Članci

Detalji: Kategorija: Tekstovi; Datum objavljivanja petak, 16 septembar 2011 19:17; Autor Nenad Mladenović; Pogodaka: 311

Završno plazmeno zatvrdnjavanje nekoliko puta povećava dugovečnost proizvoda i alata te stvara ekonomski podsticaj za njegovu upotrebu.

Mikrotvrdoća praktično bilo kog materijala koji se koristi u proizvodnji potrošnih delova i detalja, nakon kaljenja je oko 5 kJ / mol, posle nitriranja - do 8 GPa, nakon hromiranja - do 11 kJ / mol, posle nanošenja nitrida titanijuma - do 24 kJ / mol. Mikrotvrdoća dijamanta - oko 72 kJ / mol. Mikrotvrdoća zatvrdnjavajučeg nanopokrića nanešenog uz pomoć FPZ dostiže oko 52 kJ / mol.

Povećana trajnost komponenti se veže za smanjenje koeficijenta trenja između površina. Za parove trenja iznosi: bronza na bronzu - 0,2; gvožđe na gvožđe - 0,16, plastika na plastiku - 0,05 koeficijent trenja nanopokrića nanešenog tehnologijom FPZ, na čelik R6M5 je 0,07.

Noseći delovi se koriste u različitim agresivnim sredinama, tako da hemijska otpornost materijala koji se taru veoma važna. Nanopokriće nanešeno tehnologijom FPZ je hemijski inertno i stupa u interakciju samo sa fluorovodoničnom kiselinom.

Posle završetka obrade abrazivnima obrađene površine imaju značajan broj mikrodefekata. Većina istrošenih delova je sklono zamoru materijala, što drektno zavisi od stresa i koncentracije naprezanja u površinskom sloju. Nakon obrade FPZ se radikalno menja topografija površine te se isceljuju mikrodefekti zahvaljujući nanoženju nanopokrića. Visinski parametri hrapavosti Ra utiču na otpornost habajučih površina. Posle obrade FPZ visinski parametri se smanjuju, što utiče na smanjenje broja istupa profila grebena, stečenog i urađenog iznosa.

Elektro-mehaničko habanje usled trenja i sečenja negativno utiče na trajnost delova i instrumenta. Posle FPZ se na površini formirana dielektrični nano premaz sa električnom otpornosču od 106 Oma.

U većini slučajeva, nakon konačnog brušenja se na površini stvaraju zaostala rastezna naprezanja, koji imaju tendenciju da otvore postojeće mikropukotine i dovode do odslojavaja parčadi površine.

Posle FPZ se u površinskom sloju metala stvaraju zatezajuča naprezanja koja obezbeđuju uslove za lečenje mikropukotina i na taj način suprotstavljaju zamoru materijala.

Adhezioni iznos se karakteriše slepljivaljnjem površina materijala u procesu trenja. Nanešeno nanopokriće sa FPZ-sprečava stvaranje mostova zavarivanja, slepljivanja, nalepljivanja materijala na kontratela.

Poznato je da je ulje zadržavajuća sposobnost tarućih površina integralni indikator, koji prognozira otpornost delova na habanje i koroziju. Ugao kvašenja industrijskih ulja napovršin termički obrađenog čeličika 45 je 60˚.

Ugao kvašenja površine sa uljem sa nanopokrićem nanesenim FPZ je 45˚.

Mnogi delovi koji rade u uslovima trenja i habanja, dodatno podnose visoka temperaturna opterećenja, koja utiču na intenziviranje procesa habanja. Testovi na visoko-temperaturnu vazdušnu koroziju u toku 10 sati na temperaturi od 900 ˚ C nisu pokazali značajne promene u svojstvima nanopokrića nanesenog FPZ tehnologijom.

Sa stanovišta fizike izdržljivosti u cilju jačanja površina je preporučljivo stvaranje odgovarajućih uslova kako bi se obezbedilo odsustvo izvođenja dislokacija na površinu. Nanešno FPZ nanopokriće je barijera koja sprečava izlaženje dislokacija na površinu.

Fretting-korozija je jedna od poznatih vrsta habanja. Studije nanopokrića nanesenog metodomFPZ naFretting –otpornost se pokazala obećavajućim za industrijsku upotrebu.

Vodonik koji isparava iz habajučih površina i iz iz okoline uzrokuje ubrzano habanje. Ulja i masti su takođe izvor atomskog vodonika. Nanopokriće naneseno tehnologijom FPZ je efikasno sredstvo u borbi protiv vodonikog habanja.

