Материалы для трущихся деталей часть 2: бронзы, баббиты. Влияние термообработки на степень упрочнения сплавов

Использование операций термической обработки сталей и сплавов существенно повышает степень фрикционного упрочнения и долговечность работы в условиях трения и износа. В таблице 2 приведены составы литейных бронз, применяемые для антифрикционных деталей. ( одержание фосфора в бронзе Бр08Ф — 0,25…0,35 %, а в бронзе БрОбФ — 0.1…0,15%.

Влияние термообработки на степень упрочнения сплавов

Составы и свойства бронз для антифрикционных деталей

Применение смазочного материала в узле трения может повлечь за собой необходимость замены материала по крайней мере одной из тру­щихся деталей, что связано с изменением вида изнашивания и, как след­ствие, с иным расположением пар трения по износостойкости. В аморти­зационных устройствах шасси самолетов в качестве рабочей жидкости применяли спиртоглицериновую смесь, при использовании которой в качестве смазочного материала буксы из бронзы БрАЖМц в паре со стальной поверхностью быстро изнашивались. Бронза интенсивно обо­гащалась медью, налипала на стальную поверхность, наращивалась на ней толстым слоем и отлушивалась, частично при этом налипая на по­верхность буксы.

Бронзы других марок вследствие избирательного переноса при тре­нии во много раз более износостойки. Переход на бронзу типа БрОФ яв­ляется целесообразным, однако существенной разницы в износостойко­сти безоловянной бронзы БрАЖМц и бронзы БрОФ при трении по стали и смазывании АМГ-10 не установлено. Для букс амортизаторов, рабо­тающих на этой жидкости, рентабельнее использовать бронзу БрАЖМц.

Бронзы и латуни применяют для сложных нажимных винтов, венцов червячных колес, сепараторов подшипников и деталей судо- и авиа­строения при литье в кокиль, под давлением, в песчано-глинистые фор­мы, жидкой штамповкой и др. Значительное развитие получили методы точного литья, применение которых позволяет получать детали по безот­ходной технологии, не требующие дальнейшей механической обработки.

Бронзы и латуни выплавляют, как правило, в индукционных тигель­ных (при производстве оловянных бронз) и индукционных канальных (при производстве безоловянных бронз и латуней) печах. Для снижения содержания примесей в медных сплавах используются методы обработки флюсами, фильтрации и раскисления, обеспечивающих снижение газов и неметаллических включений в литых изделиях.

Для улучшения прирабатываемости в бронзу вводят свинец, кото­рый снижает ее твердость и увеличивает пластичность. Оловянно-цинко­во-свинцовую бронзу Бр04Ц4С17 применяют в виде холоднокатаных лент для изготовления тонкостенных втулок. Бронзы типа БрАЖН имеют повышенную твердость и применяются для деталей, работающих при высоких температурах (например, из них изготовляют направляющие выпускных клапанов двигателей внутреннего сгорания). Направляющие впускных клапанов изготовляют из бронзы типа БрАЖ твердостью 70… 100 НВ.

Свинец в свинцовых бронзах находится в виде отдельных включений равномерно распределенных в матрице. Эти бронзы имеют хорошие анти­фрикционные свойства и применяются в подшипниках с высокими нагруз­ками и скоростями скольжения. Для лучшей прирабатываемости такие подшипники электролитически покрывают тонким слоем свинца; для уст­ранения возможной коррозии подшипников из свинцовой бронзы в смазочное масло вводят противоокислительные присадки. Толщина заливки вкладышей подшипников бронзой 0,5…0,8 мм. Рабочую поверхность под­шипников растачивают алмазным или твердосплавным резцом.

