СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Министерство образования и науки Украины

Государственное высшее учебное заведение

«Приазовский государственный технический университет»

Кафедра металлургии и технологии сварочного производства

Алистратов В.Н.

ИЗУЧЕНИЕ СТОЙКОСТИ МАТЕРИАЛОВ К УДАРНО-АБРАЗИВНОМУ ИЗНОСУ

Методические указания

по выполнению лабораторной работы

по курсу «Триботехника»

для студентов направления подготовки 6.050504 «Сварка»

всех форм обучения

Мариуполь

2017

УДК 621.791.042 (077)

Изучение стойкости материалов к ударно-абразивному износу: методические указания по выполнению лабораторной работы по курсу «Триботехника» для студентов направления подготовки 6.050504 «Сварка» всех форм обучения /сост.: В.Н. Алистратов – Мариуполь: ПГТУ, 2017. – 12с.

В лабораторной работе изучаются вопросы влияния химического состава сталей и чугунов на их структуру, механические свойства, а также стойкость к ударно-абразивному износу.

Составители: В.Н. Алистратов, канд. техн. наук, доцент

Рецензент А. Г. Белик, канд. техн. наук, доцент

Утверждено

на заседании кафедры металлургии и технологии

сварочного производства,

протокол № 4 от 2 ноября 2016 г.

Утверждено

методической комиссиейфакультета

машинобудування та зварювання,

протокол № 10 от 10 января 2017 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.. 4

1 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ... 4

2 КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.. 4

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. 5

4 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.. 8

4 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ... 9

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ... 9

Приложение А.. 10

ВВЕДЕНИЕ

Лабораторные работы по курсу «Триботехника» необходимы для закрепления теоретических знаний студентов, полученных при изучении лекционного материала. Выполнение экспериментальной части при проведении лабораторной работы даст возможность проанализировать полученные данные и подтвердить теоретические выкладки.

На лабораторную работу отводится 4 часа, т.е. два занятия. За это время студенты должны составить отчет, выполнить экспериментальную часть работы, получить и проанализировать результаты, а также защитить работу.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Цель работы – изучить влияние химического состава сталей и чугунов на их структуру, механические свойства, а также стойкость к ударно-абразивному износу.

Задачи:

- ознакомится с теоретическими сведениями об исследуемом процессе;

- изучить экспериментальную схему для исследований;

- провести анализ полученных данных по результатам экспериментов.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Ударно-абразивный износможно рассматривать как процесс превращения механической энергии импульсной динамической нагрузки, сообщаемой абразивами поверхностному слою металла, в энергию образования новых поверхностей раздела, представляющий собственно акт разрушения металла.

Разрушение поверхностей трения происходит в виде комплекса отдельных элементарных процессов: местного пластического деформирования, микроцарапания и микрорезания, выкрашивания и отслаивания.

Для ударно-абразивного изнашивания пластичных материалов характерно образование на поверхности трения лунок в результате локальной или пластической деформации металла. Края лунок образуют те выступы, которые внедряются в сопряженную поверхность и имеют твердость, превышающую твердость металла или имеют наиболее благоприятное расположение своих граней к поверхности детали. При многократном взаимодействии абразива с поверхностью детали лунки углубляются и расширяются. В результате поверхность наклепывается и происходит отрыв от неё частиц.

Для ударно-абразивного изнашивания твердых материалов характерно хрупкое выкрашивание. Непосредственно выкрашиванию предшествует образование и развитие трещин, отделяющие малые объёмы от остального материала. Для выкрашивания характерна произвольная форма язвинок с рваными краями. Могут выкрашиваться: твердые структурные составляющие; частицы белого слоя; твердые оксидные пленки; частицы металлизированного покрытия и др. Выкрашиванию способствуют высокие растягивающие остаточные напряжения, трещины после цементации, закалки и старения. Это распространённый вид повреждений рабочих поверхностей деталей также в условиях качения.

Отслаивание на пластичных материалах: материал при пластическом течении может оттесняться в сторону от поверхности трения и, после исчерпания способности к дальнейшему течению, отслаивается. В процессе течения металл наплывает на оксидные пленки и теряет связь с основой.

Отслаивание на твердых материалах: если напряжения по глубине слоя больше сопротивления усталости материала, то при работе образуются трещины, приводящие к чешуйчатому отделению материала. Такое явление встречается на закалённых и цементированных деталях.

Интенсивность изнашивания определяется величиной энергии удара, скоростью, свойствами и формой абразивных частиц, температурой, физико-механическими свойствами изнашиваемого материала и рядом других факторов.

К числу наиболее распространенных типовых деталей, работающих при ударно-абразивном изнашивании, можно отнести зубья ковшей экскаваторов, буровые долота, молотки, щеки и конуса дробилок, приводные звездочки гусеничных машин, брони шаровых мельниц и многие другие.

Одним из важнейших факторов определяющих сопротивление металлических сплавов изнашиванию, является их структурное состояние, а также свойства, взаимное расположение, количественное соотношение и характер связи отдельных составляющих структуры.

Сплавы с метастабильной (нестабильной) аустенитной матрицей (например: 12Х12Г12СФ) имеют значительно более высокую износостойкость, чем стабильно аустенитные сплавы (например: хромоникелевые стали типа 12Х18Н10Т) при ударно-абразивном износе со значительными ударами. Уменьшение стабильности аустенита достигается, как правило, заменой в наплавленном металле дорогого и дефицитного никеля на более дешевый марганец.

Более высокая износостойкость метастабильного аустенита объясняется изменениями в поверхностных слоях в процессе износа - превращением аустенита в мартенсит (т.н. "мартенсит деформации"), созданием внутренних сжимающих напряжений, выделением мелкодисперсных карбидов по плоскостям скольжения.