Materijal za pokriće - okicarbid silikona u amorfnom stanju zadržava svojstva pri temperaturama koje nastaju pri procesu rezanja i štancanja (200-1100 Sa) i ima dielektrična svojstva;

Pokriće ima visoku tvrdoću, koja previšava tvrdoću materijala alata ili dela na temperaturama rezanja alata (mikrotvrdoća 3380 kg / mm 2);

Pokriće je barijerna prepreka koja sprečava slepljivanje pri adhezionom habanju u svim dijapazonima temperatura rezanja i štancanja ono je inertno k rastvaranju u obrađivanom materijalu pri visokim temperaturama;

Pokriće je otporno na uništenje pri značajnoj fluktuaciji temperatura i naprezanja (izdržava maksimalna kontaktna naprezanja do 4000 MPa, koja nastaju pri sečenju);

Pokriće ima hemijsko srastvo ka materijalu koja koje opredjeljuje visolu otpornostna adheziju;

Pokriće ima sa materijalom alata optimalan odnos po modulu elastičnosti, koeficijentu Poasou linearnog širenja, toplote – toplotne provodljivosti;

Pokriće je inertano čvrsto mazivo, koja menja obim i mehanizam razrušavanja pri adeziono-zamornom habanju, ima nizak koeficijent trenja 0,04-0,08 (za čelik ShKh15), čime se obezbeđuje suzbijanje procesa narašćivanja pri sečenju i nalepljivanja pri štancanju i presanju.

Za poboljšanje trajnosti reznih alata i alata delova korištenih u industriji koriste se dobro poznate tehnologije nanošenja pokrića otpornih na habanje: vakumno jaosko-plazmeno sprejanje, elektrolučno legiranje, završno plazmeno kaljenje (FPU) tehnologija modifikacije površina; lasersko i plazmeno kaljenje.

Pri laserskom i plazmenom kaljenju provođenom u vazdušnoj sredini je moguče oksidiranje obrađene povrišne.. U procesu elektrolučnog legiranja je nemoguče dobiti tanake filmove debljine nekoliko mikrometara. Pri vakumno-jonsko-plazmenm sprejanju temperatura obrađenih predmeta iznosi 250-500C, i debljine nanosa značajno zavisi od reljefa prdmeta i njegove lokacije u odnosu na isparivač.

U poslednjih nekoliko godina, postoji mnogo publikacija o upotrebi dijamanata i dijamantskih filmova za otvrdnjavanje režučeg alata i predmeta. U Nemačkoj, čak i izdan poseban standard VOI 2840 na pokrića slična dijamantu. Implementacija ovih procesa se zasniva na upotrebi skupe vakumne opreme.

Finišno plazmeno zatvrdnjavanje (FPZ) alata i delova, obezbeđujuće nonošenje tankog filma podobnog dijamantu (do 3 mikrona) pokrića u nevakumnoj sredini pri atmosferskom pritisku,se odnosi na nove industrijske tehnologije. Proces zatvrdnjavanja alata, pribora i delova mašina se izvodi pri neutralnoj temperaturi okolo 100 ° C grejanja bez promene početne hrapavosti radne površine.

Osnovni princip nanošenja nanopokrića sličnog dijamantu uzetim za usnova ove tehnologije je razlaganje para tečnog tehnološkog preparata koje se uvode u el.lučni plazmatron sa daljnjim nastavljanjem plazmenohemijskih reakcija i formiranja pokrića na predmetu.

Kao polazni materijal za dobijanje nanopokrića sličog dijamantu se uzima osnova oksikarbonitrida kremena (silicij dioksida)- metalno-organskih i organskih jedinjenja u tečnom stanju. Potrošnja tehnološkog preparata u jedno smjenskom radu ne prelazi 0,5 litara godišnje. Kako plazmeno- noseći gas korištenom u le.lučnom platmatronu je izabran argon, njegova primena je zasnovana na zahtevima trajnosti i pouzdanosti komponenti plazmatrona pri dugotrajnom vođenju procesa. U ovom slučaju, izdržljivost katodnog i anodnog dijela platmotrona pri FPZ dostiže oko 1000 sati neprekidnog rada.

