Анотація до роботи:

Бись С.С. Трибологічні властивості та міцність структур відпуску сталі 60С2 з врахуванням ефекту наводнювання. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.04. - тертя та зношування в машинах. - Технологічний університет Поділля, Хмельницький, 2002.

Дисертацію присвячено дослідженню впливу структурного стану матеріалу та водню на формування його трибологічних характеристик. Встановлені і науково обгрунтовані закономірності та механізми процесів при терті та зношуванні пружинної сталі 60С2, з різним структурним станом і методами зміцнення поверхні, визначено вплив на них водню. Проаналізовано залежність трибологічних характеристик матеріалу від фізико-хіміко-механічної ситуації в зоні тертя, параметрів конструктивної, поверхневої міцності та мікропластичності, а також з врахуванням ефекту наводнювання. Запропоновано прогнозування зносостійкості не зміцнених матеріалів та після їх зміцнення за характеристиками конструктивної міцності, особливо - тріщиностійкості. На підставі отриманих результатів рекомендовано структурний стан деталей із сталі 60С2 та технологічні методи їх зміцнення, в залежності від умов експлуатації, з оптимальним сполученням надійності, довговічності та матеріалоємності в повітрі та за умов наводнювання. Дано рекомендації з використання результатів роботи.

1. На основі комплексних досліджень виявлено закономірності формування трибологічних властивостей пружинної сталі 60С2, в залежності від температури відпуску і умов випробовувань на повітрі та з врахуванням ефекту наводнювання, котрі дозволяють вибрати оптимальний структурний стан основи матеріалу.

2. Визначено оптимальну структуру пружинної сталі 60С2, яка забезпечує високу зносостійкість, надійність і довговічність, низьку матеріалоємність - мартенсит відпуску, котру отримують після гартування від 870С та відпуску при 300С. Зміна структурного стану основи матеріалу на мартенсит відпуску дозволила підвищити зносостійкість деталей вузлів тертя зі сталі 60С2 в 1,7...2 рази, що підтверджується відповідним актом впровадження.

3. Виявлено, що процес зношування сталі 60С2 має механо-хімічну природу і супроводжується утворенням і руйнуванням вторинних структур, стійкість яких залежить від їх структури, хімічного складу, умов випробовувань та активності навколишнього середовища.

4. Встановлено, що водень, напружено-деформований стан та температура в приповерхневих шарах контактуючих пар тертя впливає на дифузію хімічних елементів сталі 60С2 з внутрішніх шарів до поверхні, котрі вступають у взаємодію з киснем і утворюють складний важко активований комплекс суміші окислів Fe, Mn, Si і складних шпінельних фаз типу FeMn₂O₄.

5. Доведено, що висока зносостійкість сталі 60С2 у повітрі формується в процесі самоорганізації поверхневих шарів і визначається присутністю рівномірно розподілених ультрадисперсних новоутворень збагачених вуглецем - типу Ме₂С₃ та інтерметалідних з'єднань типу Mn₂Si, що відповідає структурі дисперстно зміцненого матеріалу, де в якості матриці виступають бінарні структурні складові, а роль зміцнюючих фаз виконують пересичені тверді розчини і потрійні з'єднання, які близькі за властивостями до квазимартенситної структури. При наводнюванні на поверхнях тертя такого ефекту не спостерігається.

6. Насичення матеріалу воднем призводить до зміни механізму тертя та зношування і супроводжується зменшенням температури в зоні контакту і зміною хімічного складу окисних плівок, їх фізико-механічних характеристик і опору руйнування під дією дотичних напружень.

7. На основі впливу структурних факторів і середовища (водню) на параметри конструктивної міцності (границю втоми, інтенсивність зношування, в'язкість руйнування), вдалося встановити межі зміни механізмів релаксації напружень шляхом утворення мікротріщин і руйнування для сталі, відпущеної в межах 200...400С і пластичною деформацією при температурах відпуску більших 400С на повітрі. Присутність водню в зоні контакту розширює межу крихкого руйнування до 450С відпуску. Ці результати раціонально використовувати для вибору оптимальної структури матеріалу, забезпечуючи при цьому низьку матеріалоємність, високу надійність та довговічність вузла в процесі його конструкторсько-технологічної розробки.

8. Підтверджено існуючі аксіоми про приоритетний характер поверхневої міцності s_ТК в формуванні трибологічних характеристик матеріалу. Показано, що структура з високим рівнем поверхневої міцності (мартенсит відпуску) характеризується високим опором зношуванню і високими показниками мікротекучості поверхневих шарів (s₃ і А₂).

