195 / 397
Современные технологии и автоматизация в машиностроении
195
перекачивания нефтяных вяжущих, в узлах трения речного и морского транспорта, аэрокос-
мической отрасли и многих других узлах трения. К изготовлению поршневых колец предъ-
являются повышенные требования. Работая в условиях повышенных температур и углеводо-
родной среды, поршневые кольца подвергаются интенсивному водородному изнашиванию,
при этом к точности размеров, к форме кольца и к шероховатости наружной поверхности
предъявляются особые требования. Особо остро проблема водородного изнашивания стоит в
узлах трения, работающих в водородных средах, что имеет место, в битумных насосах. В
связи со сложным профилем зуба, их поверхностное упрочнение носит весьма затруднитель-
ный характер. Незначительные отклонения в профиле зуба или качестве его поверхности
приводит к сильным шумам при эксплуатации и интенсивному изнашиванию. Водородное
изнашивание происходит на атомарном уровне, при этом в современной научной и техниче-
ской литературе отсутствуют расчетные зависимости, позволяющие определить интенсив-
ность изнашивания на уровне нанонеровностей, или, как принято называть в трибологии, на
уровне субшероховатости. Таким образом, целью исследования является технологическое
повышение износостойкости узлов трения, работающих в водородных средах.
В результате проведенного регрессионного анализа [3] получено общее уравнение
связи шага субшероховатости и среднего размера зерен материала:
.
20300 ,0
10810 ,32
112957 ,0
mc
S
З
e
L
(1)
Данное уравнение объясняет 63,1% вариации
L
з
(индекс корреляции
R
SL
=
0,7945.
Анализ уравнения (1) и полученных теоретических зависимостей [4] показывает, что
износ поверхностей трения в условиях водородного изнашивания зависит от зернистости ма-
териала поверхностного слоя. В начальный момент трения, в период приработки, происходит
смятие выступов шероховатости и образование площадок контакта, и далее износ осуществ-
ляется по субшероховатости. В процессе трения зерна деформируются пластически и упруго.
Пластическое деформирование зерен приводит к переползанию дислокаций, смещению ва-
кансий, и соответственно, к изменению субшероховатости, которая изменяясь влияет на из-
нашивание поверхности. В процессе водородного изнашивания, ионы водорода, попадая в
кристаллическую решетку и скапливаясь на границах зерен, приводят к образованию новых
выступов и впадин субшероховатости. Ранее установлено, что субшероховатость поверхно-
сти функционально коррелирует с зернистостью материала. Следовательно, уменьшить зна-
чения показателей субшероховатости возможно путем уменьшения размеров зерен. Размер
зерен возможно уменьшить, например, путем термической обработки материалов до мар-
тенситной структуры. Учитывая это, для технологического повышения износостойкости та-
ких пар трения необходимо уменьшать зернистость поверхностного слоя, уменьшать содер-
жание биографического водорода, повысить сопротивляемость материала к проникновению
эксплуатационного водорода. В качестве такой технологии предлагается:
1. Для уменьшения зернистости поверхностного слоя целесообразно применять по-
верхностно-пластическое деформирование или термическую обработку (ТО) с образованием
мелкозернистой структуры.
2. Осуществлять обезводораживание поверхностного слоя.
3. Заполнять межзеренное пространство другим материалом, который препятствует
проникновению водорода в это пространство при эксплуатации в водородной среде.
Методика экспериментального исследования.
Все образцы были подвержены тер-
мической обработке. Закалке до температуры 840
0
С, охлаждению в воде в течение 1 часа.
Для проведения обезводораживания образцов (ВО) была изготовлена установка,
функциональная схема которой была предложена Д.Н.Гаркуновым [1]. Обезводораживание
образцов проводилось по следующей технологии [5]. Перед помещением в камеру образцы
промывались бензином и четыреххлористым углеродом. После помещение образцов в каме-
ру установки, камера герметизировалась и проводилась откачка воздуха из камеры до давле-
ния 1,8•10
-4
Па. При достижении вакуума в 1,8•10
-4
Па включалась электропечь и камера ра-
зогревалась до температуры 523 К. О начале десорбции водорода из образцов судили по па-
дению давления в камере. При достижении вакуума 1,8•10
-4
Па при температуре 523К. элек-