Odpornośc na zużycie ścierne i niszczenie

Waleryj KOLESNIKOV

Wschodnioukraiński Państwowy Uniwersytet im W.Dalja, Ługańsk, Ukraina

Rys. 2. Rozkład frakcyjny długości wydzieleń grafitu w stopach o składach podanych w tabl. 1

Podczas badania na odporności na pękanie stopów zawierających 12 % Mn otrzymano  wyniki przedstawione w tablicy 3.

Tablica 3. Odporność na pękanie stopów o składzie wg tablicy 1

Analizując wpływ składu chemicznego i mikrostruktury (tablica 1) na właściwości mechaniczne i propagację pęknięć stwierdzono, że ze wzrostem udziału fazy grafitowej maleje twardość makroskopowa stopu i mikrotwardość austenitu (tablica 2), spada również odporność na pękanie (tablica 3). Zmniejsza się także wytrzymałość i zmienia się obszar, jaki zajmują wtrącenia grafitu i węglików, co wywołuje zachowanie się stopów podobnie jak przy oddziaływaniu wodoru. Podwyższenie zawartości fosforu może podnosić odporność na pękanie, ponieważ pęknięcia zatrzymywane są w eutektyce. Wtrącenia grafitu wywołują zdolność stopu do tłumienia drgań. Korygując zawartość fazy grafitowej można zatem istotnie wpływać na charakter i  prędkość propagacji pęknięć zmęczeniowych oraz na  konstrukcyjną wytrzymałości żeliw manganowych. Im większa zawartość fazy grafitowej w stopie i mniejsza twardość oraz ciągliwość, tym progowe znaczenie amplitudy zmian współczynnika intensywności naprężeń jest mniejsze (rys.3). Prędkość pękania ulega zmniejszeniu w otoczeniu lub w wewnątrz eutektyki grafitowej i fosforowej a także w fazie węglikowej. Wydzielenia składników fazowych wykazujące ostre kąty mogą natomiast sprzyjać przyspieszonej propagacji pęknięć.

Rys. 3. Prędkość propagacji pęknięć zmęczeniowych   (о – stop Nr 3; □ – stop Nr 2 zgodnie z tabelą  1)

Podczas badań tribologicznych ustalono, że stopniowe powiększenie naprężenia roboczego do 5 MPa istotnie obniża intensywność zużycia przy późniejszych niższych obciążeniach. Materiał adaptuje się do warunków zużycia podczas umocnienia austenitu manganowego, a także powiększenia obszarów rzeczywistego kontaktu na powierzchniach współpracujących. W warunkach tarcia  suchego i granicznego następuje umocnienie austenitu manganowego, przy czym najwyższa głębokość umocnionej strefy sięga 0,15 mm od powierzchni próbki. Zjawisko umocnienia austenitu w warunkach suchego tarcia ujawnia się od obciążenia 2 MPa. Analiza rentgenostrukturalna potwierdziła obecność przemiany fazowej γ – α (rys. 4).

Rys. 4. Rentgenogram  zniszczonej  powierzchni (stop Nr 1 po zużyciu ściernym).

 

Rozmiar cząstek, które oddzieliły się podczas granicznego tarcia w okresie stabilnego zużycia wynosi od 0,1 do 3 mm. Morfologia cząstek zużycia charakteryzuje się formą soczewkowatą (niszczenie płatkowe – rys.5 b,c). Ze wzrostem naprężeń cząstki produktów zużycia nabierają postaci równoosiowej a ich rozmiary mogą sięgać 1000 mm.

Tablica 4. Względna odporność stopów na zużycie ścierne stopu przy V=0,628 m/s , (dla nacisku 1, 2 i 3,5 МРа), odporność stopu nr 1 – 100%

 

 

 

 

Stwierdzono obecność pęknięć na cząstkach produktów zużycia. Wysunięto hipotezę, że pierwszy typ to pęknięcia, które pojawiły się bezpośrednio podczas mechanicznego oddziaływania trących się powierzchni, a typ drugi - to pustki, z których wykruszył się grafit.  Pomiędzy cząstkami zużycia znaleziono wtrącenia niemetaliczne: węglikotlenki i węglikoazotki manganu i tytanu, a także azotki tytanu i siarczki manganu.

PART 3