Електроіскрове легування конструкційної легованої сталі 30ХГСНА для деталей вузлів тертя

Abstract

Проаналізовано причини руйнування деталей вузлів тертя авіаційної техніки, які виготовлені з легованої сталі 30ХГСНА. Встановлено, що на робочих поверхнях цих деталей відбуваються процеси: абразивного зношування, схоплення, фретинг-корозії і втомного зношування. У лабораторних умовах проведено дослідження зносостійкості зразків зі сталі 30ХГНСА, на робочі поверхні яких нанесено покриття електроіскровим легуванням. В дослідженні використана комплексна методика (металографічний, рентгеноструктурний та електронномікроскопічний аналізи). Зносостійкість електроіскрових покриттів визначалась на універсальній комп’ютеризованій машині тертя 2070-СМТ-1 за схемою «диск–колодка» у середовищі мінеральної авіаційної оливи МС-20 в умовах граничного тертя. Електроіскрове легування зразків проводили у два етапи зі зміною сили струму, що дозволило частково зняти внутрішні напруження та зменшити шорсткість модифікованої поверхні. Як катод застосовано зразок, а як анод — електроди зі спечених самофлюсуючих порошків з карбідом титану і хрому. В процесі нанесення покриттів на зразках зіткнення електронів з поверхнею електрода приводить до виділення теплової енергії, а в результаті — до спрямованого вибуху ділянки анода, що сприйняла імпульс електронів. Під час вибуху весь рідкий і розм'якшений матеріал викидається в міжелектродний зазор. Значна частина цього матеріалу взаємодіє з поверхнею катода, утворюючи легований шар. Структура і фізико-механічні властивості отриманого покриття значною мірою залежать від величини зерна карбідів. Зі зменшенням розміру зерен карбідів суцільність покриття збільшується. У зв'язку з тим, що в цьому випадку превалює перенесення еродованого матеріалу в рідкій і паровій фазах, то за наявності великих зерен частина еродованого матеріалу переноситься у вигляді скупчень зерен. Встановлено, що композиційні електроіскрові покриття на основі самофлюсуючих сумішей із наповнювачами карбіду титана і карбіду хрому суттєво підвищують зносостійкість конструкційної легованої сталі 30ХГСНА, тому вони рекомендуються для впровадження розробленої технології поверхневого зміцнення у виробництво.

The paper analyzes the causes of destruction of parts of friction units of aircraft, which are made of alloy steel 30ХГСНА. It has been established that the following processes develop on the working surfaces of these parts: abrasive wear, stuck, fretting corrosion and fatigue wear. In laboratory conditions, studies were carried out on the wear resistance of samples made of 30HGSNA steel, on the working surfaces of which were coated with electrospark alloying. In the research process, a complex technique was used (metallographic, X-ray diffraction and electron microscopy analyzes). The wear resistance of electrospark coatings was determined on a 2070-СMT-1 universal computerized friction machine according to the disk-block scheme in the environment of MС-20 mineral aviation oil under conditions of boundary friction. Electrospark alloying of the samples was carried out in two stages with a change in the current strength, which made it possible to partially relieve internal stresses and reduce the roughness of the modified surface. A sample was used as a cathode, and electrodes made of sintered self-fluxing powders with titanium and chromium carbide were used as an anode. In the process of coating samples, the collision of electrons with the electrode surface leads to the release of thermal energy and, as a result, to a directed explosion of the anode portion that has received the electron momentum. During the explosion, all liquid and softened material is thrown into the interelectrode gap. A significant part of this material interacts with the surface of the cathode, forming a doped layer. The structure and physicomechanical properties of the resulting coating largely depend on the grain size of carbides. With decreasing grain size of carbides, the coating continuity increases. Due to the fact that in this case the transfer of eroded material in the liquid and vapor phases prevails, and in the presence of large grains, a part of the eroded material is transferred in the form of accumulations of grains. It was found that composite electrospark coatings based on self-fluxing mixtures with fillers of titanium carbide and chromium carbide significantly increase the wear resistance of structural alloy steel 30HGSNA and are recommended for the implementation of the developed surface hardening technology in production.

Проведен анализ причин разрушения деталей узлов трения авиационной техники, изготовленных из легиро- ванной стали 30ХГСНА. Установлено, что на рабочих поверхностях этих деталей протекают следующие про- цессы: абразивный износ, схватывание, фреттинг-коррозия и усталостный износ. В лабораторных условиях проведены исследования износостойкости образцов из стали 30ХГНСА, на рабо- чие поверхности которых были нанесены покрытия электроискровым легированием. В процессе исследования использована комплексная методика (металлографический, рентгеноструктурный и электронномикроскопи- ческий анализы). Износостойкость электроискровых покрытий определялась на универсальной компьютеризированной маши- не трения 2070-СМТ-1 по схеме «диск–колодка» в среде минерального авиационного масла МС-20 в условиях граничного трения. Электроискровое легирование образцов проводили в два этапа при изменении силы тока, что позволило частично снять внутренние напряжения и уменьшить шероховатость модификованной поверх- ности. В качестве катода служил образец, а анода — электроды из спеченных самофлюсующихся порошков с карбидом титана и хрома. В процессе нанесения покрытий на образцах соударение электронов с поверхностью электрода приводит к выделению тепловой энергии и в результате — к направленному взрыву участка анода, воспринявшего импульс электронов. Во время взрыва весь жидкий и размягченный материал выбрасывается в межэлектродный зазор. Значительная часть этого материала взаимодействует с поверхностью катода, обра- зуя легированный слой. Структура и физико-механические свойства полученного покрытия в большей степени зависят от величины зерна карбидов. С уменьшением размера зерен карбидов плотность покрытия увеличива- ется. В связи с тем, что в данном случае превалирует перенос эродируемого материала в жидкой и паровой фазах, а при наличии крупных зерен часть эродируемого материала переносится в виде скоплений зерен. Уста- новлено, что композиционные электроискровые покрытия на основе самофлюсующихся смесей с наполнителями карбида титана и карбида хрома существенно повышают износостойкость конструкционной легированной стали 30ХГСНА и рекомендуются для внедрения разработанной технологии поверхностного упрочнения в про- изводство.