ბორით მიკროლეგირებული ბეინიტური თუჯების სტრუქტურული ფაქტორების გავლენა ტრიბოკოროზიაზე სრიალით მშრალი ხახუნის პირობებში

თანამედროვე ტექნიკაში გამოყენებულ მასალებს უყენებენ რიგ ისეთ მოთხოვნებს, როგორებიცაა: მრავალფუნქციონირება, ტექნოლოგიური სიიაფე და ხანგრძლივი ექსპლუატაცია. დღეისათვის ერთ-ერთ ყველაზე პერსპექტიულ საკონსტრუქციო მასალათა ჯგუფს მიეკუთვნება მაღალი სიმტკიცის სფეროგრაფიტიანი თუჯები. მაღალმტკიცე ბეინიტური თუჯი გამოირჩევა ტექნოლოგიური მრავალფეროვნებით და მისგან დამზადებული დეტალების გამოყენება ეკონომიკური მახასიათებლების შემცირების საშუალებას იძლევა. ცნობილია, რომ მსოფლიო სამრეწველო ინდუსტრიაში ხახუნზე მომუშავე მანქანათა ნაწილების და დეტალების ცვეთის პროდუქტებზე მოსული დანაკარგი შეადგენს 6-8%-ს, კოროზიით გამოწვეული ზარალი აშშ-ს 2016 წლის მონაცემების თანახმად კი – 1.1 ტრლნ. დოლარს [1], ხოლო ტრიბოკოროზიით გამოწვეული ეკონომიკური ზარალი აღემატება 300 მლრდ. დოლარს წელიწადში [2]. გამომდინარე აქედან, აქტუალურ პრობლემას წარმოადგენს ბეინიტური თუჯების ექსპლუატაციის ექსტრემალურ პირობებში ცვეთის დანაკარგის შემცირება.თანამედროვე სამუხრუჭე სისტემების ექსტრემალურ პირობებში ეფექტური მუშაობისთვის გათვალისწინებულ უნდა იქნას, რომ მათ დასამზადებლად გამოყენებული მასალები უნდა ხასიათდებოდნენ მაღალი მექანიკური სიმტკიცით, თერმომედეგობით, კოროზია და ცვეთამედეგობით და ოპტიმალური ხახუნის კოეფიციენტით. აღნიშნული მოთხოვნები შეიძლება დაკმაყოფილებულ იქნას შენადნობების სტრუქტურწარმოქმნის პროცესების მართვით, სტრუქტურული კომპონენტების თანაფარდობის ოპტიმიზაციით და ფაზური მდგენელების განაწილების რეგულირებით.უკანასკნელ ათწლეულებში შემუშავებული მაღალმტკიცე ბეინიტური თუჯები წარმოადგენს ახალი კლასის საკონსტრუქციო მასალას, რომლებიც გამოირჩევიან მაღალი ტრიბო-ტექნიკური მახასიათებლებით. ასევე აღსანიშნავია ბეინიტური თუჯების მაღალი მექანიკური თვისებები, მაღალი სიმტკიცე და ფართო დიაპაზონში მათი სტრუქტურის მიზანმიმართული მართვის შესაძლებლობა. ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარე, ბეინიტურ თუჯებს მიაკუთვნებენ ერთ-ერთ ყველაზე პერსპექტიულ ცვეთამედეგ მასალათა ჯგუფს.როგორც ცნობილია, მასალის ზედაპირული შრეების დეგრადაცია და რღვევა გამოწვეულია მრავალი ფაქტორით, როგორიცაა დაღლილობა, ადგეზია და ტრიბოკოროზია.ლიტერატურული წყაროების ანალიზის თანახმად ბეინიტური თუჯების ძირითადი ტრიბოტექნიკური და ტრიბოკოროზიული მახასიათებლები (ხახუნის კოეფიციენტი, ცვეთის ინტენსიობა, თბოფიზიკური თვისებები და სხვა) დამოკიდებულია მათ სტრუქტურულ მახასიათებლებზე და გარეგანი ზემოქმედების (გარემო ფაქტორები, ტემპერატურა და კონტაქტური დატვირთვა) ფაქტორებზე.

