Композиционные спеченные антифрикционные материалы - Федорченко И.М.
Скачать (прямая ссылка):
По данным [94], изменение коэффициента трения с повышением температуры, наблюдаемое при трении по некоторым металлам (например, по танталу, железу, никелю), объясняется тем, что в определенных условиях такие металлы реагируют с графитом, образуя карбиды. Это увеличивает как площадь контакта, так и их прочность на поверхности раздела, что сопровождается повышением силы трения.
При введении графита в состав композиционных материалов он выполняет две функции: роль твердой смазки и легирующего компонента, так как активно участвует в структурообразо-вании. В зависимости от характера взаимодействия графита с основой сплава определенным образом изменяются структура и свойства спекаемого материала.
Взаимодействие графита и железа в спекаемых материалах протекает в соответствии с диаграммой состояния железо — углерод. Однако
10
20 30 АО 50
20 50 V, м/с г
Рис. 73. Зависимость коэффициента трения (а, б) и износа (в, г) гла-фита (а, в) ж дисульфида молибдена (б, г) от скорости трения и величины зерна при трении на воздухе с нагрузкой 0,7 кГ/см2 по стали 3X13 (HRC = 47-7- 50): J — 0,1; 2 — 0,075; 5 — 0,042 мм.
UP
efwteirb взаимодействия определяется многочисленными факторами, определяющими формирование структуры пористого тела [553]. Механизм а&вимодействия углерода графита с железом сводится к непосредственной щонтактной диффузии и растворению графита в аустените [480, 696, 829]. Первая стадия процесса характеризуется преимущественным направле-ажем диффузионного потока углерода по грапицам зерен и начинается при температурах около 850° С. С увеличением времени и температуры развивается объемная диффузия углерода в аустенит, скорость которой значительно ниже граничной [61, 62, 284, 553]/
В зависимости от режимов процесса спекания и состава материала образуется одна пз структур железографитовых материалов: феррит со структурно-свободным графитом, феррито-перлит, феррито-перлит-гра-фит-цементпт, феррит-цементит, перлит, перлит-графит, перлит-графит-цементит. перлит-цементит [553].
Прп температурах 11500C и выше диффузия протекает столь интенсивно, что после спекания образуются элементы литых структур: ледебу-ритная эвтектика, цементитные иглы и сетка. Поэтому оптимальными температурами спекания в зависимости от содержания углерода являются 1050—1150° С, прп которых обеспечивается формирование перлитной структуры, обеспечивающей наиболее высокую износостойкость антифрикционных материалов.
Часто структуре железографитовых материалов свойственна некоторая аномальность, выраженная наличием феррита, при оптимальном количестве связанного углерода, соответствующего эвтоктоидному [174, 382, 518. 553]. Предполагается [152], что кислород и в особенности окислы как зародыши активного преждевременного выделения карбидов могут дополнительно усиливать склонность перлита к изменению его природы, а именно способствуют появлению грубого перлита и сильной коагуляции цементита, который образует либо бесформенные включения, расположенные в оторочке феррита, либо сетку в феррите (см. рис. 19, г, в).
Даже в богатых графитом материалах присутствие окислов влияет па степень науглероживании железографита. По мере увеличения содержания окислов паблюдается образование аномальных структур типа пер-лит-феррит-пементит и чисто ферритиых структур с наличием недовос-становленных окислов. Это приводит к значительному обезуглероживанию материала, увеличению пористости, убыли в массе и понижению его механической прочности [62, 174].
В пекоторых условиях трения со смазкой допускается использование аномальной структуры [381, 382]. Предотвратить появление аномальных структур и уменьшить содержапие окислов в материале можно, используя графит, сокращая время спекания, увеличивая скорость охлаждения и подбирая защитную среду [174, 518].
Установлено [389], что использование активных малозольных и мелких графитов в условиях сиекапия, не предусматривающего специальных м«'р ио защите от выгорания графита, способствует появлению преимущественно перлитных структур и в условиях значительного обезуглероживания обеспечивает образование перлито-ферритной структуры с содержанием не ниже 50% перлита. Крупные высокозольные графиты приводят к получению структур с небольшим количеством иерлита (до 25-30%).
Материалы с конечной феррито-перлитпой структурой характеризуются большей усадкой и большим изменением пористости в процессе спекания. Наоборот, для перлито-ферритных структур свойственно более ста-
ні
бальное ж малое изменение пористости, размеров и массы при спекании.
Одвако на растворимость в железе влияет также количество присутствующего графита. В работе [900] отмечается, что высокое содержание структурно-свободного графита тормозит образование цементита. Если добавки графита превышают 6—8 мас.%, в структуре обычно не наблюдается вторичного цементита. Вместе с перлитом часто присутствует феррит. Этот факт объясняют тем, что многочисленные частицы графита действуют в качестве зародышей при осаждении углерода в форме графита.
Следовательно, на формирование структуры и свойств железографи-товых материалов оказывает влияние как качество графита, определяющее растворимость его в железе, так и его количество. При благоприятных факторах растворимость графита в железе заканчивается за несколько минут и в дальнейшем структура железографитовых материалов определяется режимами спекания п охлаждения.
