Лекции_Матвед_Минаков (863839), страница 17
Текст из файла (страница 17)
механическое изнашиваниеR – радиус микронеровности;h – зацепление микронеровностей;R – маленькое; h – большое;в зоне контакта –микрорезание (абразивнымичастицами) →катастрофический износИтоги: если в зоне трения преобладает механическое изнашивание, то:1) металл сопротивляется деформации микронеровностей, что даёт коэффициенттрения деформационной природы тр(дефор);2) интенсивность изнашивания пропорциональна соотношению h/R,следовательно она прямо зависит от шероховатости;R – большое; h – мало;в зоне контактаупругая деформация →износа нетR – меньше; h –больше;в зоне контакта – ПД,т.е.
наклёп →выкрашивание3) чтобы противостоять механическому изнашиванию, необходимо сделать:- предельно уменьшить шероховатость;- создать на поверхности высокую твёрдость, способную сохраняться принагреве (карбиды, нитриды,...).Б. Молекулярно-механическое изнашиваниесхватывание и вырываниефрагментов оксидной плёнки →износ небольшой;называется процесс«окислительное изнашивание»схватывание чистых, т.е. ювенильных(нет оксидной плёнки) поверхностей ивырывание значительных микрообъёмовменее прочного металла →катастрофический износназывается процесс «схватывание» (илизаедание, задир, нарост)Итоги: если в зоне трения преобладает молекулярно-механическое изнашивание,то:1) металл сопротивляется отрыву микронеровностей, что создаёт коэффициенттрения адгезионной природы тр(адгез) ;2) склонность с схватыванию – это индивидуальное качество металла (!);Примечания:- из Ti НИКОГДА не будут делать узлытрения;- стали бывают как схватываемые, так и нет.Склонность с схватыванию усиливается:- при контакте двух растворимых друг в другеметаллов;- при медленном смещении трущихсяповерхностей;- при нагреве;- в вакууме.Чтобы противостоять схватыванию необходимо:- разделить трущиеся поверхности смазкой (жидкие – масла; твёрдые –дисульфид молибдена 2 );- правильно подобрать пару трения:→ нерастворимые друг в друге металлы;→ твёрдое+твёрдое– 1 словотвёрдое[сталь/чугун]+мягкое[Cu сплавы]1 слово- сделать твёрже твёрдую деталь (ТВЧ, закалка лазером);- изменить химический состав поверхности детали (цементация, азотирование,борирование);- применение материалов, которые вообще не схватываются с металлом:корунд (2 3 )керамикапластмассарубинсложные узлыв вакуумеподшипники в зуб/кол часовПРИМЕЧАНИЕ: Реально в зоне трения (согласно трибологии) тр =тр(дефор)+тр(адгез)§ 2.
Износостойкие материалыСуществуют ли износостойкие материалы?1 слово + 3 строкиА. Материалы, устойчивые против абразивного изнашиваниямеханический износмикрорезаниеМеталл сопротивляется микрорезанию, если твёрдостьдетали > 0,5-0,7*твёрдость абразиваАбразивы: 2 (песчинка) – (1000) HB;2 3 (корунд) – (2000) HBМатериалы должны обладать особо высокой твёрдостью, т.е. содержать в себеочень твёрдые компоненты, иначе, если материал будет полностью супертвёрдым→ он будет суперхрупким.C (алмаз) – (15000) HB;BN – (6000) HB;SiC– (3700) HB;TiC – (2900) HB;2 – (2100) HB;2 – (1500) HB;TiN – (2000) HB.→ твёрдые сплавы (порошковая металлургия)карбидные частицы (80-95смешивание порошков → прессование в брикет →% от объёма)спекание+ связка – Co (5-20 %)карбид W% Coпобедит ВК-6ТК-15для особо тяжёлых работ (вставки победита врежущий и буровой инструмент)раб до 800 ℃карбид Ti→ быстрорежущие стали (выплавка) – обозначение марки «Р+цифра (% W)»Т.О.: закалка (ступенчатый нагрев до 1250 ℃, воздух)Р18~ 0,9 % С + V, Cr + 3-х кратный отпуск (560 ℃) для уменьшения Аост иР6М5увеличения кол-ва карбидовструктура: М + карбиды WC, 2 (10-25 %)5 % Moтвёрдость: 64-67 HRC (max, что может быть у сталей)раб до 600 ℃Вывод: против абразивного изнашивания могут устоять материалы особовысокой твёрдости, у которых твёрдость сохраняется при сильном разогревеблагодаря большому количеству карбидных частиц.Б.
