Казармщиков И.Т. - Производство металлических конструкционных материалов (1092920), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Работоспособностьтаких подшипников находится в прямой зависимости от скорости скольжения,нагрузки и режимов эксплуатации. Они должны обладать высокимиантифрикционными свойствами, характеризующимися самосмазываемостью,хорошей прирабатываемостью, износостойкостью и прочностью.Долгое время материалами подшипников скольжения являлись литыематериалы на основе меди (например, оловянистые бронзы). Однако они дороги ине всегда соответствуют эксплуатационным характеристикам современныхмашин и механизмов.В настоящее время существует большое количество спеченныхантифрикционных материалов, которые нашли широкое применение в изделияхобщего машиностроения, работающих в обычных условиях, и в изделияхспециального назначения, эксплуатируемых в сложных условиях.
Большоераспространение получили подшипники скольжения на основе железа и меди,изготавливаемые по традиционной технологии и на стандартном оборудованиипроцессов порошковой металлургии. Довольно широко применяются такжеантифрикционные материалы на основе углерода.Наиболее распространенными антифрикционными спеченными материаламина основе железа являются:– пористое железо;– железографитовые материалы.Пористое железо является самым простым типом антифрикционногоматериала, свойства которого приведены в таблице 5.Технология получения пористого железа состоит в прессованиипорошкового железа, спекании, пропитки маслом и калибровании.Таблица 5 – Свойства пористого железаВременноеМатериал Плотность,3сопротивление,г/смМПаПористоежелезо5,1 – 6,6100 – 220Относительноеудлинение,%ТвердостьНВ,МПаУдарнаявязкость,кДж/м25 – 13350 – 80030 – 100Пропитка машинным маслом изделий является важным технологическимпроцессом,повышающимтриботехническиесвойствапористыхантифрикционных материалов.
Пропитку проводят погружением и некоторойвыдержкой пористого изделия в нагретую до 80 – 120 °С масляную ванну споследующим охлаждением в холодном масле. Хорошие результаты даетпропитка в вакууме, при которой происходит наиболее полное заполнение пормаслом. При пропитке в вакууме содержание масла в изделиях увеличивается посравнению с обычной пропиткой на 25 – 27%, а продолжительность операциисокращается в 8 – 10 раз. Улучшение пропитки маслом даёт применениеультразвуковой обработки, которая обеспечивает скорость пропитки в несколькораз большую, чем во всех применяемых в настоящее время способах.Качествопропиткиоцениваютпомассовойиобъёмноймасловпитывамостью и коэффициентом заполнения пор маслом, которыеопределяются по формулам:m − m1М мас. = 2⋅ 100 %;m1MM об. = мас. ;aмm м ⋅ 10 4K=,aм ⋅ V ⋅ Пгде M мас.
– массовая масловпитываемость;M об. – объёмная масловпитываемость;К – коэффициент заполнения пор маслом;m1 и m 2 – масса изделия до и после пропитки маслом;a м – плотность масла;m м – масса масла в изделии;V – объём изделия;П – пористость изделия (обычно 10 – 30%).Наличие пор создаёт постоянный резервуар масла, которое обеспечиваетнизкийкоэффициенттрения.Способностьпористыхподшипниковсамосмазываться позволяет в ряде случаев отказаться от подвода масла извне, чтоочень важно для труднодоступных узлов машин, а также в тех случаях, когдапопадание смазки от масленок и трубопроводов на продукцию производстванедопустимо (пищевая, фармацевтическая продукция).Железографитовые материалы нашли широкое применение вмашиностроительной и металлургической промышленности, электрической исельскохозяйственной отраслях для изготовления деталей, работающих в узлахтрения.Основными компонентами железографитовых материалов являютсяжелезный порошок, графит и в небольших количествах медь, сера и фосфор.
