2015-05-20
718
Триботехнические испытания проводились для предварительно закаленных и отпущенных инструментальных сталей, подвергнутых ионно-лучевой обработке азотом при различных температурах. На рисунке 5.4 приведены зависимости линейного износа обработанной на различных режимах стали Х12ВМ от продолжительности испытаний в условиях трения без смазки по закаленной стали У8. Можно видеть, что в исходном не-имплантированном состоянии сталь характеризуется сравнительно невысокой износостойкостью. Интенсивность линейного износа составляет 1,47- 10-2 мкм/м (
1,5-10-8).
Рис. 5.4 –– Зависимость линейного износа от пути трения стали Х12ВМ, прошедшей обработку на различных режимах: 1 –– исходное состояние (закалка + отпуск); 2 –– имплантация N+ при 620 К (j =2 мАсм-2); 3 –– то же при 670 К; 4 –– то же при 720 К; 5 –– то же при 770 К.
Коэффициент трения стали находится на уровне f=0,9-l,0 (таблица 5.2). Ионно-лучевая имплантация стали при 620 К приводит к некоторому снижению износа стали Х12ВМ на начальных стадиях испытаний. Однако на более поздних стадиях испытаний (
300м) интенсивность изнашивания существенно возрастает и выходит на уровень 
1,5-10-8 ( = 1,49-10-2мкм/м).
Таблица 5.2
Значения интенсивности линейного износа и коэффициента трения f стали Х12ВМ после различных режимов обработки
| Режим обработки | Интенсивность износа , мкм/м
| Коэффициент трения f |
| Закалка + отпуск | 1,47·10-2 | 0,8-0,9 |
| Имплантация N+ 620 К | 1,49·10-2 | 0,8-1,0 |
| Имплантация N+ 670 К | 0,80·10-2 | 1,0-1,2 |
| Имплантация N+ 720 К | 0,21·10-2 | 1,1-1,2 |
| Имплантация N+ 770 К | 0,10·10-2 | 0,9-1,1 |
Повышение вызвано износом упрочненного слоя и выходом на поверхность трения неимплантированных слоев подложки. Увеличение температуры обработки до 670–720 К приводит к резкому возрастанию износостойкости модифицированного слоя, что связано с увеличением его толщины. Коэффициент трения при этом выходит на уровень максимальных значений f = l,0–1,2. Наиболее высокие триботехнические свойства стали достигаются после ионной обработки при 770 К (см. табл. 5.2). Значения коэффициента трения при этом несколько снижаются до f = 0,9–l,l. На рисунке 5.5 приведена зависимость коэффициента трения от пути пробега для имплантированной ионами азота при 770 К стали Х12ВМ. Интенсивность износа поверхностного слоя стали после обработки при 770 К уменьшается примерно в 15 раз по сравнению с исходным неимплантированным состоянием. Вместе с тем, при температуре обработки 770 К регистрируется сильное разупрочнение подложки, что может снижать стойкость штамповой оснастки.
Рис. 5.5 – Зависимость коэффициента трения имплантированной ионами азота при 770 К стали Х12ВМ
(j=2 мА·см2) от пути трения (трение без смазки; р=2 МПа; контртело - закаленная сталь У8).
На рисунке 5.6 представлены зависимости линейного износа h от пути трения для стали XI2М, имплантированной азотом с пониженной плотностью тока ионного пучка (j=l мА·см2) при 680-740 К. В таблице 5.3 приведены триботехнические характеристики стали, обработанной по различным режимам. В исходном состоянии сталь XI2М имеет интенсивность износа =1,4-10-2 мкм/м (1,4-10-8) близкую к значениям для закаленной и отпущенной стали Х12ВМ (таблица 5.2). Некоторое увеличение интенсивности износа стали Х12М, имплантированной азотом при 680 К, связано с быстрым износом модифицированного слоя и выходом на поверхность трения подложки, имеющей несколько пониженную твердость по сравнению с исходным необработанным состоянием.
Рис. 5.6 ––Зависимость линейного износа от пути трения стали Х12М, прошедшей обработку на различных режимах: 1 –– исходное состояние (закалка +отпуск); 2 – имплантация N+ при 680 К (j=l мАсм); 3 –– то же при 720 К; 4 –– то же при 740 К.
Увеличение температуры ионно-лучевой обработки до 720 и 740 К приводит к существенному возрастанию износостойкости поверхностных слоев стали (рисунок 5.6, таблица 5.3) и увеличению ее коэффициента трения.
Таблица 5.3
Значения интенсивности линейного износа и коэффициента трения f стали Х12М после различных режимов обработки
| Режим обработки | Интенсивность износа , мкм/м
| Коэффициент трения f |
| Закалка + отпуск | 1,40·10-2 | 0,8-0,9 |
| Имплантация N+ 680 К | 1,47·10-2 | 0,8-1,0 |
| Имплантация N+ 720 К | 0,83·10-2 | 1,0-1,1 |
| Имплантация N+ 740 К | 0,35·10-2 | 1,0-1,1 |
В частности, интенсивность изнашивания обработанной при 740 К стали уменьшается примерно в 4 раза по сравнению с исходным состоянием. Сопоставляя данные по триботехническим свойствам имплантированных сталей Х12М и Х12ВМ, можно констатировать, что обработка штамповой стали при пониженной плотности ионного тока (j=l мА·см-2) приводит к некоторому снижению износостойкости модифицированного слоя по сравнению со случаем обработки, проведенной при j=2 мА·см-2. Несколько пониженная износостойкость имплантированной при 720-740 К стали Х12М, связана с выделением в поверхностных слоях стали карбонитридной фазы Fe3(C,N) вследствие относительно более низкой концентрации азота в поверхностных слоях имплантированной стали.
