Твердость. Твердость хрома, в основном, зависит от темпера- туры электролита и плотности тока. Характер этой завнеимости приведен на рис. 26
Различные виды хромовых покрытий имеют следующие значения твердости, МПа: блестящий и серебристо-матовый - 7500-11 000; молочный - 5400-6000; серый -3500-4000; отожженный хром - 3500-4000. Наиболее твердые хромовые покрытия значительно превышают по твердости закаленные (5000 МПа) и азотированные (7500 МПа) стали. Haгрев хромового покрытияуменьшает его твердость, причем до 250-300°С это снижение незначительно (рис. 27, а).
Прочность. Прочность покрытий характеризуется такими их показателями, как модуль упругости, предел прочности, сцепление , с основой. Значения этих показателей для основных видов хромовых покрытий, установленные H.Н. Давиденковым и Ф. Ф. Витманом по разработанной ими методике, приведены в табл. 11. Следует отметить, что хотя с увеличением толщины слоя прочность хромовых покрытий уменьшается, однако в практике хромирования это обычно не учитывается. При современных нормах нагрузки на трущеся поверхности детали, покрытые для восстановления размеров слоями хрома большой толщины, работают надежно, если были соблюдены режимы подготовки и хромирования и применено шлифование покрытия.
Необходимо иметь в виду, что сопротивление хрома сосредоточенным большим нагрузкам в значительной мере определяется прочностью основного металла. На мягком основании, которое неспособно выдержать местные высокие давления, хромовое покрытие продавливается вместе с основным металлом. При достаточно прочном основном металле хромовое покрытие способно выдержать значительные усилия, нормальные к его поверхности. Контактная прочность хромового покрытия на закаленной стали (воздействие на небольшом участке поверхности) при качательном движении составляет 1400 МПа. Прочность хромовых покрытий при касательных усилиях, сосредоточенных на небольших участках, сравнительно мала.
Этим в большинстве случаев объясняются разрушения хромовых покрытий на трущихся поверхностях, если поверхность хрома неровная (наличие шишковатости, отклонения от правильной геометрической формы) или между трущимися поверхностями попадают твердые частицы, вызывающие задиры. Прочность сцепления хромового покрытия с основным металлом (сталью, чугуном) выше прочности сляя хрома, поэтому оказались неудачны все попытки оторвать хромовые покрытия от осовного металла по границе раздела.
При достаточно высоких усилиях всегда происходит разрушение покрытия. Исследования, проведенные И.Я. Богорадом, показали, что после разрыва хромированного образца при прочном сцеплении покрытия происходит осыпание хрома в виде мелких частичек, а на микрофотографии поперечного шлифа шейки образца виден оставшийся тонкий слой хрома, прилегающий к основе.
Такое прочное сцепление обусловлено выполнением наиболее важной операции подготовки детали — анодного активирования а хромовом электролите. При растяжении стального образца, хромированного без анодного активирования, хром полностью отслаивается на границе с основным металлом. При шлифовании такое покрытие отслаивается.
При использовании электролитов, работающих при низких температурах, для улучшения сцепления покрытия с основой деталь предварительно электрохимически травят в смеси серной и фосфорной кислот или применяют гидропескоструйную обработку.
Пластичность. Пластичность электролитического хрома существенно зависит от режима хромирования. Хрупкие осадки хрома (блестящие и матовые) характерны для низких температур электролита и высоких плотностей тока. Более пластичные покрытия получаются при высоких температурах и низких плотностях тока (молочные осадки). Блестящие, матовые и молочные осадки хром выдерживают без разрушения упругие деформации основного металла, стали.
Но уже при небольшой пластической деформации блестящне и матовые осадки растрескиваются. Молочные осадки в этих условиях не разрушаются.
Пластичность хрома определяется обычно по массе разрушенного покрытия после осевой деформации хромированных цнлиндрических образцов (диаметр 10 мм, длина 15 мм). Деформация производится на 1/3 длины образца
Разрушение покрытия характеризуется отношением потери массы покрытия после деформации в процентах к первоначальной массе хрома (чем больше эта потеря массы, тем покрытие более хрупко). Этот метод применим только в те случаях, когда есть уверенность в надежном сцеплении покрытия с основой. Вляние режима хромирования на хрупкость хромового покрытия приведено на рис. 27, б. При нагреве хромовых покрытий их хрупкость уменьшается и при 600°С делается одинаковой для разных видов покрытий.
