Дослідження структури та властивостей антифрикційних покриттів на сталевих поверхнях, отриманих методом електроіскрового легування

Abstract

Кваліфікаційна робота магістра складається з 69 сторінок, які містять 2 таблиці, 8 рисунків, список із 67 використаних джерел на 8 сторінках. Під час експлуатації машини її деталі, вузли та агрегати так чи інакше піддаються тертю і, надалі, зносу. Це призводить до зменшення ефективності роботи трибосполучень і суттєвих енергетичних втрат під час експлуатації. У сучасній техніці необхідно застосовувати більш прогресивні матеріали під час виготовлення пар, що труться. Це зумовлено зростанням питомих навантажень, яких зазнають вироби, збільшенням швидкостей переміщення трибопар одна відносно одної, необхідністю експлуатації машин в агресивному середовищі та за підвищених температур. У зв'язку з цим досить актуальним є питання збільшення надійності трибопар, підвищення їхньої довговічності та зменшення енерговитрат, що витрачаються на тертя. Втрати на тертя в сучасних машинах і устаткуванні сягають 30 % споживаної ними енергії, а витрати на усунення наслідків їхнього зносу в розвинених промислових країнах становлять до 2 % валового національного продукту. Для зниження витрат на тертя розроблені та успішно застосовуються різні покриття, починаючи від зносостійких з керамічною основою та закінчуючи композиційними на основі металокераміки. Області їх застосування досить великі, але при контакті в режимі сухого тертя, подібні покриття мають високий коефіцієнт тертя. Це призводить до значних енергетичних витрат та небажаного місцевого нагрівання в області контакту трибосполучення. Крім цього, через високий коефіцієнт тертя у цьому випадку суттєво зростає знос трибопари. Надійність і довговічність більшості виробів сучасної техніки значною мірою залежить від працездатності та терміну служби численних вузлів тертя (трибосистем) різних систем і механізмів машин та їхніх агрегатів. Процеси руйнування деталей машин у переважній більшості випадків починаються з поверхневих зон. У зв'язку з цим величезну значущість мають роботи з розроблення принципово нових антифрикційних матеріалів, зокрема покриттів з антифрикційними властивостями, які б забезпечували безперебійну роботу важконавантажених виробів. Отже, розробка нових видів антифрикційних матеріалів, у тому числі покриттів, призначених для забезпечення безперебійної роботи важконавантажених деталей, є вкрай актуальним завданням. Мета роботи – встановлення закономірностей формування антифрикційних покриттів на стальній підкладці методом електроіскрового легування, що забезпечують зменшення коефіцієнту тертя в трибопарі. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання: 1. Провести аналіз відомих методів поверхневого модифікування залізовуглецевих сплавів, що забезпечують зміну їх структури, забезпечення механічних та триботехнічних властивостей, та визначити напрямок досліджень у роботі. 2. Дослідити мікроструктуру і хімічний склад покриття та електродів залежно від параметрів електроіскрового легування. 3. На основі експериментальних досліджень розробити практичні рекомендації щодо призначення оптимальних технологічних режимів електроіскрового легування, що забезпечують функціональні властивості пар тертя. Методи дослідження: експериментальні дослідження мікроструктури методами оптичної й електронної мікроскопії, визначення мікротвердості та отримання її розподілу в модифікованих поверхнях. Об’єкт дослідження – процеси одержання на залізовуглецевих сплавах антифрикційних покриттів. Предмет дослідження – закономірності формування структури та складу антифрикційних покриттів, отриманих методом ЕІЛ. Практичне значення одержаних результатів. Результати дослідження можуть бути покладені в основу отримання антифрикційних покриттів поверхонь на залізовуглецевих сплавах, шляхом електроіскрового легування.

Qualifying paper for obtaining the qualification of master's degree in the specialty 132 – Materials Science. – Sumy State University, Sumy, 2024. During the operation of a machine, its parts, components and assemblies are subject to friction and subsequent wear. This leads to a reduction in tribological efficiency and significant energy losses during operation. To reduce the cost of friction, various coatings have been developed and successfully applied, ranging from wear-resistant ceramic-based coatings to composite coatings based on cermets. They have a wide range of applications, but when in contact in dry friction, such coatings have a high coefficient of friction. This leads to significant energy consumption and unwanted localised heating in the contact area of the tribological joint. In addition, the high coefficient of friction causes a significant increase in tribopair wear. The development of new types of anti-friction materials, including coatings, to ensure the smooth operation of highly stressed parts is an extremely urgent task. The aim of the work is to establish the regularities of formation of antifriction layers on a steel substrate by the method of electrospark alloying (ESA), which provide a reduction of the coefficient of friction in a tribopair. In order to achieve this goal, it is necessary to solve the following tasks: 1. To analyse the known methods of surface modification of iron-carbon alloys, which provide a change in their structure, mechanical and tribotechnical properties, and to determine the direction of research in the work. 2. To study the microstructure and chemical composition of the coating and the electrodes as a function of the parameters of the electrospark alloying. 3. On the basis of experimental studies, develop practical recommendations for the determination of optimal technological modes of electrospark alloying, which provide functional properties of friction pairs. Research methods: experimental studies of microstructure by optical and electron microscopy, determination of microhardness and obtaining its distribution in modified surfaces. Subject of research: Processes for obtaining antifriction coatings on iron-carbon alloys. Practical significance of the results. The results of the study can be used as a basis for obtaining antifriction coatings of surfaces on iron-carbon alloys by electrospark alloying.