Влияние химического состава легированных железоуглеродистых сплавов на триботехнические свойства антифрикционных материалов для подшипников скольжения | Статья в сборнике международной научной конференции

Библиографическое описание:

Бабец Н. В., Васильев Б. Н., Исмаилов М. А. Влияние химического состава легированных железоуглеродистых сплавов на триботехнические свойства антифрикционных материалов для подшипников скольжения [Текст] // Технические науки: традиции и инновации: материалы Междунар. науч. конф. (г. Челябинск, январь 2012 г.). — Челябинск: Два комсомольца, 2012. — С. 98-101. — URL https://moluch.ru/conf/tech/archive/6/1470/ (дата обращения: 17.10.2018).

В чистом виде металлы, как правило, не обладают необходимым комплексом антифрикционных свойств, поэтому при создании антифрикционных материалов методами порошковой металлургии за основу принимается какой-либо из дешевых и доступных металлов (преимущественно железо или медь). Необходимые антифрикционные свойства придаются основе дополнительным легированием или введением антифрикционных присадок.

Легирование материала основы приводит к изменению структуры материала, физико-механических и антифрикционных свойств. Причем между этими свойствами не всегда наблюдается взаимосвязь. Хотя для обеспечения большой несущей способности узла трения необходимо применять материалы с высокими прочностными свойствами, а для понижения значений коэффициента трения следует вводить специальные антифрикционные добавки, которые однако, снижают прочностные свойства.

Чтобы повысить прочностные свойства материала на основе железа, их обычно легируют такими элементами, как углерод, хром, никель, медь, марганец и молибден в различных комбинациях. Улучшению свойств трения в сплавах на железной основе содействует введение графита, серы, сульфидов, меди, фторидов и пр [1].

Основными требованиями, предъявляемыми ко всем антифрикционным материалам, являются минимальный коэффициент трения и высокая износостойкость. Эти свойства определяют минимум потери энергии в узлах трения и максимальный срок их службы.

В настоящее время существует множество узлов трения, в которых применяются антифрикционные материалы – цилиндрические и шариковые подшипники, подпятники, вкладыши, направляющие, скользящие токосъемники, торцевые и боковые уплотнения, шарнирные устройства, поршневые кольца и др. Не менее разнообразны и условия их работы – со смазкой, при граничном трении, трении без смазки, в вакууме, при повышенных температурах, высоких скоростях, больших нагрузках и пр.

Использовании методов порошковой металлургии позволяют получить композиционные материалы с практически неограниченными вариациями состава и пористости. Поры, будучи заполнены смазочными материалами, играют роль резервуаров смазки, обеспечивающих эффект самосмазывания т.е. сохранение слоя смазочного материала на поверхностях трения за счет смазки, находящейся в порах материала, что предохраняет материал подшипника от катастрофического износа и схватывания в момент первого пуска или аварийного прекращения подачи смазочного материала. Наличие смазки в порах материала позволяет таким подшипникам работать длительное время без подачи дополнительной жидкой смазки извне [2].

Нами был разработан и испытан композиционный антифрикционный материал Fe-Mn-Si-Cu на основе железа. Он был получен путем механического смешивания железного порошка и легирующих элементов, вводимых в чистом виде и в виде ферросплавов. Введение в шихту марганца и кремния позволило повысить прочностные характеристики материала. Введение меди позволило улучшить не только прочностные характеристики, но и триботехнические свойства материала. Также введение меди в состав шихты позволило уменьшить усадку брикетов при спекании. Медь вводили в шихту в количестве 0-10% % по масс.

В качестве шихтовых материалов использовали железный порошок ПЖР 3.160.26 (размер частиц63÷100 мкм), ферромарганец ФМн78С1Р15 (ГОСТ 4755-91) с содержанием марганца 78, ферросилиций ФС45 (ГОСТ 1415-93) с содержанием кремния 47%, порошок электролитической меди. Шихту смешивали в конусном смесителе в течение 4 часов. После смешивания шихты прессовали брикеты при давлении прессования 600 МПа. После прессования брикеты спекали в атмосфере осушенного диссацированного аммиака при температуре спекания 1175-1180 0С в течение 2 часов. После спекания образцы пропитывали в минеральном масле И-20А в течение 60 мин при температуре 120-1300С.

После пропитки образцы испытывали на торцевой машине трения при постоянной удельной нагрузке от 5 до 20 МПа в течение 10 часов. Испытания проводились без подачи дополнительной смазки в зону трения. Схема контакта образца с контртелом (сталь марки 45 твердость 48…52 HRC) была выбрано не полной. Это позволило значительно снизить время испытания пропитанных образцов, также при такой схеме контакта сильно проявляется эффект самосмазывания т.к. смазочный слой, который образуется на контртеле при работе пары трения периодически срезается краями образца, что в свою очередь приводит к подпитке смазкой из пор образца. Все образцы испытывали в условиях полужидкостного трения.

