Спечени прахообразни материали, Металургичен портал

Голям бройсинтеровани прахообразни материали са разработени и приложени на практика. Структурните синтеровани материали, фрикционни, антифрикционни, порести, електрохимични и топлоустойчиви прахови материали са получили най-голямо приложение.

Синтерованите антифрикционни материали се използват при производството на плъзгащи лагери, работещи при условия на триене. Работата на такива лагери зависи пряко от скоростта на плъзгане, натоварването и условията на работа. Те трябва да имат високи антифрикционни свойства, да се характеризират със самосмазване, добра разработка, устойчивост на износване и здравина. Дълго време материалите за плъзгащи лагери са отлети материали на базата на мед (например калаени бронзове). Те обаче са скъпи и не винаги отговарят на експлоатационните характеристики на съвременните машини и механизми.

Понастоящем има голям брой синтеровани антифрикционни материали, които се използват широко в общи инженерни продукти, работещи при нормални условия, и в продукти със специално предназначение, работещи при трудни условия. Плъзгащите лагери на базата на желязо и мед, произведени по традиционна технология и стандартно оборудване на процесите на праховата металургия, са широко използвани. Антифрикционните материали на базата на въглерод също са широко използвани.

Антифрикционни синтеровани материали на основата на желязо

Най-често срещаните антифрикционни синтеровани материали на базата на желязо са:

поресто желязо;
желязографитни материали.

поресто желязо

Порестото желязо е най-простотовид антифрикционен материал, чиито свойства са показани в таблица 1. Технологията за производство на поресто желязо се състои в пресоване на железен прах, синтероване, импрегниране с масло и оразмеряване.

Таблица 1 - Свойства на порестото желязо

Качеството на импрегнирането се оценява по масата и обема на маслената абсорбция и коефициента на запълване на порите с масло, които се определят по формулите:

Mwt. – масово абсорбиране на масло;
моб. – обемна маслена абсорбция;
K е коефициентът на запълване на порите с масло;
m1 и m2 - масата на продукта преди и след импрегниране с масло; 2м
am е плътността на маслото;
mm е масата на маслото в продукта;
V е обемът на продукта;
P - порьозност на продукта (обикновено 10 - 30%).

Наличието на пори създава постоянен резервоар от масло, което осигурява нисък коефициент на триене. Способността на порестите лагери да се самосмазват позволява в някои случаи да се откаже подаване на масло отвън, което е много важно за труднодостъпни компоненти на машината, както и в случаите, когато смазката от масла и тръбопроводи е неприемлива (храна, фармацевтични продукти).

Желязо-графитни материали

Желязо-графитните материали са намерили широко приложение в машиностроителната и металургичната промишленост, електрическата и селскостопанската промишленост за производство на части, работещи във фрикционни възли.

Основните компоненти на желязо-графитните материали са железен прах, графит и малки количества мед, сяра и фосфор. Желязо-графитните материали съдържат от 1 до 4% графит. Графитът играе двойна роля в тези материали. Графитът, разтворен в процеса на получаване на части, увеличава здравината на металната основа, а неразтвореният - играеролята на твърда смазка.

Технологията за производство на желязо-графитни материали включва операции, традиционни за праховата металургия. Това е подготовката на заряда чрез механично смесване на изходните компоненти, пресоване, синтероване и допълнителна обработка (импрегниране с масло, калибриране и др.). Налягането на пресоване се избира в зависимост от зададената остатъчна порьозност, качеството на праха, размера на пробата. Продуктите се синтероват в защитна атмосфера или във вакуум в температурен диапазон 1000 - 1150 °C. Като защитна атмосфера се използват водород, дисоцииран амоняк, конвертиран природен газ.

Желязо-графитните материали имат перлитно-феритна структура. Съотношението на структурните компоненти (ферит и перлит) влияе върху експлоатационните свойства на желязо-графитните материали. Количеството на феритния компонент зависи от първоначалното съдържание на графит, условията на синтероване и не трябва да надвишава 50%. Перлитната структура има най-висока устойчивост на износване.

Таблица 2 изброява някои свойства на синтеровани желязо-графитни материали.

Таблица 2 - Свойства на антифрикционни синтеровани желязо-графитни материали

В антифрикционните материали самосмазването се дължи на маслото, което излиза от каналите на порите по време на триене. Появата на масло върху повърхността на триене се обяснява с различното обемно топлинно разширение на маслото и металната основа на материала. Ефектът на самосмазване причинява образуването на маслени гранични слоеве върху повърхността на триене, чиято непрекъснатост зависи от температурата на процеса. Увеличаването на температурата на повърхността на триене на импрегнираните с масло лагери до 60–70 ° C води до нестабилен режим на триене, до разкъсване на маслените гранични слоеве и интензивно износване.

Зажелезен графитлагери има максимално допустими натоварвания, над които те губят своята производителност. Материал, съдържащ 0,8 - 1,0% графит, има стабилни свойства. Пределната скорост на плъзгане за желязо-графитните материали е 2–3 m/s. Когато тази скорост бъде превишена, коефициентът на триене става нестабилен и желязо-графитните материали губят своята ефективност.

Спечените желязо-графитни материали по отношение на триботехническите свойства се доближават до сивите чугуни и превъзхождат бронза по устойчивост на износване и здравина.

Сравнителните свойства на антифрикционните материали са показани в таблица 3.

Таблица 3 - Механични и експлоатационни свойства на антифрикционните материали

Продължителността на работа на лагерите от желязо-графитни материали обикновено е 3-5 хиляди часа и зависи от условията на тяхната работа. Използват се във фрикционни възли на селскостопански машини, за производство на втулки за транспортьори, кинокамери, автомобилни части, металорежещи машини и други цели.

