книги / Прогнозирование триботехнических характеристик порошковых материалов

ванну с маслом, а другой касается подвижного контртела, молекулярная со­ ставляющая коэффициента трения зависит лишь от характеристики р, кото­ рая также мала. Самое низкое значение р = 5-1O’4 у инфильтрированной стали.

В основном увеличение / обусловлено деформационной составляющей, пропорциональной коэффициенту гистерезисных потерь ag, который оказы­ вает наибольшее влияние на/ при высоких нагрузках.

Заметим, что минимальные значения/ при Рс = 0,2 МПа мало отличают­ ся от коэффициента трения лучших бронз (по ГОСТ 26719-85 для ПА-БрО/ = =0,04 при трении в масле).

Высокое значение деформационной составляющей f R у ПА- )KTpO,5H12TiC5 можно объяснить только специфическим влиянием никеля, облегчающим пластическое деформирование, а следовательно, повышающим коэффициент трения, поскольку специальные карбиды благоприятно влияют на фрикционный контакт /86/.

Пористость в интервалах от 5 до 20 % значительно влияет на коэффици­ ент трения, особенно в тех случаях, когда циркуляция масла в поровых кана­ лах была затруднена (П < 12-15 %), и наоборот, наименьшие изменения / с ростом Рс и минимальные значения/ в областях среднего и низкого кон-

твердость понижается на несколько сот единиц от поверхности к сердцевине. Исключение составляют стали ПА-ЖГрО,5Н12Т1С5 и в меньшей степени ПАЖГр + Си, у пропитанной медью стали контурное давление в меньшей степе­ ни влияет на микротвердость поверхности (рис. 16).

По. нашему мнению, высокое содержание легирующих элементов в ста­ ли ПА-ЖГрО,5Н12Т1С5 обеспечивает закритические скорости охлаждения поверхности, и следовательно, повышенную микротвердость. При этом уве­ личение нагрузки вызывает разогрев большого объема материала и замедляет охлаждение поверхности.

Регрессионные уравнения, связывающие микротвердость с глубиной ис­ следованной зоны и контурным давлением, представлены в табл. 15. Их аде­ кватность определяют по критерию Фишера F, а оптимальное количество ко­ эффициентов - по минимальной величине остаточной дисперсии 50СТ. Ап­ проксимирующий полином имеет вид

HVQ,05 = û 0 + ûl*l +Д2*2 * a*x\ +Û4*12 + a5x2 + a6x\ x2 + ajx\x% (63)

Таблица 15

Значения коэффициентов зависимости микротвердости. HV

поверхностного слоя от контурного давления Рс и расстояния Н

В традиционных материалах на основе железа в результате диффузион­ ных процессов зона контакта обедняется карбидообразующими элементами и обогащается элементами, способствующими графитизации, но в низкоугле­ родистых сплавах большинство элементов накапливается в поверхностном слое 161. В порошковых поликомпонентных материалах необходимо учиты­ вать ещё один фактор - концентрационную неоднородность.

Наряду со структурными трансформациями контактной поверхности по­ рошковых сталей изменяется её химический состав и концентрационная не­ однородность распределения легирующих элементов (табл. 16).

Таблица 16 Концентрация С и неоднородность.распределения легирующих элементов V

на поверхности трения и в глубине материала

Пониженное содержание легирующих элементов на поверхности образ­ цов сталей ПА-ЖГрО,5Н12Т1С5 и ПА-ЖГр+Cu (пропитка) связано с их высо­ кой твердостью, поэтому на их поверхность возможно частичное «намазыва­ ние» контртела. Как и у литых низколегированных сталей, содержание леги­ рующих элементов в поверхностном слое ПА-ЖГрО,5ХЗНМ несколько выше, чем в сердцевине, а более низкий коэффициент вариации концентрации (V)

свидетельствует о гомогенизации поверхности.

Таблица 17 Интенсивность изнашивания порошковых сталей при граничном трении

Износостойкость сталей пористостью менее 5 % (ПА-ЖГрО,5Н12ТЮ5 и

ПА-ЖГр.+ Си) с достаточной для инженерных расчётов точностью может

быть вычислена по методике 13/, Представляет интерес установить связь из­

носостойкости указанных сталей с характерным размером дефекта, который для компактных материалов не зависит от среднего размера пор. Для упруго­ го контакта /83/

Р ” 2 (и /2 -1 )а

Значения коэффициентов а, п, mi, m3 и с представлены в табл. 18. Характер­ ный размер дефекта d стали ПА-ЖГрО,5Н12TiC5 составил 1,810'5 м, у ПАЖГр+Cu d = 3,0*10”5 м. Значения d рассчитывали методом наименьших квад­ ратов. Изменение характерного размера дефекта этих материалов слабо влия­ ет на Д, поскольку п мало отличается от 2. Интересно, что d по величине со­ ответствует среднему расстоянию между дорожками трения (рис. 19).

Таблица 18 Значения коэффициентов уравнений расчета интенсивности изнашивания

Это и понятно, так как дорожки появляются в результате скольжения отделившихся частиц по поверхности контакта, а значит при достаточно большом их количестве расстояние между дорожками в среднем мало отличается от радиуса частиц, конечно без учета последующего диспергиро­ вания продуктов износа. В свою очередь частица может отделиться только

после достижения определенных размеров, соответствующих критической величине дефекта /. Минимальное же значение / =~d, хотя в общем случае /8 8 /

Поэтому есть основания утверждать, что d n l величины одного порядка, а следовательно, и совпадение величины характерного размера дефекта и расстояния между дорожками трения неслучайно.

Итак, при граничном трении основные характеристики пары порошко­ вая сталь - закаленная сталь 45 могут быть получены в приближении упруго­ го контактирования поверхностей. Проницаемая пористая структура обеспе­ чивает более благоприятный вид контактирования - упругий ненасыщенный контакт, и как следствие лучшие антифрикционные показатели пары. В про­ цессе трения происходит изменение химического состава, фазового и струк­ турного состояния поверхностей порошковых сталей, однако это не исклю­ чает возможности для заданного вида контакта на основании представленных выше формул предсказывать поведение материала по результатам определе­ ния традиционных параметров.

4. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ГРАНИЧНОМ ТРЕНИИ

Применение порошковых материалов, в условиях контактного нагруже­ ния ограничено величиной наибольшей нагрузки а с, превышение которой вызывает катастрофический износ. На существование а с указывает корреля­ ция между триботехническими свойствами различных материалов и крите­ риями механики разрушения /57, 58, 28, 89, 90/. У пористых материалов ан­ тифрикционного назначения глубина активного слоя при граничном трении составляет примерно 100 мкм /58/, что многократно превышает размеры пор d (порядка. 10 мкм), включений и образующихся в процессе трения оксидов и позволяет применять концепции механики сплошной среды.

Ниже представлены триботехнические и механические свойства ряда порошковых материалов (табл. 19) и определено наибольшее контактное давление, исключающее их катастрофический износ.