Справочник по конструкционным материалам (998983), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Результаты расчетов по- 1 2 3 зволили установить допустимые нормы эксплуатации вагонных подшипников цо износу баббитового слоя, определяемому по изменению его толщины в зависимости от ю ца/р нагрузки, скорости и первоначальногодиаметрального знюрв, ри При обнаружении повышенного износа шеек валов, подшипников и определении с помощью расчетов и соот- 3 ф о,,1 аетствУющнх экспеРиментов наличиа смешанного Режима (кривая1ерси-Щтрибека): трения изыскивают пути перехода на жидкостный режим трения. В соответствии с диаграммой Герои-Штрибекв (рис.
3.2) зто возможно вследствие повышения вязкости цяддостюйсмазкя непосредственно в процессе трения; введением в смазки тонкодисперсных твердых веществ (графита, халькогенидов, металлов, полимеров и др.), предотвращающих непосредственный контакт поверхностей трения; обеспечением конструктивными мерами гидродинамических или гидростатических условий трения (поверхности прн этом разделены слоем смазочного материала).
Последнее относится также к случаю газовой (газодинамической и газостатической) смазки. В некоторых случаях проявление схватывания может быть устранено применением газовых химически активных сред, образующих или способствующих образованию нв поверхностях защитных пленок, препятствующих схватьванию (в значительной мере такую роль выполняет кислород воздуха). Закономерности изнашивания некоторых трибосистем рассмотрим на примере подшипников скольжения коленчатых валов различных двигателей (табл. 3.1). Табличка 3. 1, Виды повреждений подшипников скольжения (8) смазки ц, угловой скорости а н снюкения давления р (участок 3). Смягчить условия работы трибосистемы иногда удается с помощью конструктивных изменений трущихся деталей.
Например, бесканавочная конструкция подшипников коленчатого вала дизелей тепловозов позволила перевести работу таких подшипников в режим жидкостного трения, устранить случаи задиров шеек коленчатых валов и существенно поднять долговечность трущегося узла (16). В тех случаях, когда не удается перевести работу трибосистемы в режим жидкостного трения, приходится изыскивать пути обеспечения устойчивой работы и при смешанном режиме. Это достигается подбором смазочных материалов (и присадок к ним), антифрикционных материалов и материалов цапф.
При выборе смазочного материала надо ориентироваться на смазки, у которых переход из режима жидкостного трения в режим нарушения сплошносги происходит при более высокой температуре. Последнее достигается введением в смазку определенного количества поверхностно-активных веществ (присадок), добавок различных металлических частиц (металлоплакирующие смазки), позволяющих в определенных условиях реализовать эффект избирательного переноса, а также других частиц, увеличивающих при контактировании поверхностей в режиме смешанного трения долю участков с твердой смазкой. Области рационального использования различных антнфрикционных сплавов и материалов цапф представлены в табл.
32 (8). Рекомендации по использованию различных металлов составлены с учетом технологических и конструктивных факторов. При этом учитывали показатели совместимости трущихся поверхностей. В ряде случаев осуществляется работа подшипников в режиме трения без смазки. Это диктуется соответствующими конструктивными параметрами агрегатов и условиями работы (вакуум, высокий уровень нагрева и др,). Иногда трение без смазки является следствием аварийного состояния трибосистемы, возникающего прн резком увели- чеиин нагрузки, прекращении поступления смазки и по другим причинам.
При трении без смазки сравнительно устойчивая работа достигается использованием антифрикционнь|х материалов, содержаШйх твердые смазки и мягкие структурные составляющие и обладающих свойствами самосмазывания (например, металлофторопластовый материал, алюмнниево-оловянные сплавы и т. п.). В процессе трения деталей трибосистемы проходят процессы самоорганизации поверхностей, в результате которых образуется равновесная шероховатость (25), изменяется их геометрия и происходит структурная самоорганизация ~4, 76).