Подобряването на свойствата на желязо-графитния материал се постига чрез легиране и въвеждане на различни добавки. За подобряване на някои свойства се въвеждат мед, фосфор, цинк, калай, молибден и олово. Свойствата на легирания железен графит са показани в таблица 4.

Въвеждането на мед в желязо-графитни материали подобрява свойствата чрез получаване на по-равномерна структура, увеличаване на твърдостта и намаляване на свиването.

Легирането с цинк, фосфор осигурява добро синтероване, перлитна финост, по-висока устойчивост на износване.

Добавянето на молибден повишава якостта и якостта на умора, намалява износването и коефициента на триене. По този начин материал, съдържащ 3% графит и 15% молибден, може да работи при натоварвания от 0,1 до 20,0 MPa прискорости на плъзгане 0,1 – 95 m/s при условия на триене в режим на самосмазване, с ограничено смазване и без смазване.

Въвеждането на олово или сплави на базата на цветни метали дава увеличение на якостта и антифрикционните свойства. Въвеждането се извършва чрез добавяне на посочените добавки към първоначалната смес или чрез импрегниране на порестата рамка с разтопен метал. По този начин материал, състоящ се от 60 - 90% желязо и сплав, съдържаща 85% мед, 5% калай, 5% олово и 5% цинк, се използва за лагери, работещи при налягания над 1,0 MPa.

Таблица 4 - Свойства на легирания железен графит

Желязо-медните материали, съдържащи олово, имат повишена пластичност, така че се използват за ударни натоварвания.

Понастоящем все повече се използват материали с твърди смазочни материали, работещи във фрикционни възли с високи скорости на плъзгане, когато дори при малки натоварвания могат да се развият значителни температури, които допринасят за отстраняването на смазката от зоната на триене.

За да се осигури добра работа на фрикционните възли в тези случаи, върху тяхната повърхност се създава защитен разделителен филм, който изключва контакт с метални повърхности и последващо втвърдяване. Защитни слоеве върху металната повърхност могат да бъдат създадени чрез подходяща обработка по време на производството на части. За подобряване на трибологичните свойства на такива материали се използват различни вещества, които се прилагат върху триещите се повърхности като твърда смазка чрез триене или пръскане от суспензии с летливи разтворители. Веществата, приложени към триещите се повърхности, могат да бъдат сулфиди, селениди, хлориди, флуориди, йодиди, нитриди и оксиди на метали. Такива слоеве от твърди смазочни материали се държат на повърхността от силите на адхезия на твърдите смазочни частици към металите.Трайността на такива филми е ниска. Филмите от твърди смазочни материали със свързващи вещества имат по-висока якост и по-голяма адхезия към металната повърхност. Като свързващи вещества се използват фенолни и епоксидни смоли, флуоропласт и други материали.

Ефективен метод за образуване на стабилен разделителен филм върху триещи се повърхности е въвеждането на твърда смазка директно в материала. Този метод е по-технологичен и изключва допълнителни операции за импрегниране или триене на материала с твърда смазка.

Например, материалите, получени чрез смесване на легиран с хром железен прах и молибденов дисулфид (Mo2S), имат следните свойства:

твърдост HV - 600 - 1000 MPa;
якост на опън при натиск - 1200 MPa;
якост на опън - 170 MPa;
якост на удар - 70 kJ / m 2;
износване - 0,005 микрона / км;
гранично налягане преди настройка - 12 - 15 MPa.

При избора на твърдо смазочно масло е необходимо да се вземе предвид неговата термична стабилност, която влияе върху химическата активност на твърдите смазочни материали, тъй като смазочните материали могат да се разлагат под въздействието на висока температура и околната среда, образувайки твърди и газообразни продукти. Тези продукти могат да влязат в химична реакция с металната повърхност на триещите се тела и да образуват съединения, които са корозивни или абразивни.

В практиката като твърди смазочни материали най-широко се използват серните съединения на молибдена, цинка и калциевия флуорид.

Антифрикционни синтеровани материали на базата на мед

Най-разпространените антифрикционни синтеровани материали на базата на мед са:

калаени бронзи;
бронзови графити.

синтерованокалайени бронзи

Синтерованите калаени бронзове са първите прахообразни антифрикционни материали на базата на мед, използвани в производството. Използват се за производство на лагери, работещи в леки условия, характеризиращи се с ниски скорости на плъзгане (по-малко от 1,5 m/s) и високи натоварвания (0,5–1,0 MPa). Оптималните антифрикционни и механични свойства, осигурени със съдържание на калай 9–10%, са:

порьозност - 15 - 35%;
якост на опън - 76 - 140 MPa;
относително удължение - 5%;
показател V P– 1,5 – 2,5 MPa⋅m/s.

За работа при условия на високо налягане и високи скорости на плъзгане се използват синтеровани силно порести бронзи, импрегнирани с флуоропласт. И за увеличаване на носещата способност и намаляване на степента на износване се използват лагери, импрегнирани с флуоропласт с пълнител - олово. И така, лагерите, изработени от стоманена лента, върху която е нанесен слой от порест бронз, импрегниран със смес от флуоропласт и олово, имат основните характеристики:

крайна якост - 310 MPa;
коефициент на триене при скорости 0,2 m/s - 0,05 - 0,1;
коефициент на триене при скорости 0,2 - 5 m / s - 0,1 - 0,16;
крайно натоварване - 30 MPa.