Підвищення зносостійкості сплаву ВТ22 комбінованою обробкою

Анотація

Низька гідравлічна щільність через високу пористість, вірогідність локального відшарування внаслідок недостатньої адгезії до матеріалу основи при використанні гальванічних покриттів хрому та нікелю для поверхневого зміцнення робочих поверхонь циліндрів гідросистем літальних апаратів не забезпечують надійного їх ресурсу і довговічності. Тому створення надійних зносотривких покриттів на внутрішніх та зовнішніх поверхнях деталей гідроциліндрів зі сплаву ВТ22 залишається однією з актуальних проблем авіаційної промисловості.
Проведено триботехнічні випробування сплаву ВТ22 після попереднього холодного пластичного деформування (ХППД) (обкочування) та наступного азотування, суміщеного зі штатною термічною обробкою сплаву у парі з бронзою БрАЖН 10-4-4. Машина тертя СМЦ-2. Навантаження 0,4 МПа. Мастило – гідрорідина АМГ-10.
Попереднє ХППД здійснювали за навантаження 200 і 600 Н у три проходи. Після цього зразки сплаву азотували за режимом 1, подаючи азот в камеру на першому та другому ступені штатної термічної обробки сплаву (820 оС, 1 год + 750 оС, 3 год), та за режимом 2, коли азот подавали в камеру лише на другому ступені термічної обробки: 750 оС, 3 год.
Наступне азотування суттєво впливає на зносостійкість поверхнево зміцненого ХППД (200 Н, 3 проходи) титанового диску. Зміна маси диску зменшується на 1-2 порядки залежно від режиму азотування. Відповідно втрати маси колодки зменшуються до 4 разів, коли азотують за режимом 1, і більше, ніж на порядок, коли азотують за режимом 2. При цьому, значні втрати маси титанового диску пов’язані не лише зі зносом поверхневих шарів сплаву, але й намащуванням бронзи на титанову поверхню. Про це свідчать результати мікрорентгеноспектрального аналізу поверхні тертя диску , фіксуючи мідь.
Позитивний вплив азотування на зносостійкість поверхнево зміцненого ХППД титанового диску підтверджується якістю тертьових поверхонь. Шорсткість поверхні контртіла – бронзи після обкочування зростає на 3,0 мкм, погіршуючи якість поверхні на клас. Наступне азотування зменшує Ra більш, як вдвічі, забезпечуючи поверхні після азотування за режимом 1 квалітет чистоти на клас вищий, ніж вихідний.
Наступне азотування зменшує коефіцієнт тертя f трибопари майже в два рази незалежно від його режиму. Причому після азотування за режимом 2 коефіцієнт тертя нижчий (0,28 проти 0,24). Зниження коефіцієнту f в процесі тертя після азотування обкоченого диску сплаву ВТ22 відчутніше, ніж диску без азотування.
Дані коефіцієнта тертя f відповідають температурному полю в зоні тертя. Для зразків після обкочення температура в зоні тертя встановлюється близько 40 оС. У випадку диску, азотованого за режимом 1, температура в зоні тертя становить 30 оС, за режимом 2 – не перевищує 27 оС.
Аналогічні процеси спостерігаємо у трибопарі поверхнево зміцнений сплав ВТ22 – бронза БрАЖН 10-4-4, коли накочування проводили за навантадення 600 Н у три проходи. Закономірності зміни маси як диску, так і колодки залежно від режиму та схеми оброблення зберігаються, хоча абсолютні їх величини є дещо вищими. Якість тертьових поверхонь як диску, так і бронзової колодки після випробування вищі, коли диски підлягають не лише обкоченню, але й наступному азотуванню. Порівняно з попередньою схемою комбінованого оброблення, якість поверхні після азотування покращується на два класи незалежно від його режиму.
Коефіцієнт тертя в трибопарі, де диски після ХППД не азотували, становить 0,44. Наступне азотування за режимом 1 збільшує f до 0,53, а за режимом 2 - сприяє його відчутному зменшенню (до 0,16), наближаючи до регламенту технічного завдання (f ≤0,15).