Закономірності впливу термодинамічного стану на триботехнічні властивості евтектичних покриттів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Закономірності впливу термодинамічного стану на триботехнічні властивості евтектичних покриттів

М.В. Кіндрачук1, Н.М. Стебелецька2,М.А. Гловин1, І.В. Костецький

¹Національний авіаційний університет

²ВП НУБіП України «Бережанський агротехнічний інститут»

Розглянуто особливості впливу термодинамічного стану на процеси формування триботехнічних властивостей евтектичних покриттів на основі заліза з тугоплавкими карбідами та боридами. Покриття одержували КІБ і газотермічними методами, що забезпечили велику швидкість нагрівання евтектичного сплаву, малий час існування розплаву і наступне швидке охолодження на порівняно холодній підкладці до появи нерівноважних станів, що виявляються у виді зміни механізму евтектичної кристалізації. Встановлено, що в досліджуваних евтектичних покриттях одночасно з рівноважними утворюються нерівноважні фази. Показано, що співвідношенням між цими фазами, а також структурою і, отже, триботехнічними і корозійними властивостями отриманих евтектичних покрить можна керувати шляхом відпалу. Високотемпературний дифузійний відпал приводить до зміни фазового складу і структури покритів, а також змінює хімічну активність структурних складових з утворенням окисних плівок. В парі тертя вони відіграють роль твердого мастила, які здатні ефективно знижувати знос не тільки покриття, але і пари тертя в цілому, що дозволяє розширити коло триботехнічних: задач, пов'язаних зі зменшенням сумарного зносу пари тертя в умовах граничного тертя.

Ключові слова: евтектичні покриття, відпал, зносостійкість.

M.KINDRACHUK, N. M. STEBELETSKA, M. A. HLOVYN, I. V. KOSTETSKYI

REGULARITIES OF THE INFLUENCE OF THERMODYNAMIC STATE ON THE TRIBOTECHNICAL PROPERTIES OF EUTECTIC COATINGS

The influence of the thermodynamic state on the form processes of tribotechnical properties eutectic coatings on the iron base containing refractory carbides and borides are considered. Coverage was received KIB and gas-thermal methods, which ensured a high rate of heating eutectic coatings, a short time for the creation of the melt and the subsequent rapid cooling on a relatively cold substrate until the appearance of non-equilibrium states, which are manifested in the form of a change in the mechanism of eutectic crystallization. It was established that in the studied eutectic coatings, non-equilibrium phases are formed at the same time as equilibrium phases. It is shown that the ratio between these phases, as well as the structure and, therefore, the tribotechnical and corrosion properties of the obtained eutectic coatings can be controlled by annealing. High-temperature diffusion annealing leads to a change in the phase composition of coatings and their structure, and also changes the chemical activity of the structural components of eutectic coatings with the formatio n of oxide films. In the friction pair, they play the role of a solid lubricant, which can effectively reduce the wear of not only the coating, but also the friction pair as a whole, which allows to expand the range of tribotechnical tasks related to reducing the total wear of the friction pair in conditions of extreme friction.

Key words: eutectic coatings, annealing, resistance

Стан проблеми

термодинамічний стан триботехнічна властивість евтектичне покриття

Практично усі сплави, що використовуються в техніці - сталі, чавуни, сплави на основі алюмінію, титана, міді, хрому, молібдену, вольфраму і т.д., знаходяться в метастабільному стані. Властивості цих сплавів, обумовлені різноманіттям метастабільних фаз і структур, мають можливість щодо керування ними шляхом зсуву системи від положення термодинамічно рівноважного до нерівноважних станів [1-4]. З появою джерел високої концентрації енергії (лазерна обробка, газотермічні методи напилювання, електронний промінь, високо частотне індукційне нагрівання і т.д.) можливості керування метастабільними фазами і структурами сплавів істотно розширилися [5-9], у порівнянні з традиційними методами обробки (об'ємне гартування, відпал, відпуск, старіння). Використання таких джерел дозволило реалізувати швидкісний температурний вплив у локальних об'ємах, що відкрило нові можливості поєднання різного ступеня метастабільних станів і створення композицій незвичайних структурно-фазових складів.

Аналіз останніх досліджень і публікацій.Аналіз результатів сучасних термічних і комбінованих методів обробки існуючих сталей і сплавів показує, що чим більше різноманіття в них метастабільних станів, тим вище можливості керування їхнім поводженням, тобто властивостями [10].

Любий евтектичний сплав, так як і сталі, може знаходитися в різних нерівноважних станах. Ці стани виявляються у виді нерівноважної структури або появи метастабільних фаз, що має місце при створенні екстремальних умов кристалізації з рідкого стану, наприклад, за великих швидкостей охолодження [11]. Зі зміною швидкості охолодження відбувається зміна механізму евтектичної кристалізації з утворенням трьох типів структур: грубого конгломерату фаз, структур кооперативного росту, тонкого конгломерату фаз [12]. Кожна з перерахованих структур відповідає різному ступеню відхилення від положення термодинамічної рівноваги і контролюється швидкістю роздільної дифузії атомів перед фронтом кристалізації. Найбільш рівноважна структура грубого конгломерату фаз (малі швидкості охолодження), найбільш нерівноважна структура - тонкого конгломерату фаз (максимальні швидкості охолодження). У широкому діапазоні швидкостей охолодження між ними формуються колоніальні структури, обумовлені кооперативним ростом фаз, що складають евтектику. У залежності від ступеня відхилення від термодинамічної рівноваги, ці структури мають різну стабільність - найбільш стабільна структура грубого конгломерату фаз.

За швидкого охолодження з рідкого стану в евтектичних сплавах можлива поява метастабільних фаз. В якості таких фаз виступають хімічні сполуки, що існують на відповідній діаграмі фазових рівноваг, але в іншій температурно - концентраційній області (метастабільні фази I роду), або, сполуки, що не існують на цій діаграмі (метастабільні фази IIроду).

Таким чином, змінюючи швидкість охолодження евтектик, з'являється можливість керувати їхніми властивостями: механічними, фізичними, хімічними, експлуатаційними. Це, наприклад, широко використовується на практиці при підборі оптимального поєднання властивостей евтектоїдних сталей і чавунів [10-12].

Постановка завдання. Шляхом керування різним ступенем метастабільності станів у евтектичних покриттях на основі заліза, зміцнених тугоплавкими карбідами і боридами, здійснити регулювання їхніх триботехнічних властивостей.

Результати досліджень

У литих евтектичних сплавах на основі перехідних металів з тугоплавкими фазами проникнення, унаслідок малої взаємної розчинності, практично, поєднуються вихідні властивості фаз, що утворюють її [10; 11]. Фази проникнення мають високу температуру плавлення, твердість, міцність, пружність, хімічну та термодинамічну стійкість і зносостійкість. Поєднання фаз проникнення з менш твердою, але більш пластичною металевою матрицею додає таким евтектикам унікальні властивості. Так, сплави на основі заліза з тугоплавкими карбідами і боридами в литому стані (табл. 1, 2) мають високу зносостійкість у поєднанні з високою корозійною стійкістю, міцністю, технологічністю [12]. Вони не містять дефіцитних або дорогих компонентів. Ці властивості відкривають широкі можливості для використання зазначених евтектик у вузлах тертя машин і механізмів.

Таблиця 1Хімічний склад евтектичних сплавів