3.2. Изиосостойкие материалы высокой твердости Материалы высокой твердости используют главным образом в трибосистемах, подверженных абразивному изнашиванию. Основным показателем, определяющим износостойкость при изнашивании закрепленным абразивом, твердость которого намного превышает твердость изнашиваемого материала, является твердость (микротвердость) поверхностного слоя (72, 73). Определенная корреляция установлена и между износостойкостью материалов и модулем упругости. Если твердость материала близка или намного превышает твердость абразива, показатели износостойкости резко возрастают. Условия, при которых в реальных случаях происходит абразивное изнашивание, разнообразны.
Все это не позволяет однозначно ранжировать материалы по износостойкости (как это сделано, например, для прочности). Сведений об износостойкости а материалов высокой твердости, испытанных по какой-либо единой методике, нет. Приведенные в опубликованных работах данные, полученные по различным методикам и при несопоставимых условиях испытаний, не могут дать объективной оценки износостойкости твердых материалов.
К тому же и свойства таких материалов зависят от технологии их получения, пористости и т. и. Наиболее объективную информацию об относительной износостойкосги материалов„твердость которых существенно выше твердости основного природного абразива (окснда кремния), дают значения твердости и модуля упругости, указанные далее в таблицах.
В значительной мере от этих характеристик зависят и противозадирные свойства материалов [551, важные для деталей машин, работающих в контакте не с абразивом, а между собой. Из простых веществ высокой твердостью обладают лишь алмаз (углерод) и бор. Подавляющее большинство веществ с высокой твердостью — тугоплавкие химические соединения 124, 48, 49, 50, 791. Представляют интерес металлоподобные карбиды, нитриды, борнды, снлицнды тугопяавяих иереходьи мезаллов Ж вЂ” Ч1 групп Периодической системы эяеыеикж. Бмь.
шие перспективы у неметаллических бескислородных тугоплавкнх соединений — карбидов и нитридов бора и кремния, а также у твердых тугоплавких оксидов (алюминия, циркония и др.), ситаллов, нитрида алюминия, интерметаллндов и других соединений. Полезным комплексом триботехнических свойств должны также обладать соединения переходных металлов (лантаноидов и актнноидов) с легкими элементами первых двух периодов (В, С, Я, О, Я). Однако этн металлы более дороги и дефицитны. Сложные тугоплавкие твердые соединения, содержащие несколько металлов и (или) металлоидов, изучены недостаточно и вследствие этого развитие материаловедения тугоплавких соединений требует серьезного внимания.
Из-за высокой хрупкости твердых соединений и трудности их обработки изготовление деталей из тугоплавких соединений в большинстве случаев нецелесообразно илн экономически невыгодно. Основная область их применения — твердые составляющие композиционных материалов (например, твердых сплавов) и покрытия, наносимые самыми различными способами. 3.2.1. С®ерхтйердые ы®териалы К сверхтвердым материалам (микротвердость которых превышает 5000 НЧ0,1) относятся кубические модификации углерода (алмаз) и нитрида бора, свойства которых приведены в табл.
3.3 и 3.4. Синтетические алмазы в виде порошков и плотных поликристаллических образований типа баллас и карбонадо используют для приготовления абразивного инструмента и абразивных паст. Баллас и карбонадо применяют для изготовления волок, резцов, выглаживателей, а в дробленом виде — для производства абразивного инструмента. Спемнием смеси микропорошков синтетических и природных алмазов получают плотные поликристаллические образования алмаза (в виде цилиндриков диаметром 3 — 4,5 мм и высотой 4 мм) с мелкозернистой струкгурой — СВ и дисмит.