Материалы, устойчивые против ударно-абразивного изнашиваниядолжны быть и вязкими и твёрдыми1900 г. – создание сталей Гадфильда110Г13Л1,1 % СотливкаА класса; HB~20013 % Mnж/д стрелки, гусеницытанков, ковшиэкскаваторов; отбойныемолотки (перфораторы)6 строкВ. Материалы, устойчивые против усталостного изнашиванияПроцесс усталостного изнашивания (зуб. колёса, подшипники)начало процесса:смятие неровностей, формирование языка,расплющивание языка и вдавливание его вповерхность → формирование трещиныразвитие процесса:окончаниеПри прокатываниипроцесса:точки контактаусталостноесмазка зажимаетсявыкрашиваниев трещине и(или «питтинг»)рывком продвигаеттрещинуИтог: для противостояния усталостному изнашиванию необходимо затруднитьсмятие неровностей, т.е. создать на поверхности высокую твёрдость.→ подшипникиТ.О.:сфероидизирующий- трение качения → нет нагрева;отжиг (на Пзерн) +в структуре М- нет удара (min);первичная мех.немного Л.Э.;- небольшие размеры;плавка почище (ЭШП); обработка +- ответственное изделие;неполная закалкаважна стоимость- массовое производство(830 ℃, масло) +маркировка: «Ш (шарикоподшипниковая стальобработка холодом+(~1 % С)) + Х (% Cr)низкий отпуск (160180 ℃)ШХ15 (шар ≤ 23 мм; ℎстенки до 50 мм)структура: Мотп + карбидыШХ15СГ (шар ≤ 15 мм; ℎстенки до 30 мм)твёрдость HRC ~ 60-64Si+Mn1,5 % Cr→ зубчатые колёса- трение скольжения → разогрев;- ударсердцевина – вязкая; поверхность – твёрдая.Х.Т.О.слои ≥ 0,8 мм – цементация + упрочняющая Т.О.
(20, 20Х, 18ХГМ);слои 0,3-0,5 мм – азотирование (38Х2МЮА)§ 3. Пути дополнительного повышения износостойкостилазерная обработка поверхности (на абсолютно полностью готовых деталях)присадка (паста, обмазка)дисперсные частицы SiC,NbC, TiC, Si, B, C, …лазерная закалка- особо мелкокристаллическиймартенсит;- очень высокая твёрдость;- уменьшение шероховатости;- длительность работы деталивозрастает в 6-11 раз;- работа без разогревалазерное легирование→ Наплавка – проплавляется тольконаплавка;→ лазерное легирование – проплавляется иприсадка и немного подложки:- супертвёрдость HV~1500-2000;- время обработки – секунды (!);- любая геометрия;- можно восстановить изношенную частьдетали (!!!)§ 4. Антифрикционные материалы (А.Ф.М.)На шариковые (роликовые) подшипники нельзя устанавливать:- валы электродвигателей с большими скоростями (из-за вибрации);- крупногабаритные валы турбин (из-за биения);- оси ж/д вагонов (из-за абразивного изнашивания)А.Ф.М.