Jedna od glavnih karakteristika FPZ vezanom sa visokim stopama hlađenja nanesenog pokrića i prisustvom elemenata-amorfizatorov je amorfno stanje nanesenog sloja, koji ima povećanu tvrdoću (do 53 kJ / mol), visoku otpornost (10 /10 oma "M), nizak koeficijent trenja, poseduje hemijska inertnost. Poznato je da su u amorfnim materijalima osdutni defekti karakteristični za kristalna tela. Oni nemaju granice zrna, dislokacija, njihova struktura je homogena, difuzija po mestu širenja je otežana, oni su izotropni. Amorfna pokrića se koriste kao barijerni film koji sprečava brzu difuziju pasiranih filmova koji povećavaju otpornost na koroziju materijala i sprečavaju kroziono raspucavanje usled naprezanja i vodonične krtosti.

Uporedne karakteristike adhezionih osobina pokrića sličnih dijamanatunanošenih FPZ i pokrića nitrid-titana nanešenih jonsko- plazmaenim sprejanjem u vakuumu optimalnim režimom na uređaju NNV-6, 61/11 se istraživao sklerometričkim metodm. Kao osnova je korištena je termički obrađen alatni čelik R6M5. Kao indendor se koristio dijamantski konus 120°koji se premeštao po površini brzinom 3cm/min.. Vertikalno opterećenje na indenter je povećavano sve dok nije dostiglo kritičnu vrednost po kojoj je premaz potpuno odvojen od podloge. Ovo kritično opterećenje se određivalo ispitivanjem dobijenih ogrebotina pod metalografskim mikroskopom. Studija je pokazala da je kritičko opterećenja na kojem se prvi put pojavili prvi oskolci i ljuštenje pokrića od nitrida-titanijuma je 35 N , a za pokrića nanesenih metodom FPZ- 65 N.

Naneseno pokriće slično dijamantu je dielektrično, stvara filmsku barijeru koji sprečava sljepljivanje kontaktnih površina. Pored toga, ovo pokriće ima poboljšanu otpornost na koroziju i otpornost na toplotu, što se potvrđuje dugotrajnim testovima uzoraka na vazdušnu koroziju na temperaturama do 1000-1200 ° C.

Testovi na trenje i habanje je sprovedeni u skladu sa GOST 23.224-86. U tu svrhu smo koristili uzorke od 38 mm, 12 mm debljine iz čelička R6M5, na koji se nanosilo pokriće slično dijamantu metodom FPZ i pokriće TiN metodom jono-plazmenog sprejanja u vakumu. Kao kontratelo smo koristili termički- obrađen na tvrdoću do HRC63 uzorak čelika ShKh15. Uslovi kontakta – trenje sa 20% proklizavanjem sa uljem. Kao mazivo se koristo industrijsko ulje-I20 (GOST 20779-75). Testovi su sprovedeni pri brzini okretanja uzorka 1000 min -1 pod opterećenjenju od 1650 N. dana, poređenja je korišten uzorak termički obrađenog čelika R6M5.

Tokom eksperimenta, su se beležile vrednosti momenta trenja i masenog habanja uzoraka i izračunati koeficijenti trenja i intenzivnost habanja. Koeficijent trenja se izračunava na sledeći način; ƒ=2Mmp/D*P gde je Mmp - moment trenja , Nm;D - prečnik uzorka, m; R - opterećenje, N.

Dobili smo sledeće rezultate istraživanja triboloških svojstava trenja uzoraka:

Tako je, na osnovu testova na trenje i habanje, utvrđeno da se koeficijent trenja i intenzivnost habanja površina sa pokrićem sličnim dijamantu smanjuje skoro 2-puta u poređenju sa neobrađenom površinom čelika R6M5 i manja je za20% nego premaz TiN, nanesenog u vakumu.

Da bi se utvrdio kvalitet pokrića dizajniran je aparat koji kontroliše rast debljine nanosa u FPZ,korištenjem plazmene struje u svojsvu sonde. Uređaj pruža digitalnu indikaciju signala po jednom ili dva paralelno povezana ulazna kanala, prenost izmjerenih vrednsti na displeju i prikazivanje rezultata u koordinatama snaga-vreme, čuvanja grafički rezultata izmjerenih mikro-struja i vremena u nezavisnoj memoriji. Rezultati merenja se arhiviraju u memoriju uređaja sa 4 MB RAM-a (više od 1 miliona merenja) i mogu se preneti na personalni računar.

Odabrani primeri upotrebe FPZ-a

1. Višestruko povećanje otpornosti kalupa i mašina za oblikovaje stakla. Dodatna oprema mašina za oblikovanje stakla (kalupi, ulazni prsten, vratni prsten, palete završne forme, klip, krune, donji zatvor, klipni prsten) su dizajnirani za livenje stakla i rade u direktnom kontaktu sa tečnim staklom. Livenje i kalupljenje se izvodi u temperaturnom opsegu 700 1000 ° C te pribori rade u teškim uslovima termičko-cikličkih opterećenja. Osnovni materijal za proizvodnju alata i kalupa je sivi visokootporni gus (gvožđe).

