РОЗДІЛ 2
РОЗРОБЛЕННЯ МЕТОДОЛОГІЧНИХ ОСНОВ СТВОРЕННЯ КОМПОЗИЦІЙНИХ ПІДШИПНИКОВИХ МАТЕРІАЛІВ ДЛЯ ПІДВИЩЕНИХ ТЕМПЕРАТУР
2.1. Визначення основних факторів та параметрів працездатності композиційних матеріалів при високотемпературному зношуванні
Головними вимогами, що ставляться до всіх антифрикційних матеріалів є мінімальний коефіцієнт тертя та інтенсивність зношування. Ці властивості визначають мінімум втрат енергії у вузлах тертя та максимальний термін їх служби.
У теперішній час існує безліч вузлів тертя, в яких застосовуються антифрикційні матеріали - циліндричні та кулькові підшипники, підп'ятники, вкладні, поршневі кільця, ковзні ущільнення тощо.
Не менш різноманітні й умови їх роботи - з мастилом, при граничному терті, терті без змазки, у вакуумі, агресивних середовищах і т.п.
Параметри роботи у залежності від призначення підшипника можуть замінюватись у широкому діапазоні - швидкість ковзання від міліметрів до 100 м/с і більше, навантаження від грамів до 200 кгс/см2 і більше, температури від кріогенних до 1000 ?С і вище.
Перелічені обставини не дозволяють створити універсальний підшипниковий матеріал, здатний працювати у вузлах тертя різного призначення. Звідси виникає необхідність розробки різних матеріалів тертя для конкретних умов роботи.
Тому перш ніж обрати або створити новий той чи інший підшипниковий матеріал, треба визначити та дати оцінку експлуатаційним умовам його припустимого використання і, відштовхуватись від цього, встановити параметри працездатності матеріалу.
У даній роботі розглядається клас композиційних матеріалів, які у процесі роботи на повітрі здатні сприймати температурний вплив при одночасній дії навантажень.
Температурний діапазон, у якому припускається використання нових підшипникових матеріалів, знаходиться у межах від кімнатних до 900 ?С, швидкості ковзання - від 0,1 до 1 м/с, навантаження - від 1 до 8,5 МПа.
На основі багаточисельних літературних відомостей зроблено висновок, що для температур від кімнатних до 100-120 ?С для виготовлення композиційних матеріалів часто використовуються композиції на основі алюмінію, для температур від 200 до 600 ?С - доцільніше у ролі основи матеріалів обирати залізо, нарешті, для температур 600-900 ?С - матеріали на основі нікелю.
Одночасно звернемо увагу на те, що відходи кольорових сплавів і сталей різного складу, які являють собою стружку від механічної обробки різанням або відходи лиття у ряді випадків підлягають вторинній переробці та після відповідного технологічного переділу використовуються за первісним призначенням (в залежності від типу матеріалу). Наприклад, після електронно-промінного переплаву [165] стружки сталі Р6М5, що утворилась при виготовленні ріжучого інструменту, та певній термічній обробці одержують заготівки, з яких виготовляють фрези, котрі за властивостями не поступаються інструменту з первісних виливків.
З огляду на це відходи, що утворюються після операцій шліфування кольорових сплавів та сталей, уходять у великих кількостях у відвали і цінна сировина залишається без використання.
Достатньо відмітити, що шламові відходи, наприклад, алюмінієвих сплавів, котрі розглядаються у роботі і про перспективи використання яких у подальшому викладенні, утворюються при шліфуванні деталей двигунів заводу "Київтрактородеталь" (м. Київ) і у кількостях більше 20 т на місяць уходять у відвали безповоротно. Проте, як відмічено у розділі 1, для багатьох приладів і пристроїв у ролі підшипникових добре зарекомендували себе, перш за все за службовими характеристиками, саме легкі матеріали на основі алюмінію у противагу бронзам. Тобто при певній переробці ці багатолеговані відходи можуть стати новими композитами для іншого використання, а саме для підшипників ковзання.
Шламові відходи сталей ШХ15СГ, Р6М5К5, Р6М5Ф3, 4Х2В5МФ, 5Х3В3МФС, 2Х6В8М2К7 також після шліфування вивозяться у відвали.
Однак, їх висока легованість, первісні властивості як зносостійких, теплостійких та жароміцних сталей до певних температур і інші позитивні властивості роблять відходи привабливими у ролі основи композитів нового призначення, а саме термо-триботехнічного.
Нарешті, як розглядалось вище [86], цілий клас жаростійких сплавів на основі нікелю використовується у енергетичній галузі, причому не тільки для підшипників, а і для виготовлення елементів турбін та іншого устаткування.
Так, високолегований сплав на основі нікелю - ЕП975 (виробництва УкрНДІСпецсталь, м. Запоріжжя) використовується як жаростійкий для виготовлення лопаток газових турбін, причому одержують його у вигляді порошку або у виливках. Ці початкові властивості сплаву ЕП975 зробили його перспективним для використання як основи за іншим призначенням - для синтезу високотемпературних підшипникових композитів з високим рівнем службових властивостей у противагу існуючим.
Враховуючи вищевказане, антифрикційні матеріали, що розглядаються у даній роботі, умовно розмежовано наступним чином та зведено у табл. 2.1.
Таблиця 2.1
Групи матеріалів, що досліджуються
Номер групиТемпературний діапазон використання, ?СОснова матеріалу1.Кімн. t? - 100Відходи сплаву на основі алюмінію АК12М2МгН2.250 - 350Відходи конструкційної кулькопідшипникової сталі ШХ15СГ3.500 - 550Відходи інструментальних швидкоріжучих сталей Р6М5К5, Р6М5Ф34.600 - 650Відходи інструментальних штампових сталей 4Х2В5МФ (ЭИ959), 5Х3В3МФС (ДИ23), 2Х6В8М2К75.750 - 900Порошковий сплав на основі нікелю ЕП975
Оскільки при створенні нових матеріалів для підшипників у кожному випадку необхідним є диференційний підхід, виникла необхідність у складанні класифікації їх за несучою спроможністю у залежності від умов роботи.
Метод оцінки несучої спроможності матеріалів, яка є добутком навантаження на швидкість (P·V), повинен характеризувати область навантажень та швидкостей ковзання, де даний матеріал повинен задовільно працювати (табл. 2.2).
Слід відмітити, що значення припустимого показника P·V можуть суттєво відрізнятися від експериментальних даних. Крім того, недоліком цього
- Київ+380960830922