Композиционные спеченные антифрикционные материалы - Федорченко И.М.
Скачать (прямая ссылка):
Во многих работах рассматривалось влияние напряжения в рабочем слое па антифрикционные свойства материалов, но везде они брались как средние характеристики, без учета их распределения в структуре. Поэтому изучение влияния характера структуры материала на распределение в нем напряжений под нагрузкой представляет большой практический интерес.
Характерной особенностью методов порошковой металлургии, которые используются при создании композиционных антифрикционных материалов, является возможность широкого регулирования количества и размеров включений различных структурных составляющих, входящих в материал. В частности, для работы в тяжелонагруженных узлах трения перспективны комбинированные материалы, состоящие из твердых включений и менее твердой основы (материалы матрпчно-наполяеняого типа). В настоящее время нет общепринятой точки зрения на оптимальное соотношение физико-механических свойств и морфологических особенностей отдельных структурных составляющих таких материалов.
Проведенные нами с сотрудниками [590] исследования напряженного состояния поверхностных слоев трущихся тел поляризационно-оити-ческим методом на моделях из оптически активных материалов показа-
66
ли, что при контактировании шероховатых поверхностей существ* «активный» слой различной глубины, в котором напряжения 'им**» переменный характер. Ниже этого слоя напряжения практически «г* меняют своей средней величины (рис. 38, см. вклейку).
Для анализа величины и характера распределения напряжений в активном слое при трении скольжения разработана математическая модель, в которой рассматривается напряженное состояпие в упругой полуплоскости, содержащей систему дискообразных включений, расположенных периодически по горизонтальной оси. Иапряжепное состояпие вызвано приложением к грапице полуплоскости нормального и касательного напряжений.
В этих условиях получено замкнутое решение системы уравпеяий в виде тригонометрических рядов:
Oy= У. V
п=0
Se S И* + ~ A'm + AU)sin — * + \В\)П + ~- В\„ + //;,„,, I
У соч ~~ Т.\ г '
где Oy — компоненты нормальных напряжений; у — ось. перлепдику-лярная направлению трения; х — ось, параллельная направлений» трения; е — номер слоя включений, параллельного осп х\ w — расстояние между соседними включениями. Неизвестные A^n и В!' определяются
из граничного условия и условия непрерывности нормальной компоненты вектора смещения. Данные коэффициенты являются функциями от коэффициента внешнего трения, расстояний между включениями по ЮрИ-зонтали Wi и вертикали w*, концентрации включений в основе, размера частиц, упругих характеристик Ламе основы п включений.
Табулирование функций оу на машине БЭСМ-4 показало, что глубина активного слоя и величина напряжений в нем зависят от к<>нп»-нграции и размера твердых структурных составляющих. С увеличением количества твердых включений глубина «активного* слоя уменьшается (см. рис. 38).
В. В. Полатаєм для проверки корреляционной связи между напряжениями, рассчитанными на моделях и служебными характеристиками реальных пар трения, в функции оу подставлены значения геометрических и упругих характеристик сплава железо — бор, который в определенном диапазоне концентраций бора кристаллизуется с образованием включений Fe2B в эвтектической матрице. На рпс. 39 приведены экспериментальные данные по измерению износостойкости такого сплава в зависимости от размеров п количества включепий Fe^B.
Для этого же материала рассчитаны величина максимальных касательных напряжений и глубина активного слоя (рис. 40) в зависимости от размеров и количества включений. С увеличением количества включений и уменьшением их размера глубина активного слоя я величины максимальных касательных напряжений понижаются. Из рис. ~t0 видно, что с увеличением размеров и количества включення уменьшается
ИЗНОС. -
Следовательно, между результатами испытании на изнаишвание величиной и распределением напряжений на модели существует «w? ляция. Этот метод позволяет определять оптимальное распределяли*
3*
пряжений с точки зрения обеспечения минимального износа, в также рассчитывать количество и размер частиц твердой фазы для конкретных материалов.
В работе [456] исследовапо влияние твердых дисперсных частин, химически не связанных с матрицей, на износостойкость порошковых материалов. Обнаружено, что при сухом трении износостойкость мели
Рис. 39. Влияние размера включений для материала, содержащего 40% включений Fe2B (а), и количества включений для материала с размером включений 20 мкм (б) на приведенный износ (трение без смазки по контртелу из закаленной стал» 4' го скоростью 1 м/с) при разных нагрузках:
2 _ 50; 2 — 75; 3 — 100; 4 — 150; 5 — 200 кг/см2.
Рис. 40. Влияние количества включений на напряженное состояние (а) а гллбнну активного слоя (б):
1 — размер включений 20; 2 — 3 мкм.
увеличивается при введении в нее порошка мрамора с величиной частиц менее 50 мкм. Более крупный порошок приводил к понижению износостойкости.
Влияние технологических факторов изготовления материалов на их свойства
