Композиционные спеченные антифрикционные материалы - Федорченко И.М.
Скачать (прямая ссылка):
Таблица 65. Сравнение антифрикционных свойств спеченного железа, содержащего твердые смазки, при трении по закаленной стали 45 (ролик) без жидкой смазки при скорости скольжения 0,28 м/с
Исследуемый материал Приведенный износ, мг/см2-ч Нагрузка, кГ/см2 Коэффициент трения
ролика вкладыша
I* —8% FeS *е— BN Ie- 8% BaF-Fe-12% ZnS ?ч — 12% CaF2 4,100 Не работоспособен 0,108 0,210 2,800 Привес i> 146,60 • Не работоспособен 68,10 117,00 214,00 36,25 41,25 8 8 8 8 25 8 25 0,67 0,56 0,63 0,43 0,50 0,28—0,34
В этих условиях нитрид бора оказался неработоспособным; высокие значения износа имеют материалы с сульфидирующими присадкамп. Лучшие результаты получены при введении фторидов, которые, по многочисленным данным [94, 184], наиболее эффективны при трении в области малых скоростей скольжения и повышенных нагрузок.
Приведенные данные показывают, насколько широки возможности управления свойствами композиционных материалов при введении веществ, играющих роль сухой смазки. Направленный выбор основы материала и антизадирных присадок позволяет создать материалы с заданным
118
уровнем свойств для конкретных условий работы. Исходным в этих исследованиях должны быть данные о свойствах веществ, играющих роль твердой смазки, а также их поведение в процессе изготовления композиционных материалов и влияние па свойства и структуру материалов.
Смазывающая способность графита
и его взаимодействие с металлом основы при спекании
Графит имеет слопстое строение кристаллической решетки, в которой атомы расположены в параллельных плоскостях так, что образуют правильные шестпугольнпкп с расстоянием между атомами углерода в слое, равном 1,42 A. У каждого атома углерода три наиболее близких соседа, находящихся с нпм в одной плоскости. Расстояние между плоскостями — соседними слоями — составляет 3,39 A. Связь между атомами в одном слое значительно сильнее связей между плоскостями, что обусловливает легкое разрушение кристаллов графита по слоям под действием тангенциальных сил тренпя. Это обеспечивает ему, как смазке, низкий коэффициент тренпя (0,05—0,15), сопоставимый с коэффициентом трения жидкой масляной пленки [130].
Графит как смазка и композиции на его основе относятся к числу материалов, обладающих самой высокой удельной прочностью при высоких температурах [694], верхний температурный предел работоспособности которых ограничивается температурой начала интенсивной сублимации графита (3500° G) [307].
Графит обладает высокой химической стойкостью. Он не растворяется в известных растворителях и стоек к кислотам и щелочам. По данным [133], химическая стойкость графита в различных агрессивных средах проявляется до следующих температур:
Стойкость
Среда до темпера-
туры, °С
Кислород 410
Водород 915—1015
Хлор 2315
А:ют 3016
Водяные пары 810
Упл'кислый газ 810
Коицептрироваппые кислоты (HNO3 и H2SO4) 315
На воздухе при температурах до 450—500° С графит имеет прекрасные антифрикционные свойства. On обладает значительными силами молекулярного сцепления с металлами, образуя на их поверхности пленку, которая сохраняет кристаллическую структуру и создает условия трения графита по графиту. Даже изменение направления трения, например при возвратно-поступальном движении, не нарушает ориентации частиц графита относительно рабочей поверхности металла. Толщина образующейся пленки графита около 100 A, а коэффициент трения в этом случае очень мал (0,03-0,04) [133].
Однако в сухом воздухе и вакууме износ графита увеличивается, коэффициент трения резко возрастает (до 0,6), наступает пылевидный износ графитовых материалов, который также отмечают и на воздухе в тяжелых условиях трения [694]. Все это ставит под сомнение сложившиеся представления о структурной природе механизма трения графита.
119
^1O 400 SOU 1200 1500 2000 Температура скользящих тел, °С
Рже. 72. Зависимость коэффициента тревжя графита (J) и дисульфида можибдеиа (2) от температуры при трении на воздухе.
йшвввШ коэффициента трения графита в зависимости от темпера-ишМйШШ на рис. 72. При комнатной температуре он равен 0,45 У^Лйяно снижается с ростом температуры до 1500 С, при которой !«пДм^Гнеянчивы 0,2. Причина такого поведения не ясна. Высказыва-^^юеяположение о влиянии процесса окисления графита, в связи с етеж qeM 0ПрЄдЄЛЄН температурный предел
работы графита как смазки до 65° G и от 435 до 540° С, имеющего коэффициент трения 0,15 [76, 709, 772, 845]. В определенных условиях рабочий диапазон его применения расширяется и равен 27—982° С, в связи с чем высказывается мнение, что смазочные свойства графита зависят от присутствия окислов, например металлов трущихся тел [94, 95, 709], жидкой смазки, влаги и воды [103,108, 130, 133].
Величина коэффициента трения графита зависит от многих факторов, и прежде всего от его чистоты, величины частиц и режимов трения. В условиях малых перемещений ва воздухе, исключающих влияние нагрева при трении, по армко-железу коэффициент трения малозольных и мелких графитов составляет 0,03— 0,07, для более зольных и крупных — 0,06—0,14 и для аморфного графита — 0,24. В условиях высоких скоростей скольжения, когда при трении интенсифицируется развитие тепловых процессов на поверхности трения, графит сохраняет низкие коэффициент трения и износ, возрастающий с увеличением скорости. Эти величины зависят также от размера исходных частиц графита (рис. 73) [542].
