Измерение величин микротвердости, шероховатости поверхностей трения деталей насосов и исследование их коррозионной стойкости

№81-1,

технические науки

В работе идет речь об проведении измерений значений микротвердости деталей насосов, определении значений шероховатостей поверхностей трения и сопряжения, а также приведена методика проведения коррозионных исследований для описываемых деталей.

Похожие материалы

Для измерений микротвердости HV использовался прибор микротвердомер ПМТ-3 (ГОСТ 1156).

Определялось среднее значение параметра микротвердости по 3-м отпечаткам. Для вычисления значений использовалась программа Microsoft Excel. Микротвердость НV измерялась для деталей из материалов (с покрытием и без покрытия), обработанных точением, шлифованием, алмазным выглаживанием и импульсным магнитным полем: сталь 40Х13, сталь 12Х18Н10Т, сталь 45 диаметром 40 мм.

При изготовлении деталей электронасосов используются стали 40Х13, 12Х18Н10Т и сталь 45.

Сталь 40Х13 — это хромистая сталь мартенситного класса. Термическая обработка (закалка) включает нагрев до температуры 1050–1180°С для полной растворимости карбидов и отпуск в масле для снятия напряжений.

Сталь 12Х18Н10Т — это хромоникелевая коррозионно-стойкая сталь аустенитного класса. Термическая обработка (закалка) включает нагрев до температуры 1050–1100 °С для полной растворимости карбидов и отпуск в воде. Быстрое охлаждение фиксирует состояние пересыщенного твердого раствора и однородную структуру. Закалка — это смягчающая операция. Измерение шероховатости Ra производилось на приборе профилометре-профилографе модели АБРИС-ПМ7, запись профилограмм производилась на ЭВМ.

Фрикционные свойства пар трения оценивают на лабораторных установках [1–4]. На основании анализа схем установок для испытания материалов трением [2] (рис. 1) установлено, что для исследования на износ деталей типа тел вращения наиболее близко подходит схема установки с использованием детали в форме цилиндра, совершающего вращательное движение и контртела, прижимаемого к детали с постоянной силой Р.

Схемы установки для испытания материалов трением
Рисунок 1. Схемы установки для испытания материалов трением

Для проведения исследований деталей на трение и износ была модернизирована установка [5], представляющая собой динамометр с индуктивными датчиками для измерения силы трения.

Установка (рис. 2) включает: 1 — образец; 2 — шпиндель станка; 3 — динамометр; 4 — стрелочный индикатор; 5 — державку; 6 — резцедержатель станка; 7 — салазки; 8 — контртело.

Схема экспериментальной установки: 1 — образец; 2 — шпиндель станка; 3 — динамометр; 4 — стрелочный индикатор; 5 — державка; 6 — резцедержатель станка; 7 — салазки; 8 — контртело
Рисунок 2. Схема экспериментальной установки: 1 — образец; 2 — шпиндель станка; 3 — динамометр; 4 — стрелочный индикатор; 5 — державка; 6 — резцедержатель станка; 7 — салазки; 8 — контртело

На рис. 3 показана фотография экспериментальной установки.

Для проведения экспериментов необходимо создать условия, наиболее близкие к работе узлов трения, в частности, для электронасосных агрегатов, в которых изнашивание поверхностей трения происходит, в основном, за счет попадания в сопряжения деталей загрязнений: глины, песка и др.

Фотография экспериментальной установки для исследования деталей на износ
Рисунок 3. Фотография экспериментальной установки для исследования деталей на износ

В работе [5] при исследовании условий катастрофического износа покрытий из хрома рекомендовано в качестве материала контртела использовать серый чугун, продуктом истирания которого является порошок. Это очень важно, так как в процессе изнашивания чугуна не происходит переноса продуктов его износа на исследуемое покрытие, которое изнашивается более мягким материалом (чугуном). Поэтому при исследовании изнашивания металлизированного покрытия чугунный порошок с небольшим составом воды можно моделировать как состав глины, а вместе с речным песком — как состав глины с песком.

В данной работе разработаны две конструкции контртела из чугуна СЧ-12 с контактирующими поверхностями размером 10×10 мм в виде вогнутой цилиндрической поверхности для образцов диаметрами 40 мм.

