Методы плазменного поверхностного упрочнения

С увеличением удельной нагрузки от 0 до 8-10 кгс\см² величина износа постепенно возрастает. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к резкому увеличению износа. Оптимальная величина нагрузки на образцах при дальнейших испытаниях принималась 6,5 кгс\см² . Скорость скольжения в исследованном диапазоне не оказывает заметного влияния на износ упрочненных образцов.

При ударно-абразивных испытаниях наблюдается  прямо-пропорциональная зависимость  между количеством ударов ж износом. Энергия удара является определяющим фактором при ударно-абразивном изнашивании. При энергии удара порядка 26-23 Дж прямо пропорциональная зависимость нарушается, что связано по всей видимости, с изменением структуры абразивных частиц (дробление) и свойств поверхностного микрослоя упрочненных образцов. Дробление абразивных частиц резко снижает величину их внедрения в поверхность, что уменьшает величину износа. Оптимальная величина энергии удара при дальнейших испытаниях с целью сохранения прямо-пропорциональной зависимости (энергия удара - износ) была принята 22 Дж.

Проведенные исследования показали, что при прямо-пропорциональной зависимости между относительной износостойкостью (ε) и микротвердостью при абразивном изнашивании не наблюдается. Видно только закономерность повышения износостойкости при увеличении твердости как при трении об абразив, так и приударе. Это указывает на то, что твердость не является определяющим фактором при абразивном изнашивании (особенно при ударно-абразивном износе).

При ударно-абразивном изнашивании определяющее значение приобретает энергетический показатель свойств металла, связанный с его сопротивлением динамическому воздействию абразива. Возрастание силового показателя свойств металла (твердости) не свидетельствует о повышении износостойкости, если при этом не будет возрастать энергетический показатель (вязкость разрушения).

Только сочетание этих показателей силового и энергетического (прочности и вязкости) способно увеличить стойкость против ударно-абразивного  изнашивания. Такого сочетания возможно добиться при использовании комплексных технологий плазменного упрочнения.

Изучение изношенных поверхностей показало, что при трении об абразив  доминирующим процессом является микрорезание. Причем, с увеличением твердости поверхностного слоя наблюдается интенсивное выкрашивание микрообъемов слоя. Снижение пластичности слоя увеличивает сопротивляемость изнашиванию, что приводит к хрупкому выкрашиванию. При ударно-абразивном изнашивании наблюдается прямое внедрение абразивной частицы в упрочненный слой с образованием лунки. При многократном попадании частицы в лунку происходит разрушение ее контурных перемычек по схеме расклинивания.

Для противодействия воздействию  абразивной среды, упрочненный слой металла должны иметь твердую составляющую (карбиды, бориды, нитриды, карбобориды, карбонитриды). Твердые частицы карбидов и других соединений должны прочно удерживаться матрицей основного сплава. К матрице предъявляются следующие требования: она должна хорошо удерживать твердые частицы и противодействовать воздействию абразива. Этим требованиям удовлетворяет мартенситная матрица. Свойства мартенситной матрицы зависят от содержания в ней углерода [63]. Низкоуглеродистый мартенсит имеет низкую износостойкость и высокую вязкость, по сравнению с высокоуглеродистым мартенситом, что позволяет лучше удерживать включения твердых частиц, рис. 2.62.

Рис. 2.62. Влияние  способа плазменного упрочнения

С увеличением содержания углерода в мартенсите (0,4-0,9 %) износостойкость при трении по абразиву будет увеличиваться. При ударно-абразивном изнашивании повышение износостойкости происходит до определенного содержания углерода в мартенсите (0,5-0,7 %), после чего наблюдается снижение.

Значительный интерес представляет оценка износостойкости сталей после  плазменного упрочнения при других схемах взаимодействия с абразивом, а также от вида частиц и их твердости.

Видно, что схема взаимодействия и вид абразива оказывают заметное влияние на износостойкость упрочненных образцов.  Твердость абразивных частиц значительно превышает твердость металла, то износ не зависит от разности твердости. При твердости металлической поверхности превыщающей 60 % твердость абразива, износостойкость резко возрастает. Для противодействия основным видам абразивных частиц необходимо осуществлять легирование поверхности трения. Чем выше твердость карбидов, тем силънее они противодействуют внедрению абразивных частиц в поверхность. Твердость основных карбидов, боридов, нитридов приведена в таблице., откуда видно, что их твердость во много раз превышает твердость абразивов. Особенно эффективными являются карбиды, легированные вольфрамом, титаном, бором, ванадием, а также нитриды.