Подшипниковые материалы из мягких металлов Sn, Pb, Cd, Sb, Zn, характеризующиеся наличием твердых структурных составляющих в пластичной матрице, называют баббитами. Их заливают на подогретые вкладыши (250 °С) при температуре сплава 450…480 °С. Чаще применя­ют центробежную заливку. Заливают в кокиль и под давлением; толщина отливки в подшипниках 1…3 мм. Баббиты имеют высокие антифрикцион­ные свойства, хорошо прирабатываются, имеют низкий коэффициент тре­ния при граничной смазке, способны работать при попадании небольшого количества абразивных частиц в зазор подшипника. Твердость вала при работе с баббитовыми подшипниками должна быть 25…35 HRC. Для по- лучения долговечности подшипников твердость валов увеличивают до М)…55 HRC.

Из подшипниковых сплавов хорошо изучены и широко применяют ся высокооловянистые баббиты, структура которых подчиняется прин­ципу Шарпи: в мягкой матрице (в-Sn) распространены твердые частицы (Pb, Sn, CuSn). Такая структура способствует повышению антифрикци­онных свойств сплава. Однако классические подшипниковые сплавы,

структура которых удовлетворяют принципу Шарпи, оказались непри­годными для биметаллических подшипников с тонким слоем заливки баббита. В то же время отметим, что принцип Шарпи, сформулирован­ный применительно к цветным сплавам, в дальнейшем был распростра­нен на износостойкие чугуны и стали.

Недостатком баббитов является их малое сопротивление усталости, особенно при повышении температуры более 100 °С. С уменьшением толщины заливки подшипника и повышением жесткости системы вкла- дыш постель вкладыша сопротивление усталости увеличивается. Минимальная  толщина заливки баббита допускается 0,25…0,4 мм.

Для экономии олова разработаны низкооловянные баббиты, которые имеют несколько худшие антифрикционные свойства по сравнению с высокооловянными. В таблице 3 приведены составы и свойства оловянных и свииицовых баббитов.

Составы и свойства баббитов

Высокие антифрикционные свойства позволяют получить техноло­гические процессы облучения цветных сплавов и литья биме­таллических и многослойных изделий.

Применение биметаллических и многослойных изделий, в которых достигается сочетание требуемых свойств, дифференцированных по объ­ему и поверхности — одно из перспективных направлений рационального использования материалов в различных отраслях промышленности. Ос­новной причиной, сдерживающей более широкое применение биметал­лов, является получение качественного соединения компонентов по всей поверхности.

Авторами предложен принципиально новый способ получения биметаллических заготовок, в котором соединение компонентов в заготовках происходит в жидкофазном состоянии без перемешивания. Полу­чены образцы биметаллов Al-Sn, Al-Pb, Pb-Sn, Sn-Zn, Al-Pb. Металло- графические исследования показали наличие четкой волнообразной гра­ницы раздела в биметаллических образцах Al-Sn, Al-Zn, Al-Pb, Pb-Sn и размытой в образце Sn-Zn. В обоих случаях достигнуты высокая плот­ность и сплошность соединения компонентов. Методом дюрометриче- ского анализа биметаллических образцов обнаружено наличие диффузи­онной зоны в Al-Sn шириной 0,2…0,3 мм; в Al-Zn — 0,5…0,6 мм. В об­разцах Аl-Рb и Pb-Zn диффузионная зона не выявлена. В образцах Zn-Sn ярко выраженной поверхности раздела нет. Результаты рентгеноструктурного анализа и ультразвукового зондирования подтвер­дили наличие диффузионной зоны в образцах Аl—Sn, Al-Zn и ее отсутстние у Рb-Аl. Полученные результаты позволяют перейти к теоретическим и экспериментальным исследованиям по литью биметаллических загото­вок цилиндрического профиля для деталей типа втулок, валов и т.п.

Для исследования свойств композитов предложен новый метод ульт­развукового зондирования, позволяющий возбуждать в исследуемом звукопроводе как объемную, так и приповерхностную акустические волны.

Разработанное устройство является преобразователем торцового типа. Пьезоэлектрическая пластина с напаянным на нее электродом крепилась на торце прямоугольной призмы исследуемого образца биметалла, параллельно поверхности контакта металлов. Как показали исследования, для нормальной работы преобразователя необходимо, чтобы электрод пьезопластины располагался напротив одного из ребер образца, а его ши­рина стремилась к нулю.

