МОДЕЛЮВАННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ ОТРИМАННЯ ЗНОСОСТІЙКИХ ПОКРИТТІВ З ВИКОРИСТАННЯМ ТЕХНОЛОГІЇ ECD
Authors: Кругляк І.В. , Середа Б.П. 
Published: December 2022

У машинобудуванні довговічність деталей машин і механізмів, що працюють в умовах тертя та зносу одним з головних факторів їх довговічності є твердість поверхні.

На даний час виникає необхідність підвищення фізико-механічних і експлуатаційних властивостей матеріалів. Зі збільшенням вмісту легуючих елементів фізико-механічні характеристики: міцність, твердість, зносостійкість зростають, але ймовірність крихкого руйнування підвищується, також збільшується і вартість легованого металу. В даний час, це пояснює все зростаючий інтерес до покриттів. Необхідність застосування покриття, перш за все обумовлена необхідними експлуатаційними властивостями. Пріоритетним напрямом розвитку зміцнення поверхні на сучасному рівні є розробка, створення та впровадження нових технологій хіміко-термічной обробки (ХТО). Після її проведення на експлуатаційних поверхнях отримують дифузійні шари високої якості, які далі переходять в основний матеріал, що є позитивним з точки зору міцності та стійкості. Ідея створення на їх поверхні дифузійної зони із специфічним хімічним складом привертає увагу фахівців, передусім, завдяки своїй раціональності. Математичне моделювання отримання дифузійних покриттів вирішує сполучену нелінійну двомірну задачу теорії ECD (ЕСD — енергетична складова дифузійного процесу), яке включає рівняння тепло переносу, кінетики реакції у хвилі ECD та задачу теорії дифузії в нестаціонарному тепловому полі. Розраховуючи температурні поля при насиченні в КНС дозволяє встановити дві зони: зони прогрівання та зону теплового самозаймання. Площини температурного поля збільшуються в залежності від температури самозаймання та максимальної температури процесу.

Характеристикою зносу ΔI служить зміна маси зразка, виготовленого зі сталі 45, на якому отримано покриття при tп = 1000 °С і τв = 150 хв. Вибір раціонального складу шихти для проведення процесу насичення в умовах теплового самозаймання проводиться на підставі результатів досліджень теплової кінетики ECD-процесу, мікротвердості, залишкових напружень та мікрокрихкості.

У результаті регресійного аналізу отримуються рівняння, що показують залежність зносостійкості захисних покриттів від режиму теплового самозаймання та вмісту легуючих елементів: в кодованому виді I1 =75,933 +1,7Х1 + 0,6Х2 – 1,9Х3–2,1667Х12 – 2,6667Х22 + 6,8333Х32  – 0,5Х1Х2 + 1,5Х1Х3 – 0,5Х1Х2 – 3Х2Х3. В натуральному виді: ΔI4= –43,44 + 5,84ECD + 11,39Ti – 10,53ГТА – 0,14ECD2 – 0,3Ti2+ 1,71ГТА2 – 0,57 TiГТА.

Рекомендовано раціональний склад КНС-шихти: 16% ECD + 18% Ti + 61% Al2O3 + 2% NH4I + 3% AlF3, для отримання зносостійких захисних покриттів на сталі 45.

Геометрична інтерпретація в трикутнику, що складається з основних елементів при насиченні титаном, встановлює залежність мікротвердості ванадієвих дифузійних шарів на сталі 45 від складу композиційного насичуючого середовища. В системі № 1 вона дозволяє виділити три області складу насичуючих сумішей, в яких значення мікротвердості становлять: 13000—114500 МПа, 15000 МПа і 15000—16500 МПа, які задаються наступними співвідношеннями основних насичуючих компонентів; в першій області, (% мас.): 5—16 титану, 50—90 ECD, у другій: 25—55 ECD, 20—46 титану і у третій: 10—40 ECD, 60—90 титану.