предназначены для изготовления опор (или подшипников скольжения)для данных валов.требование к А.Ф.М.: → max защита вала от износа;от А.Ф.М. необходимо:→ min тр по валу (min площадь контакта, лёгкая подача смазки, быстроеудаление продуктов износа)особый микрорельеф поверхности→ высокая износостойкость (HB – max);→ лёгкая прирабатываемость к поверхности вала (HB –min);→ отсутствие схватывания со сталью (Cu, Sn и Pb).А.Ф.М. всегда состоят из разнородных(твёрдое+мягкое) фаз.«плавающая» опораВыбор А.Ф.М.: по тр и ∙ – удельная мощность трения (P – давление на опору,Па; V – скорость вращения, м/сек)А.Ф.М.«мягкая матрица+твёрдые включения»матрица на основе Sn и SbбаббитыБ88 (Sn [88 %]+ 8 % Sb + 3 % Cu + 1% Co)тр ~0,005; ∙ ~750∙ 105 Па;для валов турбинБКА (Pb [98 %]+ 1 % Ca + 1 % Na + 0,3% Al)тр ~0,005; ∙ ~60∙ 105 Па;используется в виде вкладышей вкольцах подшипников ж/д колёс;пополняется методом заливки.«твёрдая матрица+мягкиевключения»Cu + 30 % Pb (нерастворимыдруг в друге)БрС30тр ~0,008; ∙ ~300∙ 105 Па;для валов электродвигателейIV глава «Материалы с высокими технологическимисвойствам軧 1.
Стали с улучшенной обрабатываемостью резаниемдля метизов – болты, гайки, шурупы и т.д.требования:→ min нагрузка на инструмент- ПД;- твёрдость детали < 0,5 ∙ твёрдость инструмента;HB стали → min→ max теплопроводность% C minТ.О. - отжиг% C min% Л.Э. = 0→ отсутствие налипания на инструментсливная стружкаНАДО – стружка скалывания → пластичность низкаяИтог: стали с улучшенной обрабатываемостью резанием – это низкоуглеродистые,нелегированные стали, в которые для снижения пластичности добавленосодержание вредных примесей и специальные добавки.Такие стали называются автоматными (для высокоскоростного точения наавтоматических линиях)сернистые А12А200,12 % С% S до 0,3 %% P до 0,15 %только для болтов и гаекТ.О.
не применяетсясвинцовистые АС14% Pb до 0,35 %кальциевые АЦ20% Ca – 0,002-0,008 %Т.О. можно делать§ 2. Стали с хорошей технологической пластичностью (дляобработки давлением)Аксиома: любая сталь всегда легче деформируетсяв горячем состоянии, т.е. всегда целесообразнеепроводить горячую обработку давлением (!)для горячей обработки давлением необходимо:→ нагр > рекр (вопрос – в однофазную илидвухфазную область греть?)2 строкиВ тонких сечениях неизбежна ХПД (тонкий лист вытягивают в холодномсостоянии)Требования при глубокойпроцесс называетсявытяжке:«глубокой- ≥ 35 ÷ 40 %;вытяжкой»- ≥ 65 ÷ 75 %;(кузова, багажники- т ΤВ ≤ 0,5 ÷ 0,6 (!)и др.)Требования к сталям:→ min % С;→ качественная выплавка;→ недостаточное раскисление (% Si ≤ 0,03)08кп, 08Фкп, 08ЮкпV~0,02÷0,04%Al~0,02÷0,07%Т.О.
листа перед вытяжкой: рекристаллизационный отжиг (650-670 ℃) +ускоренное охлаждение в душевой камере (1 строкаВ ~ 300 МПа0,2 ~ 170 МПа ~ 40 % ~ 80 ÷ 83 % (!)автомобильный лист)§ 3. Стали с хорошей свариваемостьюиспользуют, если нет больше других вариантов «как это сделать» - для мостовыхконструкций, газо- и нефтепроводов, обшивки вагонов и др.хорошая свариваемостьнет трещин или других дефектовсварного шва ≥ 0,8 ∙ В основного металлапри охлаждении прилегающие зоны начинают сжиматься ина зону сварки начинают действовать растягивающиенапряженияситуаций может быть всего две:1) «горячие трещины»возникают в момент образованиятонких перемычек твёрдого металлапервыхопределяют по чёрным краям трещинопасных горячих трещин меньше, если у сталейболее узкий интервал кристаллизациинеобходимо % С ≤ 0,2«холодные трещины»могут возникнуть в момент прохождения интерваламартенситного превращения Мн-Мк, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