ცნობილია, რომ დღეისათვის პრაქტიკაში ძირითად გამოყენებული თუჯები ლეგირებულია ისეთი ძვირადღირებული ელემეტებით, როგორებიცაა Cu, Mo და Ni, რომლებიც უზრუნველყოფენ ბეინიტური სტრუქტურის სტაბილურ მიღებას. ამ ელემენტების სიძვირე და საჭირო რაოდენობა (2%-მდე) განაპირობებს დამზადებული პროდუქციის მაღალ თვითღირებულებას. აქედან გამომდინარე, აქტუალურია ზემოაღნიშნული ელემენტების ჩანაცვლება მრავალფაქტორიანი გავლენის მქონე და შედარებით იაფი ელემენტებით. მაგალითად, თხევადი თუჯის ბორით მიკროლეგირება არა მხოლოდ ამცირებს ტექნოლოგიური პროცესის ღირებულებას, არამედ იწვევს სტრუქტურაში ახალი, დისპერსული ფაზების წარმოქმნას (ბორიდების, კარბიდების, ბორის ნიტრიდებისა და კარბო-ნიტრიდების), რომლებიც განლაგდებიან მარცვლების საზღვრებზე, რაც სავარაუდოდ დადებითად უნდა აისახებოდეს მასალის საექსპლუატაციო თვისებათა კომპლექსზე.

ამასთან უნდა აღინიშნოს, რომ ბორით მიკროლეგირებული ბეინიტური თუჯების სტრუქტურული ფაქტორების გავლენა მათ ტრიბოტექნიკურ და ტრიბოკოროზიულ მახასიათებლებზე პრაქტიკულად არ არის შესწავლილი, რაც აფერხებს ამ მასალის ფართო გამოყენებას ექსპლუატაციის ექსტრემალურ პირობებში.

ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარე სამუშაოს მიზანს წარმოადგენს:

• ახალი საკონსტრუქციო კლასის მასალის – ბორით მიკროლეგირებული მაღალმტკიცე ბეინიტური თუჯების სტრუქტურული ფაქტორების გავლენის შესწავლა მათ კოროზიამედეგობაზე და ტრიბოტექნიკურ მახასიათებლებზე.
• ბორით მიკროლეგირებული ბეინიტური თუჯების ლითონური ფუძის ოპტიმალური სტრუქტურული თანაფარდობების (ნარჩენი აუსტენიტი და ბეინიტი) დადგენა.

დადგინდა, კონტაქტური დატვირთვისა და ნარჩენი აუსტენიტის რაოდენობის გავლენა ხახუნის კოეფიციენტზე, მასალის ცვეთამედეგობაზე და ხახუნის საკონტაქტო ზონაში ტემპერატურის ცვლილებაზე. მეტალოგრაფიული ანალიზით გამოკვლეულ იქნა ბორის მიკრო-დანამატების (B-0.03%) გავლენა ბეინიტური თუჯის სტრუქტურაზე. ბორით მიკროლეგირებული მაღალმტკიცე ბეინიტური თუჯების ტრიბო-კოროზიული მახასიათებლების დასადგენად სხვადასხვა ბეინიტური მატრიცის მქონე ნიმუშებს ჩაუტარდა ტრიბოლოგიური კვლევები პერიოდული დასველების რეჟიმით, რომელთა მსვლელობისას დადგინდა ხახუნის კოეფიციენტები, ცვეთის მექანიზმები და ფრიქციულიკონტაქტის ზონაში ტემპერატურის ცვლილების კინეტიკა. ტაფელის პოტენციო-დინამიური მრუდების მეშვეობით დადგინდა აღნიშნული ნიმუშების კოროზიული ქცევა. შესწავლილ იქნა ნარჩენი ასუტენიტის რაოდენობის გავლენა ექსპერემენტული ნიმუშების ხახუნის კოეფიციენტის ცვლილების კინეტიკაზე.

მიღებული შედეგების საფუძველზე დადგინდა სტრუქტურული ფაქტორების გავლენა ბორით მიკროლეგირებული ბეინიტური თუჯების ტრიბოკოროზიულ მახასიათებლებზე, რაც სტრუქტურის მიზანმიმართული ოპტიმიზაციის საშუალებას მოგვცემს და უზრუნველყოფს ამ მასალის ეფექტურ გამოყენებას სამუხრუჭე სისტემების სხვადასხვა ელემენტების და წისქვილების ბურთულების დასამზადებლად.