Page 11 - Реферат_Ткачук

9

Встановлено, що на характеристики поверхні (шорсткість, твердість), а
також на товщину азотованого шару та його складових (нітриди TiNx i Ti2N,
дифузійний твердорозчинний шар Ti(N)) найбільше впливає температура.
Зокрема, з підвищенням температури від 600 до 850 °С (10 год) шорсткість
поверхні (Ra) технічно чистого титану ВТ1-0 збільшується від 0,3 до 0,6 мкм,
твердість поверхні від 5,3 до 17,5 ГПа, товщина азотованого шару від 40 до
270 мкм. У той же час вплив тривалості витримки виражений меншою мірою.
Для прикладу, за температури азотування 850 °С збільшення ізотермічної
витримки від 1 до 10 год призводить до збільшення твердості поверхні від
12,5 до 17,5 ГПа, а товщини азотованого шару від 160 до 270 мкм. Для
титанового сплаву ВТ6 за підвищення температури азотування від 600 до 900 °С
шорсткість поверхні збільшується від 0,1 до 1 мкм, твердість від 5 до 17 ГПа,
товщина азотованого шару від 20 до 150 мкм.
5
Зі зниженням парціального тиску азоту від 10 до 1 Па поверхнева нітридна
плівка тоншає і вміст TiNx фази у її складі зменшується. Відповідно за
парціального тиску 1 Па нітридна плівка містить, в основному, нітрид титану
Ti2N. При цьому зменшуються шорсткість азотованої поверхні, поверхнева
мікротвердість і градієнт властивостей у приповерхневому шарі, а глибина
дифузійного шару зростає за рахунок зниження дифузійного бар’єру
поверхневого нітриду.
Оскільки поверхневий нітридний шар є ключовим для зносо-та корозійної
тривкості, то оцінили роль його морфології у забезпеченні рівня цих
характеристик. Для цього, змінюючи температурно-часові та газодинамічні
параметри насичення у вище означених діапазонах, формували два характерні
структурно-фазові стани: I – з переважним вмістом фази мононітриду TiNx у
нітридному шарі; II – з переважним вмістом фази нітриду Ti2N.
На прикладі титанового сплаву ВТ6 показано, що за структурно-фазового
стану ІІ якість поверхні сплаву краща (Ra=0,36 проти 0,51 мкм), а поверхнева
мікротвердість нижча (H0,49=12,4 проти 21,2 ГПа), ніж за структурно-фазового
стану І. З переходом від структурно-фазового стану І до ІІ товщина нітридного
шару зменшується. При цьому зменшується розмір зерен титанової матриці і
змінюється їх морфологія з пластинчастої на рівновісну, що пов’язано з
температурно-часовими параметрами формування відповідного структурно-
фазового стану.
Вплив структурно-фазового стану азотованого титанового сплаву ВТ6 на
трибологічні характеристики оцінювали у трибопарі з UHMWPE в 10% водному
розчині хондроїтину сульфату, який моделює синовіальну рідину. На рис. 1
наведено залежності коефіцієнта тертя трибопар (а) та об’ємного зносу контртіла
UHMWPE (б) від шляху тертя. Встановлено, що для трибопари, де сплав
азотували на структурно-фазовий стан І, зі збільшенням шляху тертя коефіцієнт
тертя зменшується і стабілізується на рівні 0,08 (рис. 1 а, крива І). При цьому
об’ємний знос контртіла зростає (рис. 1 б, крива І). Для трибопари, де сплав
азотували на структурно-фазовий стан ІІ, об'ємний знос контртіла суттєво
менший, і зі збільшенням шляху тертя його значення стабілізується
(рис. 1 б, крива ІІ).