Карбидные (в том числе и цементитные) частицы - наиболее твердая фаза, сильно повышающая износостойкость. Положительный эффект усиливается при наличии мелкодисперсных частиц, равномерно распределенных в прочной и одновременно вязкой матрице.

В соответствии с интенсивностью ударов условно принято различать ударно-абразивный износ с незначительными ударами, ударно-абразивный износ с умеренными ударами, ударно-абразивный износ со значительными ударами.

Наплавленный металл, предназначенный для работы в абразивной среде, оцененный на основании опыта эксплуатации наплавленных деталей, также условно разделен на три группы, отличающиеся по склонности к выкрашиванию.

При абразивном износе и ударно-абразивном износе с незначительными ударами факторами повышающими износостойкость являются: повышенное количество упрочняющей фазы (до 80% по массе) и ее твердость. При ударно-абразивном износе со значительными ударами факторами повышающими износостойкость являются: оптимальное количество упрочняющей фазы (30-50% по массе) и ее твердость, а также количеством метастабильного аустенита, который способен превращаться в мартенсит под влиянием внешней действующей нагрузки.

Для наплавки деталей подвергающихся воздействию ударно-абразивного износа с незначительными ударами, как правило, применяют высоколегированные чугуны и стали обеспечивающие большое содержание карбидов и высокую твердость: У30Х28Н4С4 (ПЛ-АН101, ЦС-1), У50Х40Н2С2Г (УС-25), 70Х20Р3Т (ПП-АН170) и другие.

Для наплавки деталей подвергающихся воздействию ударно-абразивного износа с умеренными ударами, как правило, применяют легированные чугуны и стали: У20Х12М (ПП-АН103), У20Х15СТР (ПП-АН125), У12Х12В12Р (ВСН-8) и другие.

Для наплавки деталей подвергающихся воздействию ударно-абразивного износа со значительными ударами, как правило, применяют легированные стали: Г13Н4 (ПП-АН105), 25Х5ФМС (ПП-АН130), 20Г4 (ОЗН-400) и другие.

В настоящей работе используется метод испытаний на ударно-абразивную износостойкость при трении об абразивную массу (Рис. 2.1). По данному методу к вращающемуся диску 1

1 – вращающийся диск;

2 – бункер с абразивом;

3 – абразив;

4 – образец.

Рис. 2.1 - Схема испытаний на ударно-абразивную износостойкость.

прикрепляются образцы 4, которые одной своей плоской стороной обращены к абразиву 3. Вращающийся диск находится в бункере 2, который заполнен абразивом (гравий) определенного размера. При вращении диска поверхность образца с определенной скоростью взаимодействует с абразивной массой, обеспечивая его изнашивание и, следовательно, потерю в весе. По формуле (2.2) определяется коэффициент износостойкости.

К_И = ∆М_Э / ∆М_ОБР(2.2)

Где: ∆М_Э – потеря массы (обьема) эталона; ∆М_{ОБР -} потеря массы (обьема) образца.

Данная методика, соответствует реальным условиям эксплуатации ряда деталей машин - рабочие органы сельхозтехники, землеройных или почвообрабатывающих машин, агломерационного оборудования и т.д. Полученный коэффициент износостойкости может быть качественным параметром (т.е. параметром сравнения) при выборе марки стали, способа наплавки или упрочнения.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Материалы и оборудование

- Машина для испытаний на ударно-абразивную износостойкость;

- Образцы из различных марок сталей и чугуна (Таблица 3.1);

- Муфельная печь для термообработки - 1 шт;

- Твердомер Роквелла;

- Весы технические.

Методика испытаний

-Подготовить образцы для испытаний на ударно-абразивную износостойкость из наплавок в исходном состоянии.

-Выполнить замеры твердости образцов на приборе Роквелла.

-Выполнить взвешивание испытуемых образцов с точностью до 0,1 г.

-Выполнить испытания образцов на ударно-абразивную износостойкость в течение 30 мин, после чего повторить взвешивание образцов.

-По формуле (2.2) определить коэффициент износостойкости для всех образцов. Результаты занести в таблицу 3.1.

-Построить график зависимости коэффициента износостойкости К_И от твердости.

-Проанализировать полученные результаты и сделать выводы.

Таблица 3.1 – Результаты экспериментов

Марка материала	Твердость HRC	Вес образца, грамм			К_И
Марка материала	Твердость HRC	До испытаний	После испытаний	∆М_ОБР	К_И
Сталь 45
Г13Н4
12Х12Г12СФ
300Х28Н4С4

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по лабораторной работе должен содержать следующие разделы:

- цель работы;

- методика выполнения работы;

- результаты экспериментов и их анализ;

- выводы.

Отчет оформляется в соответствии с ГОСТ 3008-95.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

· Чем определяется интенсивность изнашивания?

· Как определяется коэффициент износостойкости?

· Как условно разделены наплавочные материалы по ударно-абразивной износостойкости на основе их склонности к выкрашиванию?

· В чем заключается метод испытаний? Нарисуйте и поясните схему испытаний.

· Как зависит интенсивность ударно-абразивного износа от твердости?

· Как влияют отдельные структурные составляющие в стали на ударно-абразивную износостойкость?

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Технология электрической сварки металлов и сплавов./ Под ред. Патона Б.Е. – М.: Машиностроение, -1974. - 768 с.

2. Лившиц Л.С. Основы легирования наплавленного металла / Л.С. Лившиц, Н.А. Гринберг, Н.А. Куркумелли. – М.: Машиностроение, - 1969. - 188 с.

3. Гаркунов Д.Н. Триботехника / Д.Н. Гаркунов.- М.: Машиностроение, 1985.-424 с.

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 145; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!