Композиционные спеченные антифрикционные материалы - Федорченко И.М.
Скачать (прямая ссылка):
Применение методов сульфоцементации и сульфоборирования позволило создать па основе нержавеющих сталей типа Х17Н2, Х23Н18, OX1811л изиосо- и коррозиопностойкие материалы с высокими антифрикционными свойствами [413, 497, 573, 587]. Такие материалы при работе без смазки в воздушной среде и вакууме (до Ю-7 мм рт. ст.) способны работать без схватывания при нагрузках до 100 кГ/см2, скоростях трения до 0,23 м/с (коэффициент трения 0,4), а также при повышенных температурах (до 500—550° С) и нагрузках (до 600 кГ/см2) в течение нескольких часов. Совмещение процессов спекания, науглероживания и сульфп-дирования [497, 573, 587] позволило повысить твердость материала из нержавеющей стали в 1,1 —1,75 раза по сравнению с насыщением только серой и упростить процесс изготовления изделий.
Возможность ведения совмещенного процесса была достигнута спеканием в герметизированном контейнере (контейнер с плавким затвором). Спрессованные образцы из порошка нержавеющей стали помещаются в контейнере в засыпку из графитовой крупки и порошка серы. Герметизация контейнера обеспечивает насыщение газовой среды парами серы на всем протяжении спекания. На рис. 146 показано распределение углерода и серы в поверхностном слое образцов из стали Х23Н18, подвергнутой
7 • 423
193
суніфонзмвнт^ующему спеканию. Этот материал обладает высокой изио-дедоіяостью. Он нашел применение в узлах трения гидронасосов, псре-ктмхяпх воду, содержащую абразивные частицы.
Науглероживание (цементация). При изготовлении подшипников на основе железного порошка проводится дополнительное насыщение поверхности углеродом с целью получения в поверхностном слое перлитной структуры, обладающей большей износостойкостью, чем ферритная или
феррито-перлитная. Цементация может осуществляться двумя методами — в твердых засыпках или в проточной газовой среде. В первом случае изделия загружаются послойно в коробки, заполняемые карбюризирующей смесью — древесным углем с различными добавками.
При нагреве до температуры 900— 950° G углерод угля взаимодействует с остатками кислорода воздуха в контейнере и с окислами цементируемых изделий с образованием окиси углерода. Последняя в условиях нагрева в контакте с поверхностью железа разлагается до углекислого газа и атомарного углерода:
2GO -> CO2 + С,
который диффундирует в металл. Добавки в смесь углекислых солей ВаСОз, Na2CO3 (сода), K2CO3 (поташ) до 10-20% активируют процесс в результате выделения большого количества углекислого газа при разложении этих солей и образовании окиси углерода при взаимодействии углекислого газа и угля засыпки:
0 1 2 3 4 5 6 Расстояние от поверхности, ш
Рис. 140. Распределение углерода (1) и серы (2) в поверхностном слое оГфа.щз диаметром 30 мм из стали Х23Н18, подвергнутой сулкфоцементационному спеканию при температуре 10000C в течение 3 ч.
BaCO3-> BaO + CO2, CO2 + С = 2CO и т. д.
Цементация в коробках применяется при небольшом объеме производства. При массовом выпуске продукции значительно эффективнее науглероживание в газовой среде. Этот метод особенно целесообразен в производстве подшипников из порошков, так как процессы спекания и науглероживания легко совмещаются.
Дополнительное науглероживание поверхности антифрикционных изделий на основе железографита легко достигается поддержанием в газовой защитной среде достаточно высокого углеродного потенциала, в частности введением в конвертированный природный газ или эндогаз строго регулируемого количества природного газа, имеющего высокое содержание метана.
Сульфидирование подшипниковых материалов. Одним из перспективных методов noBbJUjejfMH сопротивления материалов схватыванию при трении является сульфидирование. Применение его к пористым материалам на основе железа или железографита достаточно просто. Сера в материал вводится в виде порошка в шихту перед прессованием или пористое тело пропитывается в течение 45 мин расплавленной серой при температуре 130—1400C Затем производится нагрев в защитной газовой среде до температуры 400 - 450° С в течение 60 мин до образования сульфидов.
194
Однако у высокохромистых сталей, к которым относятся нержаве-ЮШне, процессы сульфидирования идут очень слабо. Изучены различные методы сульфидированпя пористых нержавеющих сталей [497, 573):
пропитка предварительно спеченного спрессованного из порошков нержавеющей стали каркаса с пористостью 40% расплавленной серой и последующий нагрев:
дополнительное прессование на холоду спеченного пористого каркаса из нержавеющей сталп до пористости 12 — 14%, пропитка серой и последующий нагрев:
пропитка серой спеченного пористого каркаса и последующая допрес-совка до пористости 30—33%;
пропптка серой спрессованного неспеченного каркаса из порошков нержавеющей сталп с пористостью 25% и последующее сульфидирующее спекание.
Цель этих исследований — установление влияния концентрации дефектов кристаллической структуры материала, возникающих в различных количествах и типах деформации, на активность реакции образования сульфидов, так как повышение концентрации дефектов кристаллической структуры увеличивает скорость диффузионных процессов.