На рис.1 изображены результаты испытания образцов пропитанных в индустриальном масле И-20А в условиях полужидкостного трения в течение 120 мин при нагрузке 5 МПа.

Рис. 1. Зависимость коэффициента трения от содержания меди: 1-Cu 0%; 2-Cu 2%; 3-Cu 4%; 4-Cu 6%; 5-Cu 8%; 6-Cu 10%

Из кривых зависимостей следует, что в начальный период времени работа сопряженных тел нестабильна и нормальный режим работы пары устанавливается через 15…20 мин. Особый интерес представляет результат испытания образца №5 с содержанием меди 8% (кривая 5). Данный образец показал самый низкий коэффициент трения 0,045. Пористость образцов с содержанием меди 8% составила 18%. Низкий коэффициент трения можно объяснить появлением в зоне трения эффекта избирательного переноса с образованием особых пленок, при котором наблюдается низкий коэффициент трения и минимальный износ трущихся поверхностей.

По результатам испытаний был отобран материал с содержанием меди 8% пористость образцов при этом составила 18%. Далее для определения нагрузочной способности исследуемого материала при трении в среде жидких смазок были проведены соответствующие испытания, при которых менялась нагрузка на образец от 5до 20 МПа, а скорость скольжения в зоне фрикционного контакта оставалась постоянной. Результаты испытаний приведены на рис. 2.

Рис. 2 Зависимость коэффициента трения от времени испытания для давлений в зоне контакта МПа: 1-5; 2-10; 3-15;4-20.

Уменьшение времени приработки с увеличением давления в зоне контакта, свидетельствует о более высокой скорости протекания процесса формирования вторичных структур, чему в значительной степени способствует повышение температуры в зоне контакта 500С при 5 МПа, 700С при 20 МПа. Как видно из рисунка при нагрузке 20 МПа коэффициент трения в зоне контакта резко возрастает и соответственно увеличивается износ образцов.

Значения износа и максимальные температуры вблизи зоны контакта образца с контртелом, полученные после испытания в течение 120 мин при различных давлениях в зоне трения приведены в табл.1.

Таблица 1


Нагрузка, МПа


5

10

15

20

Линейный износ J, мм

0,005

0,007

0,009

0,025

Температура, 0С

50

54

62

70



Рост линейного износа связан с увеличением давления в зоне контакта, и объясняется более жесткими условиями работы образцов на этапе приработки. Увеличение давления в зоне контакта до 20 МПа приводит к скачкообразному изменению триботехнических характеристик материала. В этом случае продолжительность периода приработки составляет 5 мин, но коэффициент трения оказался высоким 0,082, а линейный износ образца составил 0,025 мм за 120 мин работы. Очевидно, что такая величина давления, является в данных условиях критической. Это можно объяснить тем, что в начале испытания из-за высокого давления температура в зоне контакта возрастает выше какого-то оптимального значения и образование вторичных структур, обеспечивающих низкие значения коэффициента трения и износа затруднено или невозможно. Это способствует повышению коэффициента трения и температуры и в итоге приводит к качественно новому механизму процесса трения.

В подавляющем большинстве случаев условия работы узлов трения таковы, что надежность и долговечность их работы зависит от условий перехода в момент пуска, от граничного трения к жидкостному. Применение пористых порошковых композиционных материалов пропитанных в жидких смазках позволяют снизить износ узла трения в момент пуска за счет использования жидкой смазки поступающей из пор порошкового материала. В дальнейшем при работе узла трения, когда за счет поступающего смазочного материала обеспечивается нормальный режим работы, происходит одновременно и подпитка пористого материала жидкой смазкой, которая в дальнейшем используется при последующих пусках.

Перспективным направлением в применении пористых антифрикционных материалов в узлах трения скольжения является расширение области их применения и установление возможности их использования в тяжелых режимах работы.



Литература:

  1. Анциферов В.Н., Акименко В.Б. Спеченные легированные стали. М.: Металлургия, 1983 г. – 88 с.

  2. Мошков А.Д. Пористые антифрикционные материалы. «Машиностроение», 1968 г. – 207 с.

  3. Чичинадзе А.Ю. Трение, износ и смазка. Трибология и триботехника. М., Машиностроение, 2004г. – 576 с.

  4. Федорченко И.М., Пугина Л.И. Композиционные спеченные антифрикционные материалы. Киев: Наук. думка, 1980 г. – 404 с.

Основные термины (генерируются автоматически): зона контакта, коэффициент трения, содержание меди, материал, увеличение давления, граничное трение, порошковая металлургия, жидкая смазка, линейный износ, железный порошок.

