Исследование свойств антифрикционного покрытия из индия на поверхности баббита

Анализ микроструктуры стали 20 и баббита, роль легирования в улучшении свойств материалов. Оценка структуры и свойств баббита Б83 после нанесения на поверхность антифрикционного покрытия на базе индия методом искродугового легирования в среде азота.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ СИМВОЛОВ

ЕДИНИЦ СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ

ВВЕДЕНИЕ

1. СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗА И СПЛАВОВ НА ЕГО ОСНОВЕ

1.1 Железо и сплавы на его основе

1.2 Сопротивление материалов разрушению

1.3 Химический состав и механические свойства стали 20

1.4 Антифрикционные сплавы

1.4.1 Баббиты

1.5 Электроискровой метод получения покрытий

1.5.1 Физическая модель процесса электроискрового легирования

1.5.2 Влияние режимов электроискрового легирования на формирование упрочнённого слоя

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Методика экспериментальных исследований

2.1.1 Подготовка исследуемых образцов

2.1.2 Микротвердометр ПТМ-3

2.1.3 Растровая электронная микроскопия

2.1.4 Рентгеноструктурный анализ

2.2 Результаты исследований

3. ОХРАНА ТРУДА

4.1 Анализ опасных и вредных факторов при исследованиях

4.2 Расчет защитного заземления

4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Кредит как основной источник привлечения финансовых ресурсов: понятие и роль кредита

4.2 Сущность и функции кредита

4.3 Условия и формы кредитования

ВЫВОДЫ

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ

ЭИЛ - электроискровое легирование;

ЭП - электронный пучок;

ЭЛО - электронно-лучевая обработка;

ЭЛТ - электронно-лучевая трубка;

ПТБ - правила технической безопасности;

ПТЭ - правила технической эксплуатации;

ПУЭ - правила устройства электроустановок;

РСА - рентгеноструктурный анализ;

РЭМ - растровая электронная микроскопия;

ПЭВМ - персональная электронная вычислительная машина;

ВТУ - видео-терминальное устройство;

АО - акционерное общество.

ВВЕДЕНИЕ

Одной из важнейших проблем современного машиностроения является повышение качества деталей и узлов механизмов, используемых в различных областях техники, которые должны отвечать ряду требований, одним из которых является обеспечение высокой надежности их в узлах трения машин. При их работе существует взаимодействие функциональных поверхностей пары трения, что приводит к разрушению поверхности с изменениями в поверхностном слое материала и повышением температуры. Поэтому большая часть деталей выходит из строя по причине увеличенного износа, вызванного большими удельными нагрузками, высокими скоростями приложения нагрузок при малых скоростях скольжения, работой в условиях загрязнения абразивом, пылью, конденсатом.

В последние годы наряду с традиционными технологиями упрочнения поверхностей металлов закалкой и наплавкой токами высокой частоты, химико-термической обработкой и другими способами все активнее используются высококонцентрированные источники нагрева: плазменная струя, лазерный луч, электронный и ионный пучки. Их внедрение позволяет резко сократить энергозатраты, интенсифицировать процессы упрочнения, уменьшить коробление деталей, исключить необходимость использования различных сред, а также полностью автоматизировать процесс.

В данной работе исследовались структура и свойства баббита Б83 после нанесения на его поверхность антифрикционного покрытия, полученного искро-дуговым легированием в среде азота. Данное покрытие необходимо для того, чтобы продлить срок службы материала и улучшить его антифрикционные свойства.

1. СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗА И СПЛАВОВ НА ЕГО ОСНОВЕ

1.1 Железо и сплавы на его основе

Сплавы железа распространены в промышленности наиболее широко. Основные из них - сталь и чугун - представляют собой сплавы железа с углеродом. Для получения заданных свойств в сталь и чугун вводят легирующие элементы.

Железо является переходным металлом IV периода восьмой группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева, порядковый номер 26. Удельный вес равен 7,82 г/см³; температура плавления 1539⁰С; атомный вес 55,85, атомный радиус 0,127 нм [1]. Чистое железо, которое может быть получено в настоящее время, содержит 99,999% Fe, а технические сорта 99,8 - 99,9% Fe. Железо известно в двух полиморфных модификациях б и г. б-железо существует при температурах ниже 910⁰С и выше 1392⁰С. Для интервала температур 1392 - 1539⁰С б-железо нередко обозначают как д-железо.