Их ст, при одноосном сжатии достигает 5000 МПа. Алмазы марки СВ предназначены для буровых коронок и долот, а также пил, применяемых при резке неметаллических материалов. Дисмит при- 148 меняют для изготовления горнобурового инструмента, а также режущего инструмента (резцов, сверл и др.), используемого при обрабогке цветных металлов и сплавов, пластмасс, стеклопластиков. ~аблмца ЗЗ. Оспевпые параметры и евейства алмаза п кубпчеекеге пп1рпда бера [бб, 79) Тайшца 3.4. Йзпесеетейкесть в алмаза, пелпкрпеталлпческп* твердых матерпалеа и твердых сплявев прн трепни е преелейку карбида беря Эй $ (испытания пе ГОСТ $744-$5) (74) Кубический ни1рид бора получают только синтетическим путем нз гексагональиой модификации (79) и применяют главным образом для изготовления абразивного инструмента.
По твердости кубический нитрид бора уступает алмазу, но существенно превосходит его по теплостойкости. Кроме того, он значительно менее адгезионно и химически активен по отношению к материалам на основе железа, никеля и кобальта (5$). В США кубический нитрнд бора выпускают нод названием боразон, в России — эльбор и кубонит: ЛО и КΠ— эльбор и кубоннт обычной прочности, ЛР, КР— то же повышенной прочности (791.
Разновидности поликристаллического материала (созданные на основе зльбора, кубонита, вюрцнтоподобного и гексагонального нитрида бора) — эльбор-Р, гексаиит-Р, исмит, ПНТБ, композит-0„5 н другие производят в виде пластин различной формы и цилиндрических вставок массой от 0,5 до нескольких карет. Изготовляют из 149 них металлорежущий инструмент, применяемый при обработке труднообрабатываемых закаленных сталей, чугунов н сплавов с твердостью > 40 НВ.Сг Стойкость такого инсгрумеита в 10-20 раз больше стойкости твердосплавного (при этом обеспечивается повышение производительности в 2 — 4 раза).
К композиционным сверхтвердым материалам относится славутич, не уступающий природным алмазам по износостойкости, но значительно превышающий их по прочности !793. Изготовляют его в виде цилиндров и пластин различных размеров (до 25 мм). Применяют славутич ди буровых долот, кругов (карандашей, брусков, роликов) и т, п. 3.2.2. Металлепедобные соедииеииа Высокой твердостью и износостойкосп ю обладают металлоподобные карбиды переходных металлов с незаполненнымн Н.электроннымн оболочками !24, 48, 49, 50, 52, 791. Они представляют собой фазы внедрения или близкие к ним структуры, в которых атомы углерода занимают октаэдрнческие или тетраэдрические пустоты плотноупакованных металлических подрешеток (табл. 3.5). Ф а~ мз кдмlмоль 7, т/М О !в г,с НЧО,! Е, ГПа р 10,0м м Т1С ~гСо,о7 4,94 6,56 3067 3420 494 401 Кубическая я 52,2 50,0 205,55 193,26 3828 2648 3600 2700 2900 2400 45,0 65„0 51,1 480 495 479 205,61 99,02 137,59 3983 1500 1780 42,1 127 109 550 2500 970 1380 143,30 600,43 209,75 Гексагоиаяьиая Сггсг М С %С Фгс 9,18 15,67 17,23 2400 2776 2700 1500 2100 1990 530,7 737 46,93 38,79 Гексагоиаяъиая 19,2 80,0 Гексаго пал ьиая компактная Порошки карбидов применяют длл обработки металлов.
Некоторые детали нз карбидов изготовляют методами порошковой металлургии (прессование с последующим спеканием или горячее прессование). Карбиды широко используют в качестве основного компонента твердых сплавов, наплавочных материалов, поверхностных покрытий (наносимых газофазным, детонацнонным и другими методами). Карбиды служат в качестве упрочняющей фазы легированных сталей и поверхностных слоев, образующихся при цементации, ннтроцементации, карбонитрации и др. Упрочняющая карбидная фаза образуется также при диффузионном насыщении углеродистых сталей активными карбидообразующими элементами (например, хромом), а ~а~же прн кон~ак~~ом эвтектнческом !50 НФСо,оо ЧСОО7 ХЬСО оо ТаСооо Сгггсо СГ7СЗ Таблица 3.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