В описанном устройстве использовался преобразователь из ка­лийнатриевого ниобата, связанный при помощи эпоксидного компаунда. Этот пьезоэлектрический материал интересен тем, что обладает высокой.

диэлектрической проницаемостью. Длина электрода выбиралась порядка 20Х, где X — длина волны; устройство работало на центральной частоте 60 МГц; акустический импульс имел ширину 0,1 мм.

Режимы эксплуатации литых композитов и многослойных изделий, работающих в условиях трения и изнашивания, чрезмерно многообразны, а прогнозирование их износостойкости представляется весьма сложной задачей в связи с многочисленностью определяющих ее факторов. Важ­нейшими из них являются: удельные нагрузки, условия смазки, условия теплоотвода, скорость и характер взаимодействия материалов пары меж­ду собой, со средой и продуктами износа; структура и свойства изнаши­ваемого материала.

Широкое применение серого износостойкого чугуна в машино­строении обусловлено его многими ценными качествами: высокими ли­тейными, антифрикционными и прочностными свойствами, хорошей об­рабатываемостью, высокой стойкостью, способностью поглощать вибра­ции благодаря высокой циклической вязкости и усталостной прочностью. При этом требования к качеству серого чугуна, его прочностным, техно­логическим и служебным свойствам с каждым годом ужесточаются. По­стоянно повышаются требования к структуре металлической матрицы и учитывается температура эвтектического превращения чугуна при его микролегировании. На рисунке показаны изменения температуры эвтек­тических превращений чугуна в зависимости от его микролегирования РЗМ.

Влияние микролегирования РЗМ на температуру эвтектического превращения (проба 0 20 мм) в фосфористых чугунах:

1 — 0,08 % Р, без РЗМ; 2 — 0,08 % Р и 0,03 % РЗМ; 3 — 0,08 % Р и 0,07 % РЗМ; 4 — 0,07 % Р и 0,16 % РЗМ; 5 — 0,16 % Р, без РЗМ; б — 0,16 % Р и 0,03 % РЗМ; 7 — 0,16 % Р и 0,08 % РЗМ; 5-0,16 % Р и 0,16 % РЗМ

В качестве комплексной характеристики многокомпонентного хи­мического состава чугуна наибольшее распространение получила степень эвтектичности (Sc), которой многие исследователи придают определяю­щую роль при установлении зависимости состав-свойства. Однако объ­ективное представление о структуре чугуна может быть получено только при совместном рассмотрении всех процессов ее формирования, прежде всего кристаллизации и перекристаллизации. Поэтому для производства высококачественных чугунов важен контроль не только химического состава, но и количественного соотношения первичного аустенита, гра­фита, эвтектики, неметаллических включений и примесей, так как имен­но эти параметры позволяют установить пока еще неизвестные соотно­шения между составом, структурой и свойствами. При этом необходимо отметить, что фазовый состав и их структурные составляющие опреде- ляют физико-механические свойства серого износостойкого чугуна в значительно большей степени, чем, например, химический состав. Значи­тельное распространение износостойких чугунов объясняется тем, что особенности их структуры позволяют в широких пределах регулировать надежность, долговечность и эксплуатационные свойства в литых изделиях. В таблице приведен средний износ образцов из различных литей­ных сплавов, используемых в промышленности, в зависимости от харак­тера трения и структуры.

Средний износ образцов из литейных сплавов

Литейные сплавы, приведенные в таблице при испытании в усло­виях интенсивного абразивного изнашивания в соответствии с методом по ГОСТ 17367-88 и в условиях гидроабразивного изнашивания показали низкую износостойкость. Высокую износостойкость в таких условиях имели легированные белые чугуны.

Вам также могут быть интересны статьи:

Материалы для трущихся деталей Влияние легирования и примесей на микроструктуру и свойства оловянной бронзы Фрикционные металлокерамические материалы Подшипниковые материалы и технология их термической обработки Сложнолегированные эвтектические композиционные материалы на металлической матрицей Методы упрочнения поверхностей трения

(Пока оценок нет)

Загрузка...