9. Параметри поверхневої міцності (s_ТК) і мікротекучості (s₃ і А₂) можна рекомендувати використовувати для відносної експрес оцінки зносостійкості матеріалів із зміцненою поверхнею та без зміцнення, в процесі конструкторсько-технологічної розробки пари тертя (вузла), що експлуатується в умовах сухого тертя на повітрі та при можливому його наводнюванні.

10. Виявлено, що зносостійкі покриття на основі карбідів і нітрідів Ti, Cr, V підвищують зносостійкість пар тертя, відповідно, в 13…17 раз і в 6…7 раз при випробуваннях на повітрі, але у водневому середовищі їх ефективність залежить від можливої хімічної реакції хімічних елементів з воднем.

11. Найбільш ефективними з точки зору собівартості і довговічності являються хімічні хромисті покриття (ЯНГ), які в умовах сухого і граничного тертя забезпечують високу зносостійкість (2...7,5 рази) на повітрі та при можливому наводнюванні і можуть бути використаними як для низько- так і високовідпущених сталей. Рекомендовано, для підвищення зносостійкості пружинно-стального кільця, котре використовується для захисту опори долота типу ГН, та дротяного інструменту, окрім вище згаданої термічної обробки, наносити на робочі поверхні покриття на основі хрому (ЯНГ). Така обробка дозволяє підвищити зносостійкість вузла тертя в 2...3 рази та практично виключити можливість впливу водню на зношування матеріалу, що підтверджується відповідним актом впровадження.

Публікації автора:

1. Гладкий Я.Н., Бурлаков А.А., Бысь С.С. Водородное изнашивание. Проблемы и реальность. Часть 1. //Проблеми трибології (Problems of Tribology). - 2000. - №1. - С.94-99.

2. Гладкий Я.Н., Бурлаков А.А., Бысь С.С., Липский Н.Д. Водородное изнашивание. Проблемы и реальность. Часть 2. //Проблеми трибології (Problems of Tribology). - 2000. - №3. - С.57-67.

3. Гладкий Я.Н., Мазур Н.П., Бурлаков А.А., Бысь С.С. Трибология резания в водородовоздушной среде. // Проблеми трибології (Problems of Tribology). - 2001. - №1. - С.159-165.

4. Y. Gladky, R. Silin, S. Bys. Ensuring of spring seal ring dimensional stability. // Technika i technologia montazu maszyn: Materialy IV Miedzynarodowej Konferencji Naukowo - Technicznej - 2001. - Rzeszow: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej. - P.83-88.

5. Щепетов В.В., Голембиевский Г.Г., Громенко В.Ю., Гладкий Я.Н., Бысь С.С. Износостойкость детонационных покрытий в условиях повышенных температур. //Проблеми трибології (Problems of Tribology). - 2001. - №3. - С.86-89.

6. Бельчук Е.Ю., Мирненко В.И., Громенко В.Ю., Гладкий Я.Н., Бысь С.С. Повышение долговечности опор скольжения авиационной техники. //Проблеми трибології (Problems of Tribology). - 2001. - №3. - С.90-93.

7. Гладкий Я.Н., Бысь С.С. Взаимосвязь трибологических характеристик материалов с физико-химическими процессами в зоне трения. //Проблеми трибології (Problems of Tribology). - 2001. - №4. - С.203-210.

8. Гладкий Я.М., Бись С.С. Структурні особливості спрацювання пружинної сталі 60С2 у водневому середовищі. // Машинознавство. - 2001. - №11. - С.21-25.

9. Гладкий Я.М., Бись С.С. Структурні особливості спрацювання пружинної сталі 60С2 у водневому середовищі. //5-й міжнародний симпозіум українських інженерів-механіків у Львові: Тези доповідей (Львів,16-18 травня 2001р.). - Львів: КІНПАТРІ ЛТД. - С.139.

10. Гладкий Я.Н., Бысь С.С. Взаимосвязь трибологических характеристик материалов с физико-химическими процессами в зоне трения. //Зносостійкість і надійність вузлів тертя машин (ЗНМ-2001): Тези доповідей Міжнародної науково-технічної конференції (Хмельницький, 17-19 жовтня 2001р.). - Хмельницький: ТУП, 2001. - С.29-30.