Антифрикционные свойства. Большая твердость и особая гладкость хромовых покрытий обусловливают на хорошие антифрикционные свойства: низкий коэффициент трения и высокую износостойкость. Сравнительные данные о коэффициенте трения хромовых покрытий и других металлов, полученные В. И. Архаровым с сотрудниками, приведены в табл. 12. Коэффициент трения определялся по схеме, имитирующей работу вала в подшипнике. Коэффициент трения хрома по чугуну, бронзе н баббиту в два-три раза ниже, чем у закаленной сталн. В условиях ограниченной подачи смазки коэффициент трения пористого хрома по чугуну в 1,6 раза меньше, чем для гладкого хрома.
Низкий коэффициент трения и высокая твердость хрома позволяют с успехом применять его для исключения задиров при трении вязких, склонных к схватыванию материалов (нержавеющих сталей, титановых сплавов н др.). Этими же свойствами определяется высокая износостойкость хромового покрытия, которая зависит от режима хромирования и условий работы трущихся пар (прирабатываемости, обеспеченности смазкой, давления и относительной скорости). При правильно выбранных условиях хромирования и эксплуатации хромированных деталей износостойкость стальных деталей после хромирования возрастает в три - пять раз.
В ряде работ приводятся различные значения температуры электролита и плотности тока, обеспечивающие оптимальную износостойкость хрома. Такое различие, по-видимому, связано с разными механизмами износа хрома при разных методах испытаний на износостойкость. Поэтому значення, полученные при каждом методе испытаний, должны рассматриваться как сравнительные, относящиеся только к данному методу. Эти значения большей частью нельзя непосредственно переносить на трущиеся пары с иными условиями трения.
При массовом хромировании однотипных деталей целесообразно уточнить режим их хромирования, обеспечивающий на небольшую износостойкость. Такое уточнение следует произвести путем эксплуатационных испытаний деталей, хромированных при разных режимах.
Износостойкость хромового покрытия связана с его твердостью сложной зависимостыо, характеризующейся наличием максимума (рис. 28). Максимальному значению износостойкости в данном случае отвечает твердость покрытия примерно 10 000 МПа. Показатель износостойкости снижается как при меньших, так и при большихзначениях твердости.
Такая зависимость может быть объяснена тем, что при возрастании твердости хрома увеличивается прочность его зерен, но до максимума изностойкости она остается ниже прочности сцепления зерен между собой. Поэтому при износе происходит только истирание зерен без их выкрашивания.
После достижения максимума прочность зерен хромового слоя начинает превышать прочность их сцепления между собой и возикает выкрашивание отдельных зерен, обусловливающее повышение износа хрома. При таком механизме влияния твердости следует ожидать, что на оптимальную твердость должны оказывать влияние условия трения.
На рис. 29 приведены области режимов осаждения хрома высокой твердости и повышенной износостойкости. Эти данные указывают на некоторое преимущество малоконцентрированного электролита по сравнению с универсальиым в части размера зон высокой твердости и изиосостойкости.
Износостойкость хромовых покрытий в значительной степени зависит от их прирабатываемости. При недостаточно хороших условиях для приработки (местной шишковатости покрытии, неравномерной нагрузке на его поверхиость и др.) возможны схватывания и задиры трущихся поверхиостей. Для улучшения прирабатываемости, кроме устранения указанных недостатков, рекомендуют сопряженную с хромом деталь оксидировать или фосфатировать, а деталь, покрытую пористым хромом. электролитически покрывать тоиким слоем олова.
Высокая износостойкость хромовых покрытий полностью реализуется при трении по стали и чугуну. Имеются данные, что в паре с алюминиевыми сплавами и алюминиевыми бронзами при недостатке смазки хромовые покрытия изнашиваются значительно больше, чем по стали и чугуну.