Похожие статьи

Анализ факторов, определяющих интенсивность износа...

зона контакта, коэффициент трения, содержание меди, материал, увеличение давления, граничное трение, порошковая металлургия, жидкая смазка, линейный износ, железный порошок.

Повышение ресурса чугунных тормозных колодок локомотива

зона контакта, коэффициент трения, содержание меди, материал, увеличение давления, граничное трение, порошковая металлургия, жидкая смазка, линейный износ, железный порошок.

Композиционные пористые материалы на основе железа и их...

железный порошок, давление прессования, размер частиц, зависимость коэффициентов трения, качественное изменение контакта, различная пористость, последующее спекание, компактный материал, жидкая смазка, HRC...

Особенности изнашивания механизмов машин в зазоре пары...

металлический контакт, коэффициент трения, смазочная система, холодный пуск, надежная работа сопряжения, смазочный материал, критическая температура, граничная смазка, адгезионное изнашивание, EURO.

Повышение эффективности технического обслуживания легковых...

– образование на узлах трения обледенений с большим содержанием грязи

Дефицит смазки в узлах трения приводит к увеличению люфтов.

Поэтому износ узлов трения ходовой части и трансмиссии автомобилей продолжается от динамических нагрузок, абразивного истирания...

Методы повышения износостойкости деталей

Увеличение долговечности трущихся деталей машин немыслимо без применения методов расчёта на износ, в которых учитываются физико-механические характеристики материалов трущихся тел, режимы работы узла трения (нагрузка, скорость), внешние условия трения...

Размер абразивных частиц в масле агрегатов машин, участвующих...

Это объясняется тем, что увеличение радиуса кривизны и ширины контакта образцов приводит к повышению площади их контакта поверхностей трения с маслом, в

Трение и износ.

При разработке необитаемых подводных аппаратов следует применять топлива, масла, смазки и...

Перспективы повышения износостойкости цилиндров...

Частота оборотов вала машины трения – 352 мин-1. Время испытания 10 минут.

Износ подшипниковых узлов. Износостойкость — это свойство материала оказывать

Повышение износостойкости подшипникового узла методом... Износ подшипниковых узлов.

Технология изготовления подшипников скольжения на основе...

Влияние химического состава легированных железоуглеродистых... зона контакта, коэффициент трения. Выбор и расчет расхода смазочных материалов для подшипников скольжения.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Анализ факторов, определяющих интенсивность износа...

зона контакта, коэффициент трения, содержание меди, материал, увеличение давления, граничное трение, порошковая металлургия, жидкая смазка, линейный износ, железный порошок.

Повышение ресурса чугунных тормозных колодок локомотива

зона контакта, коэффициент трения, содержание меди, материал, увеличение давления, граничное трение, порошковая металлургия, жидкая смазка, линейный износ, железный порошок.

Композиционные пористые материалы на основе железа и их...

железный порошок, давление прессования, размер частиц, зависимость коэффициентов трения, качественное изменение контакта, различная пористость, последующее спекание, компактный материал, жидкая смазка, HRC...

Особенности изнашивания механизмов машин в зазоре пары...

металлический контакт, коэффициент трения, смазочная система, холодный пуск, надежная работа сопряжения, смазочный материал, критическая температура, граничная смазка, адгезионное изнашивание, EURO.

Повышение эффективности технического обслуживания легковых...

– образование на узлах трения обледенений с большим содержанием грязи

Дефицит смазки в узлах трения приводит к увеличению люфтов.

Поэтому износ узлов трения ходовой части и трансмиссии автомобилей продолжается от динамических нагрузок, абразивного истирания...

Методы повышения износостойкости деталей

Увеличение долговечности трущихся деталей машин немыслимо без применения методов расчёта на износ, в которых учитываются физико-механические характеристики материалов трущихся тел, режимы работы узла трения (нагрузка, скорость), внешние условия трения...

Размер абразивных частиц в масле агрегатов машин, участвующих...

Это объясняется тем, что увеличение радиуса кривизны и ширины контакта образцов приводит к повышению площади их контакта поверхностей трения с маслом, в

Трение и износ.

При разработке необитаемых подводных аппаратов следует применять топлива, масла, смазки и...

Перспективы повышения износостойкости цилиндров...

Частота оборотов вала машины трения – 352 мин-1. Время испытания 10 минут.

Износ подшипниковых узлов. Износостойкость — это свойство материала оказывать

Повышение износостойкости подшипникового узла методом... Износ подшипниковых узлов.

Технология изготовления подшипников скольжения на основе...

Влияние химического состава легированных железоуглеродистых... зона контакта, коэффициент трения. Выбор и расчет расхода смазочных материалов для подшипников скольжения.

Задать вопрос