Материалы на основе железа

Спеченные антифрикционные материалы
Более 80 % машин и отдельных узлов выходит из строя в результате износа деталей.
работающих на трение, а износ находится в прямой зависимости от скоростей.
нагрузок, мощностей, атмосферы и режима эксплуатации.
В соответствии с ГОСТ 23.002—78 различают следующие виды износа: коррозионно-
механический — возникает при трении материала, вступившего в химическое
взаимодействие со средой;
газо- и гидроабразивный — результат воздействия на материал твердых тел или частиц,
увлекаемых потоком газа или жидкости;
эрозионный поверхностный — наблюдается при воздействии потока газа или жидкости;
окислительный износ защитных пленок на трущейся поверхности — процесс
взаимодействия материала с кислородом.

3.

В процессе эксплуатации трущиеся пары подвергаются одновременно
различным видам износа.
Подшипниковые материалы в зависимости от условий работы должны обладать:
хорошей начальной прирабатываемостью в работе, т. е. время, необходимое для
снижения коэффициента трения между подшипником и валом до заданной
величины, должно быть минимальным;
высокими триботехническими (характеризуют способность промывочной жидкости
снижать силу трения между контактирующими в ней поверхностями);
способностью выдерживать нагрузку, скорость о температуру без разрушения и
изменения формы и качества;
способностью образовывать самосмазывающие или легко притирающиеся продукты
истирания коллоидного характера (пленку), которые могут сберечь шейку вала от
износа даже при затрудненной смазке;

4.

меньшей твердостью, чем у шейки вала, причем твердость должна снижаться как
можно меньше с нагревом;
высокой теплопроводностью для хорошего отвода теплоты трения;
достаточной выносливостью или сопротивлением усталости;
достаточной вязкостью в случае ударной нагрузки;
хорошими технологическими свойствами;
микропористостью или микрокапнллярностью, способствующими удержанию
смазки;
хорошими антикоррозионными свойствами.
Материалами, удовлетворяющими приведенным требованиям, долгое время
являлись литые материалы на основе меди, главным образом оловянистые
бронзы, однако они дороги, дефицитны и не всегда соответствуют
эксплуатационным характеристикам современных машин и механизмов.

5.

В 1932 г. в СССР были получены впервые спеченные антифрикционные
материалы.
В настоящее время существует значительное количество спеченных
антифрикционных материалов, которые широко используют в изделиях общего
машиностроения, работающих в обычных условиях, и в изделиях специального
назначения, эксплуатирующихся в сложных условиях.
Основными требованиями, предъявляемыми к технологии изготовления
материалов для узлов трения, являются возможная простота технологического
процесса, его доступность, использование недефицитного исходного сырья
вспомогательных материалов и оборудования, высокий уровень механизации и
автоматизации.
Широкое распространение в производстве получили пористые подшипники
скольжения на основе порошков железа и меди, получаемые по традиций ной
схеме и на стандартном оборудовании процессов порошковой металлурги

6.

ПОРИСТОЕ ЖЕЛЕЗО
Пористые антифрикционные материалы на основе железа являются самыми
распространёнными. Они успешно к0нкурируют с литыми.
Пористое железо после пропитки пор маслом применяют для изготовления
прядильных колец, подшипников аппаратуры, приборов, счетно-решающих
устройств и т. д.
Пропитка машинным маслом — широко применяемый и важный технологический
процесс, повышающий триботехнические свойства пористых антифрикционных
материалов.

7.

Пропитку маслом можно проводить, погружая пористое изделие на 0,5—1 ч в
нагретую до 80—120 °С масляную ванну с последующим охлаждением в
холодном масле. Пропитку целесообразно проводить в вакууме при 60—70 МПа
для наиболее полного заполнения пор изделий маслом.
При пропитке в вакууме содержание масла в изделиях увеличивается по
сравнению с обычной пропиткой на 25—27 %, а продолжительность операции
сокращается в 8—10 раз
Улучшение пропитки маслом достигается при применении ультразвуковой
обработки, которая обеспечивает скорость пропитки машинным маслом при 18—
20°С, в несколько раз большую, чем во всех применяемых в настоящее время
способах. Простота и технологичность ультразвуковой пропитки позволяют
легко включать ее в поточную линию производства.

8.