Вжелезографитовых материалах находится от 1 до 4% графита. Графит в этихматериалах выполняет двойную роль. Растворившийся в процессе получениядеталейграфитувеличиваетпрочностьметаллическойосновы,анерастворившейся – играет роль твердой смазки.Технология изготовления железографитовых материалов включаеттрадиционные для порошковой металлургии операции. Это приготовление шихтымеханическим смешиванием исходных компонентов, прессование, спекание идополнительная обработка (пропитка маслом, калибрование и др.). Давлениепрессования выбирается в зависимости от заданной остаточной пористости,качества порошка, величины навески.
Спекание изделий проводится в защитнойатмосфере или в вакууме в интервале температур 1000 – 1150 °С. В качествезащитной атмосферы применяют водород, диссоциированный аммиак,конвертированный природный газ.Железографитовые материалы имеют перлитно-ферритную структуру.Соотношение структурных составляющих (феррита и перлита) влияет наэксплуатационные свойства железографитовых материалов.
Количествоферритной составляющей зависит от исходного содержания графита, условийспекания и не должно превышать 50%. Наибольшей износостойкостью обладаетперлитная структура.В таблице 6 приведены некоторые свойства спеченных железографитовыхматериалов.Таблица 6 – Свойства антифрикционных спеченных железографитовыхматериаловСодержаниеграфита,%Пористость,%ТвердостьНВ,МПаВременноесопротивление наразрыв, МПа0,5 – 0,80,8 – 1,51,5 – 2,32,3 – 3,05,07,06 – 261,4 – 2715 – 3517 – 3516 – 1918 – 25650 – 800600 – 1850550 – 1300300 – 1450800 – 980250 – 75098 – 470180 – 60080 – 35570 – 280230 – 260150 – 190Временноесопротивление насжатие,МПа–500 – 800400 – 800500 – 700500 – 700500 – 600Ударнаявязкость,кДж/м2200 – 500100 – 30050 – 15020 – 10070 – 9015 – 60В антифрикционных материалах самосмазываемость происходит за счетмасла, выступающего в процессе трения из поровых каналов.
Появление масла наповерхность трения объясняется различным объёмным тепловым расширениеммасла и металлической основы материала. Эффект самосмазыванияобуславливает образование на поверхности трения граничных слоёв масла,сплошность которых зависит от температуры процесса. Повышение температурыповерхности трения подшипников, пропитанных маслом до 60 – 70 °С, приводитк неустойчивому режиму трения, к разрыву масляных граничных слоёв иинтенсивному износу.Для железографитовых подшипников существуют максимально допустимыенагрузки, при превышении которых они теряют работоспособность. Стабильнымисвойствами обладает материал, содержащий 0,8 – 1,0% графита.
Предельнаяскорость скольжения для железографитовых материалов составляет 2 – 3 м/с. Припревышении этой скорости коэффициент трения становится нестабильным, ижелезографитовые материалы теряют работоспособность.Спеченные железографитовые материалы по триботехническим свойствамприближаются к серым чугунам, а по износостойкости и прочности превосходятбронзы.Сравнительные свойства антифрикционных материалов приведены втаблице 7.Таблица 7 – Механические и эксплутационные свойства антифрикционныхматериаловМатериалПористое железоЖелезографит с3% графитаБронза ОЦС6-6-3Баббит Б - 83Твердость,ПределПоказательМПапрочности,P⋅V,МПаМПа ⋅ м / с5301401,7Пористость,%20Плотность,г/см3236,0053018010––8,827,40680300150905–6,20Длительность работы подшипников из железографитовых материаловобычно составляет 3 – 5 тысяч часов и зависит от условий их работы.
Ониприменяются в узлах трения сельскохозяйственных машин, для изготовлениявтулок транспортеров, киноаппаратов, деталей автомобилей, металлорежущихстанков и других целей.Повышениесвойствжелезографитовогоматериаладостигаетсялегированием и введением различных добавок. Для улучшения тех или иныхсвойств вводится медь, фосфор, цинк, олово, молибден, свинец.
