Антифрикционные материалы на основе железа.
Основные задачи, возникающие при замене литых антифрикционных материалов порошковыми, следующие: замена традиционных подшипниковых сплавов, содержащих в себе дефицитные металлы (олово, сурьму, свинец и другие), на менее дорогие и недефицитные при одновременном удовлетворении необходимых требований; получение при малом коэффициенте трения высокой износостойкости; обеспечение при работе самосмазываемости, быстрой прирабатываемости, а также удлинение срока службы при обычных температурах, малых и средних скоростях скольжения и давлениях, при криогенных и высоких температурах и скоростях скольжения свыше 100 м/с и давлениях более 10 МПа. При работе в коррозионных средах они должны быть коррозионно-стойкими, а при высоких температурах обладать повышенной окалиностойкостью. Обеспечение поставленных требований осуществляется путем создания антифрикционных материалов, на основе железа, цветных металлов, твердых сплавов, коррозионно-стойких материалов.
В настоящее время антифрикционные порошковые материалы на основе железа находят широкое применение при изготовлении подшипников скольжения в автомобильном и сельскохозяйственном машиностроении, в легком и текстильном машиностроении, приборостроении и т. д.
Железографитовые подшипники, содержащие 0,5-4% графита и 15-30% пор, могут работать при давлениях до 5 МПа и скоростях скольжения до 1,0-2,0 м/с. В таких условиях они успешно заменяют подшипники на основе бронз и баббитов, а замена 1 т литых подшипников из бронзы и баббитов порошковыми дает экономию до 4 тыс. руб.
Таблица 13.
Состав и свойства антифрикционных порошковых материалов на железной основе.
Обозначение материала | Химический состав, массовая доля % | Плотность, г/см2 | Пористость, % | |||
Железо | Графит | Медь | Прочие вещества | |||
Ж - пористое железо | - | - | - | 5,1-6,6 | 15-30 | |
ЖГр 0,5-0,8 пф | 99,5-99,2 | 0,5-0,8 | - | - | 7,3-6,6 | 6-26 |
ЖГр1,5-2,3 п | 98,5-97,7 | 1,5-2,3 | - | - | 6,6-5,8 | 15-35 |
ЖГр1,3-3,0 п | 97,7-97,0 | 2,3-3,0 | - | - | 6,2-5,6 | 17-35 |
ЖГр5 | 95,0 | 5,0 | - | - | 6,0-5,5 | 16-19 |
ЖГр7 | 93,0 | 7,0 | - | - | 6,0-5,4 | 18-25 |
ЖГр10 | 90,0 | 10,0 | - | - | 6,0-5,4 | 21-23 |
ЖГр2Д2, 5п | 95,5 | 2,0 | 2,5 | - | 6,9-5,9 | 15-32 |
ЖГр1Дз | 94,0 | 1,0 | 3,0 | - | - | 15-20 |
ЖГр2Д10 | 88,2 | 1,8 | 10,0 | - | - | 20-27 |
ЖС | - | - | - | Пропитка серой | 6,3-6,2 | |
ЖГр3К1 | 96,0 | 3,0 | - | Сера 1,0 | - | 15-25 |
ЖГр1Цс4п | 95,0 | 1,0 | - | Сульфид цинка 14,0 | 6-5,4 | 15-20 |
ЖГр1Дс3,5 | 95,5 | 1,0 | - | Сульфид меди 3,5 | 6,4-6,2 | 18-25 |
ЖГр2Дс3,5 | 94,5 | 1,8 | - | То же | - | 18-25 |
Х23Н18КБ | - | - | - | Сульфидирование | - | 19-20 |
Продолжение табл. 13.
Прочность, МПа | НВ, МПа | Допустимая рабочая температура, ◦С | ||
при растяжении | при изгибе | при сжатии | ||
90-200 | 160-200 | 640-690 | 340-500 | 70-80 |
95-460 | - | - | 637-785 | 70-80 |
78-348 | 98-590 | 390-785 | 540-1275 | 80-100 |
69-275 | 80-440 | 490-680 | 295-1420 | 100-150 |
226-255 | 356-456 | - | 785-960 | 100-150 |
147-186 | 196-319 | 490-550 | 245-736 | 100-180 |
84-147 | 142-231 | - | 412-569 | 100-180 |
190-270 | 330-390 | 600-1500 | ||
300-400 | 750-900 | 900-1200 | 180-200 | |
125-380 | - | 600-1500 | 100-120 | |
500-700 | ||||
- | 900-1200 | 100-200 | ||
180-200 | - | 900-1200 | 100-200 | |
300-250 | - | 700-1200 | 150-200 | |
- | - | 460-1000 | ||
- | 190-198 | 880-900 | - | - |
Железографитовые материалы, содержащие сернистый цинк (до 4%), медь, серу, сульфиды, олово и т. п., могут работать при давлениях до 10-20 МПа и скоростях скольжения до 5-9 м/с. В табл. 13 приведены составы и свойства широко применяемых в промышленности порошковых антифрикционных материалов на железной основе.