Железографитовые материалы
Впервые железографитовый материал, названный воизитом, был получен Р. Р.
Копржива
Промышленное применение воизитовых втулок на металлорежущих станках,
металлургическом оборудовании, электродвигателях, автомобилях, трактора .
Чистильных и сельскохозяйственных машинах, в электрооборудовании,
киноаппаратуре и др. показало высокие эксплуатационные свойства этого
материала
Применение воизита в узлах трения особенно предпочтительно при
затруднителной подаче регулярной смазки, недопустимости применения
нефтепродуктов для смазки, сильной запыленности среды, частых пусках и
остановках механизмов, при больших нагрузках и малой скорости скольжения
(например, направляющие втулки, подшипники валов с возвратнопоступательным движением).

9.

Технология спеченных железографитовых материалов состоит в следующем:
приготовление шихты, прессование, спекание, пропитка маслом и
калибрование.
В ряде случаев спеченные детали подвергают термической или химико-
термической обработке, сульфидированию или оксидированию, что
способствует повышению эксплуатационных свойств готовых изделий.
Основными компонентами для изготовления железографитовых материалов
являются: железный порошок, графит и в небольших количествах медь, сера и
фосфор.
В железографитовые материалы вводят в основном от 1 до 4 % графита. Графит в
антифрикционных материалах выполняет двойную ролы растворившийся
увеличивает прочность металлической основы, а нерастворившийся играет роль
твердой смазки.

10.

Наиболее распространенным и простым методом получения графитсодержащей
шихты является механическое смешивание исходных компонентов с
последующим прессованием и спеканием. После спекания остается некоторое
количество структурно-свободного графита, который, являясь твердой смазкой,
улучшает условия работы материала.
Давление прессования, необходимое для получения брикета заданной
остаточной пористости (15—20 %), зависит от качества порошков, величины
навески и т. д. и равняется 600—800 МПа.
Изделия, изготовляемые из железографитовых композиций, спекают в
защитной атмосфере или в вакууме в интервале температур 1000—1150 °С в
течение 1—2 ч.
В качестве защитной атмосферы применяют осушенный водород,
диссоциированный аммиак, конвертированный природный газ.

11.

Среда спекания оказывает большое влияние на степень выгорания углерода.
Наиболее сильно выгорание происходит в водороде (до 20—30 % и выше), меньше
— в конвертированном природном газе.
Процесс спекания железографитовой смеси включает ряд основных стадий:
собственно спекание, сопровождающееся уплотнением спекаемого тела за счет
диффузионновязкого течения и объемной диффузии, при которых источниками и
стоками вакансий могут быть поверхности пор, дислокации и границы зерен и
субзерен.
Образование аустенита и насыщение его углеродом в результате непосредственной
контактной диффузии и через газовую фазу. Этот процесс идет одновременно со
спеканием. Растворение углерода в аустените вызывает ускорение самодиффузии
железа, что приводит к быстрому зарастанию пор и к увеличению усадки.
При температуре 1000 °С повышение содержания углерода с 0,18 до 3,4 % в
железоуглеродистых сплавах увеличивает коэффициент диффузии примерно на
порядок.

12.

Концентрация углерода в аустените неодинакова. Наиболее насыщены углеродом
частицы железного порошка, расположенные вблизи включений графита. В
местах контакта железо—графит возможно образование структурно-свободного
цементита в результате прямого химического взаимодействия.
Структурно-свободный цементит, располагающийся главным образом по
границам аустенитных зерен, создает высокую неоднородность аустенита, что
связано с резким возрастанием подвижности атомов углерода по поверхности
аустенитных зерен, а также с увеличением поверхностного диффузионного
потока углерода, атомы которого не успевают продиффундировать внутрь зерен и
химически фиксируются в поверхностном слое с образованием карбида.
Концентрация углерода в аустените зависит от среды спекания.
Железографитовая композиция может либо науглероживаться, либо
обезуглероживаться, и, следовательно, конечный состав аустенита будет
определяться суммой двух процессов — растворения графита и взаимодействия
со средой.

13.

Растворимость графита в основе железа зависит от марки графита, введенного в
шихту. Карандашный графит более активный, чем серебристый, растворяется
интенсивней и обеспечивает более высокие прочностные характеристики.
Гомогенность структуры может быть увеличена повышением температуры и
увеличением изотермической выдержки при спекании. Продолжительность
изотермической выдержки при спекании определяется дисперсностью графита.
При применении тонкоразмолотого графита процесс растворения и
выравнивания углерода по всему объему при температуре 1050 °С практически
завершается за 10—15 мин.
На эксплуатационные свойства железографитовых материалов наряду с
пористостью влияют соотношение структурных составляющих — перлита и
феррита, величина, форма и расположение включений цементита.
Антифрикционные свойства железографитовых материалов определяются их
самосмазываемостью, хорошей прирабатывавмостью, износостойкостью,
прочностью.