Первая конструкция контртела (рис. 1, а) предназначена для исследования условий контакта поверхностей трения с чугуном, продукты истирания (порошок) которого помогут моделировать условия контакта поверхностей деталей насосов с глиной.

Вторая конструкция контртела (рис. 1, б) имеет внутреннюю полость 2 для размещения речного песка; прорезь 3, расположенную под углом к оси и служащую для доставки песка к поверхности трения; болт 4, предназначенный для уменьшения объема внутренней полости по мере изменения объема песка. Такая конструкция необходима для исследования условий контакта поверхностей трения совместно с чугуном и песком, продукты истирания (порошок плюс песок) которого сделают возможным моделирование условий контакта поверхностей трения деталей электронасосов с глиной и песком.

Взвешивание образцов для определения величины съема металла выполнялось на весах модели METTLER TOLEDO с точностью измерения 0,00001 г, класс точности по ГОСТ 24104-МП МОЗМ 76 2/1.

Изучение внешнего вида, измерение размеров и фотографирование изучаемых образцов осуществлялось на микроскопе модели МИС-11 с помощью цифровой камеры Canon PowerSot A610 5.0 МEGA PIXELS.

Основные методы контроля склонности стали к коррозии в соответствии с ГОСТ 6032 — это испытания в растворах сернокислой меди, серной кислоты и азотной кислоты и др. Эти методы охватывают широкий диапазон потенциалов для коррозионностойких сталей, включенных в классификационный ГОСТ 5632. В зарубежной практике применяются аналогичные методы испытаний [64].

Процесс коррозии можно представить в виде следующих основных стадий [64, 79–86]:

  • транспортировка реагирующих веществ к поверхности раздела фаз;
  • химическое или электрохимическое взаимодействие;
  • отвод продуктов реакции из реакционной зоны.

Скорость коррозии определяется двумя основными показателями коррозионной стойкости металлов [73]:

  • глубинный показатель коррозии Kn — глубина коррозионного разрушения П в единицу времени t Kn = П/t (мм/год);
  • показатель изменения массы Km — изменение массы образца металла в результате коррозии, отнесенное к единице поверхности металла n к единице времени.

Скорость коррозии определяется объемным методом, т.е. по объему выделившегося водорода. Затем определяется группа и балл коррозионной стойкости.

В качестве агрессивных сред использовались 5 % раствор NaOH и 5 % раствор серной кислоты Н2SO4. Для исследования изготовлялись образцы из сталей 40Х13, 12Х18Н10Т и сталь 45 с покрытиями. Образцы с размерами h×а×в (3 мм×10 мм×20 мм) с боков и снизу покрывали специальным составом (раствором целлулоида в ацетоне), за исключением исследуемой верхней поверхности.

Для исследования использовался аппарат с самоциркуляцией для коррозийных испытаний в случае с выделением водорода (по Льюису и Эвансу). После взвешивания образцов и измерения площадей поверхностей образцов, они помещались в пробирки с агрессивной средой (5 % NaOH и 5 % Н2SO4). Через каждые 5 минут снимались показания выделившегося водорода.

По окончании опыта образцы вновь взвешивались, а поверхности после коррозии фотографировались. По объему выделившегося водорода (пробирка с делениями) с помощью формулы находилось изменение массы образцов.

Список литературы

  1. А.с. 1313619 СССР. Устройство для магнитной обработки режущего инструмента. /МКИ В23 – 15/28. Опубл. в Б.И. №20, 1987.
  2. Маланов, А.И., Тютина И.М. Коррозия и основы гальваники /А.И. Маланов, И.М. Тютина. – М.:Химия, 1977. – 216 с.
  3. Ульянин Е.А. Коррозионные стали и сплавы. /Е.А. Ульянин. Справочник. –М.: Металлургия, 1981. – 208 с.
  4. Коррозия. Справочник. Пер. с англ. Под ред. Л.Л. Шрайера. – М.: Металлургия, 1981. – 632 с.
  5. Черкез М.Б. Хромирование и железнение /М.Б. Черкез. – М.: Машиностроение, 1982. – 215 с.