U cilju poboljšanja višekratne trajnosti kalupana njegovu radnu površinu se nanosi pokriće slično dijamantu metodom FPZ. Pokriće ima tvrdoću od oko 52 kJ / mol, a otporno na toplotu te je hemijski inertno. Ovo eliminiše potrebu navarivanja praškastih materijalana otpornih na habanje na osnovi nikla.

Koristeći ovu tehnologiju, u "TD" AzovSteklo "pokazao povećanje otpornosti kalupa i delova više od 5 puta.

2. Jačanje tehnološke opreme koja se koristi u masovnoj proizvodnji municije.

U masovnoj proizvodnji municije se koristi velika raznovrsnost specijalizovanih alata za sečenje, alata za štancanje, mernog alata,izrađenih od alatnih čelika i tvrdih legura. Jedan od glavnih alata koji se najviše troši su kalupi koji trpe velika termičko-udarna naprezanja i intezivno trenje izazvano detaljem u proizvonjni. U cilju povećanja tvrdoće površine alata, smanjenja koeficienta trenja između alata i radnog komada, dobijanja na alatu inertnog sloja, koji sprečava formiranje mikropukotina i lepljenja, smanjennja parametara hrapavosti radnih površina alata, primjenjuje se tehnologija FPZ.

Industrijski testovi zatvrdnjene aparature OAO "Tula municijski zavod" su pokazali povećanje njene otpornosti na više od 3 puta.

3. Povećanje dugovečnost alata koji se koristi u proizvodnji kotrljajućih ležajev.

Pri masovnoj proizvodnji ležajeva koriste se raznovrsni alati za: sečenje, kovanje(na automobilskim linijama),alati polutople kalibracije, štancanje,itd. To je primjenjivo na opštu nomenklaturu alata i instrumenta te se predlaže korištenje tehnologije FPZ. Upotrebom ove tehnologije se obezbeđuje lokalno stvrdnjavanje površina habanja različitih instrumenata i alata primenom tankih filmova (do 3 m) pokrića sličnih dijamantu. Premaz ima sledeća svojstva: tvrdoće 52 kJ / mol (u većini slučajeva, tvrdoća tvrde osnove alata oko 8-14 kJ / mol), nizak koeficijent trenja (prilikom testiranja na trenje i habanje sa kontratelom iz materijala Šh15 koeficijent trenja iznosi 0,007, pod istim uslovima samo bez pokrića koeficijent trenja je 0,015), pokriće smanjuje hrapavost površine parametara Ra (u zavisnosti od početne hrapavosti) više od 2 puta, očuvavajući tvrdoću i vanjski vid pri povečanim temperaturama do 1000°C, ne postoji interakcija sa bilo kojom supstancom (osim fluorovodonične kiseline) zbog hemijske inertnosti.

Industrijski testovi ojačanog alata (štancanje) na Volzhskom ležajnom zavodu Imajući su pokazali povećnje otpornosti 4-6 puta.

4. Višekratno povećanje izdržljivost alata hladnog presanja

Hladnim presanjem i ekstrudiranjem iz čelika i obojenih metala se proizvode navrtke, vijci, matice, kao i različiti delovi univerzalne primene(zvezdice, zupčanici, itd), razne forme za izradu delova doživljavaju značajana dinamička udarna opterečenja, te abrazivno i habajuče delovanje.

U cilju povećanja tvrdoće površine alata, smanjenja koeficienta trenja između alata i radnog komada, dobijanja na instrumentu hemijski inertnog pokrića, koje sprečava formiranje mikropukotina i lepljenja, za smanjenje parametara hrapavosti alata, koristi se tehnologija FPZ. Industrijski testovi hladnog presanja alata posle FPZ su pokazali povećanje otpornosti 4-6 puta.

Korišćenje postrojenja za FPZ u industrijskim preduzećima omogučuje smanje broja proizvedenih i kupljenih alata i opreme, uštedu alatnih čelika (zbog smanjenja broja proizvedenih alata i delova), smanjenje obima operacija brušenja i količine kupljenih alata za brušenje (u vezi sa sa korištenjem pojačanog alata i opreme) smanjenje troškova u vezi sa podešavanjem i kalibriranjem presa, drugih mašina i opreme u vezi sa upotrebom trajnijih alata i pribora; intenziviranje režima obrade i, shodno tome povećanje produktivnost uz korištenje ojačanih alata i pribora.