Свойствалегированного железографита приведены в таблице 8.Введение меди в железографитовые материалы улучшает свойства за счетполучения более однородной структуры, увеличения твердости, уменьшенияусадки.Легирование цинком, фосфором обеспечивает хорошую спекаемость,мелкодисперсность перлита, более высокую износостойкость.Добавка молибдена увеличивает вязкость и усталостную прочность,понижает износ и коэффициент трения.
Так, материал, содержащий 3% графита и15% молибдена работоспособен в пределах нагрузок от 0,1 до 20,0 МПа прискорости скольжения 0,1 – 95 м/с в условиях трения в режиме самосмазывания,при ограниченной смазке и без смазки.Введение свинца или сплавов на основе цветных металлов даёт повышениепрочностных и антифрикционных свойств. Введение осуществляют присадкамиуказанных добавок в исходную шихту или пропиткой пористого каркасарасплавленным металлом. Так, материал, состоящий из 60 – 90% железа и сплава,содержащего 85% меди, 5% олова, 5% свинца и 5% цинка, используется дляподшипников, работающих при давлениях более 1,0 МПа.Таблица 8 – Свойства легированного железографитаЛегирую- Количес Пористо Твердость,ПределКоэффищийтво,сть,МПапрочности,циентэлемент%%МПатренияБез добавки–16,610272050,52Марганец0,415,812874790,63Микротведость,МПа16001460ХромМедьЦинкОловоФосфорСвинец0,85,01,00,40,40,816,913,714,619,219,515,71050135811441547130112903764504244563734110,520,450,570,520,450,52220036605850195037001800Железомедные материалы, содержащие свинец, имеют повышеннуюпластичность, поэтому их применяют при ударных нагрузках.В настоящее время все большее применение находят материалы ствердыми смазками, работающие в узлах трения с высокими скоростямискольжения, когда даже при небольших нагрузках могут развиватьсязначительные температуры, которые способствуют удалению смазки из областитрения.Для обеспечения хорошей работоспособности узлов трения в этих случаяхсоздаётся на их поверхности защитная разделительная пленка, исключающаяконтакт металлических поверхностей и последующее схватывание.
Защитныеслои на поверхности металла могут создаваться путём соответствующейобработки при изготовлении деталей.Для улучшения триботехнических свойств таких материалов используютразличные вещества, которые наносят на трущиеся поверхности в качестветвердой смазки методом натирания или распыления из суспензий с летучимирастворителями. Веществами, наносимыми на трущиеся поверхности могут бытьсульфиды, селениды, хлориды, фториды, йодиды, нитриды и оксиды металлов.Такие слои твердых смазок удерживаются на поверхности силами адгезии частицтвердой смазки с металлами.
Долговечность таких пленок невелика. Болеевысокую прочность и большее сцепление с поверхностью металла имеют пленкитвердых смазок со связующими. В качестве связующих используются фенольныеи эпоксидные смолы, фторопласт и другие материалы.Эффективным методом образования стабильной разделительной пленки натрущихся поверхностях является введение твердой смазки непосредственно вматериал.
Этот метод более технологичен, исключает дополнительные операциипо пропитке или натиранию материала твердой смазкой.Например, материалы, полученные смешиванием железного порошка,легированного хромом, и дисульфида молибдена ( MoS 2 ), имеют свойства:– твердость HV – 600 – 1000 МПа;– временное сопротивление при сжатии – 1200 МПа;– временное сопротивление при растяжении – 170 МПа;– ударная вязкость – 70 кДж/м2;– износ – 0,005 мкм/км;– предельное давление до схватывания – 12 – 15 МПа.При выборе твердой смазки необходимо учитывать её термостабильность,которая влияет на химическую активность твердых смазок, так как под действиемвысокой температуры и окружающей среды смазки могут разлагаться, образуятвердые и газообразные продукты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
