книги / Трибология

Таблица 8.3 Результаты экспериментальных исследований по определению коэффициентов трения композиционных материалов КМ-2 и КМ-3

Таблица 8.4 Результаты экспериментальных исследований по определению

износа композиционных материалов КМ-2 и КМ-3

*В связи с тем, что при скорости скольжения 0,01 м/с величина износа исследуемых материалов составила менее 0,1 мг, этот фактор был исключен из регрессионного анализа.

121

Рассчитав коэффициенты уравнения (8.16) и исключив статистически не значимые, получили уравнение регрессии для коэффициентов трения и для износа:

Проверка уравнений (8.29) и (8.30) по критерию Фишера показала их адекватность. Для приведения данных уравнений к виду с натуральными значениями факторов использовали формулу кодирования (8.16), подставляя в уравнения вместо кодовых натуральные значения факторов. В результате получили следующие зависимости:

На рис. 8.7–8.10 представлены зависимости экспериментальных значений коэффициента трения и износа от концентрации ТРГ в композиционных материалах КМ-2 и КМ-3 при различных значениях насыпной плотности ТРГ, прилагаемой нагрузки и скорости скольжения.

Анализ полученных экспериментальных результатов и зависимостей (8.31) и (8.32) свидетельствует о том, что с увеличением содержания ТРГ в композиционных материалах, давления на образцы и скорости скольжения при испытании коэффициенты трения уменьшаются. При этом коэффициенты трения КМ на

122

основе ТРГ с насыпной плотностью 14±1 кг/м3 меньше, чем КМ с насыпной плотностью 200±10 кг/м3. Величина износа уменьшается с увеличением содержания ТРГ в композиционных материалах и увеличивается с повышением давления на образец.

Рис. 8.7. Зависимость коэффициентов трения композиционного материала КМ-2 от содержания ТРГ: 1 – P = 1 МПа, V = 0,01 м/с;

2 – P = 5 МПа, V = 0,01 м/с; 3 – P = 1 МПа, V = 5 м/с;

4 – P = 5 МПа, V = 5 м/с

Рис. 8.8. Зависимость коэффициентов трения композиционного материала КМ-3 от содержания ТРГ: 1 – P = 1 МПа, V = 0,01 м/с;

2 – P = 5 МПа, V = 0,01 м/с; 3 – P = 1 МПа, V = 5 м/с;

4 – P = 5 МПа, V = 5 м/с

123

8.3. Определение коэффициента трения и износостойкости композиционных материалов на испытательной машине МИ-40КУ по схеме «кольцо–диск»

Методика проведения эксперимента. На испытательной машине МИ-40КУ по схеме «кольцо–диск» (рис. 8.11) определяется износ и коэффициент трения образцов. Износ оценивается по потере массы:

где m – потеря массы, г; – плотность вещества, г/м3; Aa – площадь поверхности трения; h – линейный износ, м.

Рис. 8.11. Приспособление для исследования процесса изнашивания образцов:1 – захват; 2 – кольцевойобразец; 3 – контртело; 4 – самоустанавливающийся захват

Кольцевой образец 2 размером 50 70 10 мм закрепляется в захвате 1, который через переходник крепится к выходному валу кручения испытательной машины МИ-40КУ (на рис. 8.11 не показаны). Контртело в виде диска 3 устанавливается в самоустанавливающемся захвате 4, который через переходник кре-

125

пится к комбинированному датчику силы и момента (на рис. 8.11 не показаны). Момент трения записывается через систему сбора данных на компьютер, а затем рассчитывается коэффициент трения. Износ образцов рассчитывается с использованием метода потери массы. Масса образцов определяется с помощью электронных весов с разрешением ±0,1 мг. Стальной диск практически не изнашивается. Каждое испытание повторяется по 5 раз. Перед началом каждого испытания поверхность контртела очищается с помощью ацетона и сжатого воздуха.

После предварительного определения коэффициентов трения и исследования износа тестовых образцов в различных средах на машине трения по схеме «палец–диск» на предприятии ООО «Силур» были произведены образцы с выбранными соотношениями ТРГ и связующего для испытания по схеме «кольцо–диск».

