнаружен, отслоения покрытия не наблюдается.

5. Из проведенных исследований можно заключить, что при сходных значениях твердости, химического состава и микроструктуры основы наибольшей износостойкостью обладают те упорные шайбы отечественного производства, на которых имеется подслой между серебряным покрытием и основой-бронзой и более высокие значения микротвердости покрытия. Однако показатели износостойкости упорной шайбы производства Германии не уступают показателям износостойкости шайб отечественного производства при отсутствии подслоя между основой и покрытием при довольно низких показателях микротвердости. Таким образом, стоит обратить особое внимание на разницу химического состава основы и покрытия упорных шайб отечественного и импортного производства, которая, по всей вероятности, и оказывает наиболее существенное влияние на работоспособность упорных шайб.

Размещено на Allbest.ru