При введении в состав порошковых антифрикционных изделий на железной основе графита, сульфидов, фторидов, фторопласта, оксидов и других соединений, выполняющих роль твердых смазок, увеличиваются антифрикционные свойства изделий и продолжительность их срока службы. Пропитка пористых антифрикционных изделий маслами (при наличии в них твердых смазок) обеспечивает надежность работы узла трения не только при нормальных условиях, но и в условиях ограниченной смазки, повышенных температур, в присутствии агрессивных и инертных жидких и газовых сред, а также в вакууме.
Материалы на основе железа (пористое железо, железографит) в основном используются для изготовления изделий, работающих в присутствии смазки, которая, повышая их работоспособность, одновременно увеличивает коррозионную стойкость. Для работы при температурах выше 150-200 °С в условиях повышенных скоростей скольжения и высоких нагрузок, а также в условиях трения без смазки применяются материалы на основе высоколегированного железографита и сульфидизированного железографита, сульфидизированных антикоррозионных сталей.
Технология изготовления антифрикционных порошковых деталей не имеет существенного отличия от общей технологии изготовления порошковых изделий. После спекания для получения заданных размеров и чистоты поверхности они могут подвергаться калиброванию и механической обработке, а для повышения эксплуатационных свойств — термической и химико-термической обработкам.
Температура спекания антифрикционных изделий определяется их составом и, прежде всего, содержанием в исходной порошковой смеси графита. При содержании графита до 1,0-1,5% температура спекания колеблется в интервале 1100-1200 °С, и при содержании графита более 1,5% — в интервале 1050-1150°С. Введение в антифрикционные изделия твердых смазывающих веществ может производиться как в виде порошков при приготовлении порошковой смеси (из дисульфидов металлов, нитридов, боридов, сульфидов, графита, серы, оксидов и т. п.), так и в поры спеченных изделий путем их пропитки. Например, пропитка серой производится при температуре 120-130°С; после этого осуществляется отжиг при температуре 300-450 °С в течение 40-60 мин, при котором происходит образование сульфидов соответствующих металлов.
Минеральные жидкие смазки вводятся в поры после спекания путем пропитки изделий в масле при 100-120°С в течение 2-4 ч. При пористости 25-30% количество впитываемого масла составляет 3,0-3,5% по массе.
Микроструктура железографитовых антифрикционных изделий в зависимости от содержания углерода в смеси и активности диффузионных процессов при спекании может быть ферритно-перлит-ной, перлитно-цементитной и перлитной. Наиболее приемлемой структурой является перлитная с массовой долей связанного углерода около 1% и свободного графита — около 1,5%. При такой структуре допускаются наиболее высокие скорости и нагрузки при наименьшем износе подшипников. Пластинчатый перлит, представляя собой твердые включения пластин цементита в феррите, образует на поверхности трения зубчатый микрорельеф, по впадинкам которого хорошо поступает смазка.
При ферритной структуре допускаются более низкие нагрузки и скорости. Недостатками ее являются 0ыстрый износ и налипание материала втулки на сопряженную деталь, что увеличивает коэффициент трения и приводит к закрытию пор в детали.
Перлитно-цементитная структура повышает износостойкость и коэффициент трения, вызывает большой износ сопряженной детали. В связи с этим в структуре антифрикционных изделий не допускается повышенное содержание свободного цементита;
Особенно повышаются прочностные свойства антифрикционных изделий при легировании их медью, никелем и другими элементами. Например, сульфидирование втулок из антикоррозионных сталей путем пропитки серой и последующего их спекания в боросодержащих засыпках обеспечивает их работу в качестве антифрикционных изделий при температурах 550-600 °С и давлении выше 10 МПа.
Антифрикционные свойства изделий зависят от условий работы и от присутствия в них смазки. При удовлетворительной смазке коэффициент трения железографитовых материалов находится в пределах 0,005-0,09, при ограниченной смазке - 0,02 - 0,125. В качестве порошковых уплотнительных материалов, устраняющих зазоры в турбинах, насосах, компрессорах и т. п., применяются порошковые материалы на основе железа, алюминия, никеля и других металлов.
Дата добавления: 2020-07-18; просмотров: 627;