14.

Материмы, содержащие свинец или сплавы
цветных металлов
Повышения прочностных и антифрикционных свойств материалов на основе
железа можно достичь введением в их состав свинца или сплавов на основе
цветных металлов. Это осуществляют присадками указанных добавок в исходную
шихту или пропиткой пористого каркаса расплавленным металлом. Для
подшипников, работающих более 1,0 МПа, предложен материал, состоящий из 6090% железа и остальное — сплав, содержащий 85% Сu; 5% Sb; 5% Pb b 5% Zn. Сплав
меди в виде порошка добавляют в порошок железа при шихтовании.
Повышение свойств материалов на основе железа достигают введением в состав
материала 15—30 % Рb и 3—5 % Си с последующей пропиткой его маслом. До 1о—
40 % Pb содержат подшипниковые материалы, упрочненные 2—8 % стекла.
Железомедные материалы, содержащие свинец, имеют повышенную
пластичность, поэтому их применяют при ударных нагрузках.

15.

Разработаны сплавы на основе железа с повышенными антифрикционными и
антикоррозийными свойствами для деталей, работающих при больших нагрузках.
Материал, содержащий 0,8 % С; 2,5 % Si; 3—5 % Сr; 6—10 % Мо; до 2 % Ni,
остальное железо, пропитывают сплавом 90 % Сu + 10% Sn.
Композиционные материалы Ре—Си—РЬ—С применяют для работы без смазки;
материалы, содержащие 5—15 % С, 2—4 % Сu, 1—3 % Ni, 1—5 % Мо и 2,5 % Si, для
улучшения свойств пропитывают свинцом или магнием.

16.

МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ МЕДИ
Первыми порошковыми антифрикционными материалами на основе меди,
которые начали применяться в промышленности, были оловянистые бронзы.
Оптимальные антифрикционные и механические свойства обеспечиваются при
9—11 % Sn. Пористость обычно составляет П = 15—35%.
Пористые бронзы применяют для изготовления подшипников, работающих в
легких условиях, характеризующихся малыми скоростями скольжения (< 1,5 м/с
и небольшими нагрузками (0,5—1,0 МПа).
В условиях дополнительной смазки предельная нагрузка может составить 8
МПа при υ = 1 м/с; с повышением скорости скольжения до 6 м/с нагрузка
снижается до 1 МПа.

17.

Широкое распространение получили спеченные самосмазывающиеся
подшипники скольжения из композиций бронза—графит, в которых содержание
графита обычно составляет 2—4 %; 8—10 % Sn и 86—90 % Си (по массе).
Широкое распространение эти материалы получили для изготовления деталей
электродвигателя, в швейных в стиральных машинах, а также в автотракторном
электрооборудовании, звукозаписывающей аппаратуре и другой бытовой
технике.
Бронзографиты состава 90 % Си, 9 % Sn и 1 % графита с общей пористостью 10—12
% применяют для изготовления шестерен редуктора электродвигателя. Открытая
пористость (5—7 %) обеспечивает самосмазываемость шестерен, при этом
материал обладает достаточно высокими механическими свойствами
Однако из-за низкой пластичности и недостаточно высоких триботехнических
характеристик бронзографиты мало применяют в узлах трения, испытывающих
ударные нагрузки, и при отсутствии жидкостных смазок.

18.

В качестве легирующих добавок спеченных бронз применяют титан или металлы
VII и VIII группы периодической системы элементов, например, марганец, кобальт,
никель и железо.
Композиции материала прессуют под давлением 200— 300 МПа и спекают при
температуре 600—800 °С, вновь прессуют под давлением 300—400 МПа и спекают
при температуре 900—1100 °С. После спекания детали подвергают калибровке
или механической обработке.
Детали из такого материала имеют невысокие механические свойства из-за
значительного количества графита и могут быть применены в качестве
самосмазывающнхся подшипников, работающих при небольших нагрузках и
невысоких температурах.
Спеченный сплав состава 94—95 % Си; 4—5 % Ni ; 0,5—1,5 % Sn, содержащий 0,2—
1% диспергированных частиц графита, для повышения свойств подвергают
термической обработке с последующим старением.

English Русский Правила