книги / Прогнозирование триботехнических характеристик порошковых материалов

где А - характеристика микронеровности геометрии поверхности; Рс - кон­ турное давление; НВ - твердость. Значение А = 3,5*10’2 взято из работы /3/, показатели давления Рс и твердости НВ представлены в табл. 3.

Поскольку молекулярная составляющая силы трения Тм пропорцио­ нальна площади А, на которой появляются касательные напряжения х, обу­ словленные межмолекулярным взаимодействием, то в зависимости от порис­ тости Тм уменьшится пропорционально (1-П). Это связано с тем, что размер пор (несколько мкм) на один - два порядка превышает среднеарифметическое

отклонение профиля Ra = 0,09 мкм и, следовательно, контакт между поверх­ ностями в области расположения пор маловероятен.

Тогда, полагая в соответствии с /3/ уменьшение / м в (I-П) раз, для по­

где П - пористость; р и х - фрикционные характеристики, зависящие от ус­ ловий работы трущейся пары; Рс - контурное давление, х и Р вычисляются для каждого значения пористости, изменяя только Рс, а затем методом наи­ меньших квадратов определяются зависимости р и х от П (в %):

Выбор количества членов регрессионных уравнений и их значение на­ ходили из условия минимума остаточной дисперсии 50СТ /61/. Адекватность уравнений проверяли по критерию Фишера F. Для уровня значимости Р = =0,25, т.е. вероятности, с которой гипотеза может быть отвергнута, таблич­

ное значение F = 2,0. Расчетная величина F, равная 2,3 и 7,7 (соответственно выражения (28) и (29)), больше табличной, следовательно, уравнения адек­ ватны.

Поведение пористых материалов в условиях нагружения имеет некото­ рые особенности /62/. Во-первых, поры понижают комплекс физико­ механических свойств материала, а во-вторых, препятствуют движению дис­ локаций и трещины. Если полагать, что отделение частиц износа происходит за счет образования трещины и ее последующего роста, то возникающее при этом напряжение тт можно вычислить по формуле /55/

где а - коэффициент, а « 1; G - модуль сдвига; b - вектор Бюргерса; R - рас­ стояние между порами. Вектор Бюргерса b и модуль сдвига G - константы материала. Сила действует не на всей площади, а лишь в местах контакта. Отношение контурной площади контакта и фактической tp вычисляли из вы­ ражения

8 - относительное сближение. При пластическом пеиасыщешюм контакте

где aj - константа; b и v - параметры кривой опорной поверхности; НВ - твердость. Коэффициент ai « 0,75, т.к. в зависимости от вида контакта он изменяется от 0,5 до 1. Тогда влияние пор на коэффициент трения за счет торможения распространения трещины можно определить из выражения

соответствует наибольшему значению f что указывает на связь между про­

цессами торможения движения дислокаций и трещин. Независимо от того, по какому механизму дислокация преодолевает препятствие, необходимая для этого сила всегда обратно пропорциональна R /55/.

Увеличение размера пор и расстояния между ними облегчает деформа­ цию материала в активной зоне, а это, в свою очередь, приводит к увеличе­ нию доли пластически деформируемых контактов и росту коэффициента трения. По данным /4/ переход от упругого контакта к пластическому приво­

-Pc’0,2-А’0,4, а для пластического - (/"м - P) ~ НВ’1 Поэтому наиболее вероят­ ной причиной локального экстремума зависимости коэффициента трения от пористости является увеличенный размер пор при П « 4 %. Косвенным под­ тверждением этого предположения является уменьшение различия между наибольшим и средним значением / по мере повышения контурного давле­ ния, т.е. при увеличении доли пластического контакта.

Итак, получены выражения, позволяющие вычислить коэффициент трения порошкового железа в интервалах изменения пористости от 2 до 20 %

идавления от 0,25 до 4,2 МПа при скольжении без смазки.

2.3.Износостойкость порошкового железа

Особенности пористых материалов /63, 64, 65/ позволяют связать ха­ рактеристики поверхности трения и структуры материалов с износостой­ костью.

Износостойкость образцов из спеченного железа марки ОсЧ 6-2 в паре

сзакаленной сталью 45 определяют на машине трения СМЦ-2 в соответствии

сГОСТ 26614*85 (табл. 5).

По имеющимся в литературе данным, изнашивание железа при трении

без смазки по стали носит усталостный характер /66, 67/.

На определенном этапе взаимодействия поверхностей достигается ус­

тановившийся режим, который характеризуется постоянной плотностью дис­

локационных скоплений в полосах скольжения и неизменными отклонения­

ми параметров решетки и плотности дислокаций на глубине 10-15 мкм

/63,67/. Кроме того, независимо от исходной пористости, П поверхностного слоя составляет менее 6-7 % /63/ (в случае высокого контурного давления).

Удельную линейную интенсивность изнашивания ih определяют из уравнения /4/

ло циклов, приводящее к разрушению заданного объема; h - сближение меж­ ду поверхностями; R - радиус кривизны. Значения параметра степенной ап­ проксимации опорной поверхности v = 1,8 и R = 77 мкм взяты из работы ill.

Линейная Д и удельная интенсивности изнашивания связаны соотно­

где tp - относительная площадь касания.

Сближение между поверхностями h при пластически ненасыщенном

где е - относительное сближение; Rmax - наибольшее расстояние между вы­ ступом и впадиной в пределах базовой длины; а - коэффициент; b - пара­ метр кривой опорной поверхности.

Поскольку для чисто упругого взаимодействия а = 0,5, а при идеально пластических деформациях в зонах касания а = 1, то в первом приближении приняли а = 0,75.

данными /68/ и удовлетворительная аппроксимация экспериментальных ре­ зультатов подтверждают верность подхода, принятого для исследования по­ ристого железа.

Итак, показан усталостный характер износа порошкового железа при трении без смазки по закаленной стали и получено выражение, позволяю­

MJCI

Рис. 12. Поверхность отклика функции 1 (Р0 П)

щее определять интенсивность изнашивания в широких интервалах нагрузки и пористости.

2.4. Трение и изнашивание пористого железа

при ограинченной подаче смазки

Большинство деталей работают в условиях граничного трения. Такой режим выполняется при пуске и остановке механизмов, даже если изделия предназначены для эксплуатации в условиях гидродинамической смазки /15/.

Коэффициент трения / и интенсивность изнашивания / определяют по той же схеме, что и при трении без смазки. Притирку образцов (см. п. 2.3) проводят всухую без применения притирочных материалов или алмазного круга. Подачу масла в зону трения осуществляют посредством окунания

вращающегося контртела в емкость с маслом. Образцы из железа марки ОсЧ

6-2 имеют пористость от 2 до 20 % (табл. 6).

Структуру поверхности трения изучают на микроскопе «Neophot-21»,

рентгеновский фазовый анализ проводят на дифрактометре ДРОН-2 в X-

Со-излучении. Из сопоставления табл. 5 и 6 видно, что при тех же значениях

Таблица 6

Антифрикционные свойства железа при ограниченной подаче смазки