Основные требования, предъявляемые к антифрикционным сплавам

Антифрикционные сплавы и композиции предназначены для использования в подшипниковых и других узлах трения машин и механизмов, работающих преимущественно со смазкой. К ним предъявляются разнообразные требования, зависящие от удельных нагрузок, типа смазки, скорости скольжения, условий теплоотвода, взаимодействия материалов пары между собой, со средой и продуктами износа и других факторов.

Износ при трении со смазкой является наиболее распространенным и сложным. Так работают детали гидроаппаратуры, цилиндропоршневой группы двигателей, подшипников и многих других станков, машин и ме­ханизмов. Одна из деталей трущейся пары чаще всего является подвиж­ной, а другая находится в покое. При загрязнении смазки трущейся пары абразивом и другими твердыми частицами процесс изнашивания услож­няется, а износ поверхности деталей, работающих на трение, увеличива­ется. Заедание относится к аварийным видам разрушения поверхностей трения, поскольку, в отличие от других, возникнув, оно в течение корот­кого времени приводит к полной непригодности узлов трения к дальней­шей эксплуатации. В других случаях постоянно происходит износ по­верхностей, перенос частиц материала, изменение коэффициента трения и других свойств антифрикционного сплава.

Износ от абразивных загрязнений деталей автомобильных двигате­лей составляет 60 % общего эксплуатационного износа автомобилей в средней климатической зоне страны и 80 % — в южных зонах с повышен­ной запыленностью воздуха. Еще более высокий износ от загрязнений имеют детали дизельных двигателей, работающие в особо тяжелых усло­виях, например, на карьерных автомобилях — самосвалах высокой грузо­подъемности. Изменение каждого из внешних термодинамических пара­метров влияет на работоспособность пары трения и на внутренние пара­метры, определяющие состояние и свойства антифрикционного материа­ла и износостойкость деталей.

Антифрикционные сплавы и композиции, используемые в совре­менных узлах трения, должны обладать:

• малым износом как самой детали, так и контртела;
• низким коэффициентом трения;
• хорошей и быстрой прирабатываемостью;
• способностью противостоять задирам и схватыванию;
• высокими физико-механическими свойствами при рабочих тем­пературах;
• способностью образовывать легко удаляемые продукты износа и другими свойствами, которые часто взаимоисключают друг друга.

Постоянный рост температур, при которых часто используются ан­тифрикционные сплавы, требует соответствующего повышения их тер­мической стойкости и теплопроводности.

Этим требованиям наилучшим образом удовлетворяют гетероген­ные структуры, в которых одна или несколько фаз характеризуются вы­сокой твердостью, а матрица является более мягкой и изнашиваемой, создающей резервуары для стока продуктов износа и условия для удер­жания масляной пленки. Они хорошо работают как при больших поверх­ностях контакта и малых удельных давлениях (цилиндры, втулки, на­правляющие планки и поршневые кольца), так и в условиях больших давлений и малых поверхностей контакта (шестерни, шкивы, кулачковые валы и подшипники).

Этим разнообразным требованиям, предъявляемым к антифрикци­онным сплавам, наиболее полно удовлетворяют многие литейные сплавы с мелкодисперсными структурами, что позволило занять им доминирую­щее положение в общем объеме производства антифрикционных мате­риалов.

Требуемые свойства в антифрикционных отливках обеспечиваются при благоприятном сочетании вязкой и упрочняющей фаз — твердого рас­твора и дисперсной упрочняющей фазы. Высокая дисперсность упроч­няющей фазы, ее равномерное и ориентированное выделение обеспечи­вают квазиравномерным структурам возможность обратимых превраще­ний и благоприятное сочетание свойств.

К числу нежелательных процессов, происходящих в литых изделиях и нарушающих стабильность их оптимальной структуры, относятся опалесценция карбидов, рекристаллизация и другие необратимые превраще­ния, приводящие к огрублению фаз и структур. Для большинства износо­стойких отливок оптимальной может быть такая гетерогенная структура, которая при изменении внешних термодинамических параметров (темпе­ратуры, давления или концентрации компонентов) под влиянием механи­ческих или тепловых импульсов, а также под воздействием диффузией и иных процессов между телом, контр телом, смазкой, атмосферой или дру­гой средой, быстро может перестроиться в другую, выгодную для данно­го этапа работы на трение. Такая квазиравномерная структура обеспечи­вает отливкам длительную работоспособность.

Длительность работы пары трения без повреждений оптимальной структуры определяется временем релаксации, после которого в отливках возникают необратимые структурные или бесструктурные превращения, связанные с накоплением дефектов кристаллических решеток. На рабо­чих поверхностях литых изделий при трении повреждения образуются тогда, когда квазиравновесие в структуре нарушается и возникают необ­ратимые процессы. Примером отрицательного воздействия на рабочие поверхности может быть значительное повышение температуры в участ­ках микроконтакта, приводящее к расплавлению или испарению мате­риала, задиру или схватыванию.

Длительное время антифрикционные чугун считались только за­менителями бронз и других цветных сплавов, но многочисленные разра­ботки новых антифрикционных чугунков, обладающих в литых изделиях высокой теплопроводностью и низким коэффициентом трения, хорошей прирабатываемостью и высокой термической стойкостью, расширили их возможности, обеспечили высокую надежность и долговечность пар тре­ния, работающих в экстремальных условиях. В этом случае важными особенностями антифрикционных чугунков являются высокая износо­стойкость, хорошие литейные свойства и относительно низкая стоимость. Именно эти особенности чугуна привлекают к себе внимание создателей новой техники и являются стимулом для проведения работ по рацио­нальному использованию антифрикционных чугунков в сложнонапряжен­ных литых деталях, работающих в условиях трения и знакопеременных нагрузок.

Основная тенденция в производстве антифрикционных отливок — повышение качества и надежности литых деталей за счет использования композиционных материалов и совершенствования технологических процессов производства антифрикционных сплавов, включая прогрес­сивные технологии плавки, вне печной обработки, литья, термической и химико-термической обработки отливок. В этом плане представляют значительный интерес исследования по производству износостойких от­ливок с дифференцированными свойствами. Управление процессом внутреннего строения отливок с использованием способов литья, при которых в течение всего периода кристаллизации металл находится под физико-механическим или физико-химическим воздействием в нужном направлении — прогрессивный путь в развитии литейного производства, обеспечивающий резкое уменьшение дефектов в отливках.

Рассматривая основные факторы, обеспечивающие получение изно­состойких отливок без литейных дефектов и с заданными механическими и эксплуатационными свойствами, можно сделать вывод, что формиро­вание структуры сплавов в отливках и возникновение большинства ли­тейных дефектов происходит в момент непосредственного контакта рас­плава с формой. При первичной кристаллизации износостойких сплавов возникают такие дефекты, как усадочные раковины, не плотности и микро- поры, прежде всего зависящие от условий теплообмена между расплавом и литейной формой. Повышенная склонность отливок из антифрикционных сплавов к образованию горячих трещин сдерживает расширение внедрения в производство таких эффективных методов производства отливок, как, например, кокильного, центробежного, литья под давлением и др.

Вам также могут быть интересны статьи:

Требования к сплавам для станкостроительного литья Новые сплавы и композиции для работы в узлах трения Способы получения чугунных отливок без отбела Методы улучшения структуры чугуна для деталей гидроаппаратуры Антифрикционные сплавы на основе цветных металлов Антифрикционные чугуны для сложнонапряженных литых деталей цилиндропоршневой группы двигателей

(Пока оценок нет)

Загрузка...