Результаты исследований композиционного материала КМ-1. По схеме «кольцо–диск» коэффициент трения и износ колец по сухой поверхности контртела в виде диска из стали 20Х13 с твердостью 50HRC и шероховатостью Ra = 0,84 мкм определяли на испытательной машине МИ-40КУ со специально разработанным приспособлением (см. рис. 8.11) при давлении в контакте 1…5 МПа, скорости скольжения 0,003…0,015 м/с, комнатной температуре, относительной влажности 25…35 %.

Для оценки влияния схемы испытаний на износ были проведены испытания по схеме «кольцо–диск» кольцевых образцов композиционного материала КМ-1 после приработки в течение 30 мин, результаты которых представлены на рис. 8.12.

Результаты испытаний показывают, что при испытаниях по схеме «кольцо–диск» с увеличением содержания ТРГ средний коэффициент трения КМ-1 уменьшается, а износ увеличивается после прохождения точки минимума при содержании ТРГ 60 мас. %.

126

Можно предположить, что более высокая износостойкость материала КМ-2 так же, как и деформационно-прочностные характеристики, связана со структурно-морфологическими особенностями используемого в данном композите ТРГ, связанными с наличием упрочняющих стержнеобразных элементов. Такого рода особенности, в свою очередь, являются следствием способа, степени и характера механического воздействия в процессе измельчения ТРГ перед формованием КМ.

В результате исследования влияния характера и степени измельчения исходного терморасширенного графита на износостойкость композиционного материала с кремнийорганическим связующим установлено, что наиболее эффективным является использование фрагментированного терморасширенного графи-

та с длиной фрагментов 0,1…3 мм (измельчение в одну стадию до ρн = 14±1 кг/м3).

8.4. Исследование износостойкости стальных деталей после электроискровой обработки терморасширенным графитом

Успешное решение проблемы повышения долговечности инструментов и деталей технологического оборудования связано с увеличением износостойкости их рабочих поверхностей.

В настоящее время все более широкое применение находят электрофизические методы обработки поверхности, в том числе метод электроискрового легирования (ЭИЛ). Метод ЭИЛ основан на явлении электрической эрозии материалов при искровом разряде в среде воздуха. На поверхности детали, являющейся катодом, в результате полярного переноса с анода продуктов эрозии формируется слой с измененной структурой и составом. Основными достоинствами метода ЭИЛ является высокая адгезия нанесенного материала с основой, отсутствие жестких требований по предварительной подготовке обрабатываемой поверхности, локальность проведения процесса, малая

129

зона термического влияния, исключающая общий нагрев обрабатываемой детали и изменение ее физико-механических свойств и геометрии.

Процесс электроискрового легирования при использовании графита в качестве анода открывает широкие возможности изменения свойств стальных поверхностей в нужном направлении. При электроискровом легировании в электрической цепи происходит «пробитие» пространства разделяющего электроды, в результате которого между электродами возникает искровой разряд, приводящий к локальному действию высоких давлений и температур. При этом поток электронов искрового разряда мгновенно разогревает анод, и частицы материала анода перемещаются к катоду в паровой, жидкой или твердой фазе. Летящие от анода к катоду частицы нагреваются до высокой температуры. При относительно небольших мощностях источника тепла 104–105 Вт/см2 и длительности искрового разряда 10–5–10–3 с на катоде образуются лунки и микрованны. В результате взаимодействия частиц анода и катода между собой и окружающей средой образуются новые фазы, структура в поверхностном слое изменяется.

Цель исследования − сравнение триботехнических свойств покрытий, полученных при различных параметрах и режимах электроискрового легирования стали Ст. 3.

Методика проведения эксперимента. Покрытия из тер-

морасширенного графита наносили с помощью установки «ЭЛИТРОН-22» для электроэрозионной обработки. Терморасширенный графит – материал, получаемый путем термического удара интеркалированных соединений графита. Процесс интеркалирования сводится к внедрению молекул и ионов серной кислоты в присутствии окислителя. При расширении графита происходит расщепление кристаллитов вдоль оси, перпендикулярной слоям углерода с гексагональной решеткой, на тонкие пачки-ленты из небольшого числа атомных плоскостей с одновременной их деформацией, в результате чего образуется объ-

130