Кристаллическая решетка б-железа - объемно-центрированный куб с периодом решетки 0,28606 нм. До температуры 768⁰С б-железо магнитно (ферромагнитно). г-железо существует при температуре 910 - 1392⁰С.

Кристаллическая решетка г-железа - гранецентрированный куб с периодом 0,3645 нм при температуре 910⁰С.

Углерод является неметаллическим элементом II периода IV группы Периодической системы, атомный номер 6, плотность 2,5 г/см³, атомная масса 12,011, температура плавления 3500°С, атомный радиус 0,077 нм. Углерод полиморфен. В обычных условиях он находится в виде модификации графита, но может существовать и в виде метастабильной модификации алмаза.

Углерод растворим в железе в жидком и твердом состояниях, а также может быть в виде химического соединения - цементита, а высокоуглеродистых сплавах и виде графита.

В системе Fe-C различают следующие фазы: жидкий сплав, твердые растворы -- феррит и аустенит, а также цементит и графит.

Феррит -- твердый раствор углерода и других примесей в б-железе. Различают низкотемпературный б-феррит с растворимостью углерода до 0,02% и высокотемпературный д -феррит с предельной растворимостью углерода 0,1%. Атом углерода располагается в решетке феррита в центре грани куба, где помещается сфера радиусом 0,29 атомного радиуса железа, а также в вакансиях, на дислокациях и т.д.

Аустенит -- твердый раствор углерода и других примесей в г-железе. Предельная растворимость углерода в г-железе -- 2,14%. Атом углерода в решетке г-железа располагается в центре элементарной ячейки, в которой может поместиться сфера радиусом 0,41R (R -- атомный радиус железа) и в дефектных областях кристалла.

Различные объемы элементарных сфер в ОЦК и ГЦК решетках и предопределили значительно большую растворимость углерода в г-железе по сравнению с б-железом. Аустенит обладает высокой пластичностью, низкими пределами текучести и прочности. Микроструктура аустенита -- полиэдрические зерна.

Цементит -- это химическое соединение железа с углеродом -- карбид железа Fе₃С. В цементите содержится 6,67 % углерода. Цементит имеет сложную ромбическую решетку с плотной упаковкой атомов. В условиях равновесия в сплавах с высоким содержанием углерода образуется графит.

Графит. Кристаллическая решетка графита гексагональная слоистая. Межатомные расстояния в решетке небольшие и составляют 0,142 нм, расстояние между плоскостями равно 0,340 нм. Графит мягок, обладает низкой прочностью и электропроводностью [2].

Железо имеет основную долю по изготовлению и применению среди остальных металлов (в виде его сплавов - стали, чугуны, ферросплавы). Популярность железа связана с рядом таких причин: малой стоимостью, наилучшими механическими свойствами, возможностью массового изготовления и большой распространенностью ее руд в природе.

Сплавы железа являются основными конструкционными материалами, применяемыми в машиностроении, транспорте, строительстве и т.д. Варьируя состав и структуру, способы обработки, получают железоуглеродистые сплавы с самыми разнообразными свойствами, что делает их универсальными конструкционными материалами.

Стали - основной конструкционный материал, применяемый для производства машин, инструмента, приборов, различных аппаратов и конструкций. Их отличает благоприятное сочетание механических, физико-химических и технологических свойств.

Стали подразделяют по химическому составу, назначению, качеству, степени раскисления и типу структуры.

По химическому составу различают углеродистые и легированные стали. Легированными называют стали, содержащие в своем составе специально введенными легирующие элементы (никель, хром, молибден, титан, ванадий вольфрам и др.), или стали с повышенным (более 0,5 - 1,0 %) содержанием кремния или марганца. Введение легирующих добавок в сталь повышает механические свойства или придает им специальные свойства, например жаростойкость, жаропрочность кислотостойкость и др. Так в зависимости от этих основных свойств легированные стали разделяют на три группы: нержавеющие (коррозионно-стойкие); жаростойкие (окалиностойкие) и жаропрочные. Нержавеющие стали обладают высокой химической стойкостью в агрессивных средах [3]. Повышение устойчивости стали против коррозии достигается введением в нее элементов, образующих на поверхности защитные пленки, прочно связанные с основным металлом и предупреждающие контакт между сталью и наружной агрессивной средой, а также повышающих электрохимический потенциал в разных агрессивных средах. Наиболее распространены из этой группы -- хром...