автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Исследование и разработка порошковых самосмазывающихся материалов для высокотемпературных узлов трения

держАвний науково-технічний центр

Ар|ИЛЕР1ЙСЬКО-СТР1ЛЕЦЬКОГО ОЗБРОЄННЯ

На правах рукопису

РОЇК ТЕТЯНА АНАТОЛІЇВНА

Для службового користування УДК 669.01:621.762:621.89:621.9.048.

ДОСЛІДЖЕННЯ ТА РОЗРОБКА ПОРОШКОВИХ САМОЗМАЗУЮЧИХСЯ МАТЕРІАЛІВ ДЛЯ ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНИХ ВУЗЛІВ ТЕРТЯ.

Спеціальність 05.02.08. - Технологія машинобудування.

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата технічішх наук

Київ - 1997

Дисертація є рукопис.

Робота виконана в Державному науково-технічному центрі артилерійсько-стрілецького озброєння та в Інституті проблем матеріалознавства Національної Академії наук України.

Науковий керівник доктор технічних наук, професор

Заболотний Л. В.

Науковий консультант кандидат технічних наук

Шевчук Ю.Ф.

Офіційні опоненти доктор технічних наук, професор

Кравець I.A. кандидат технічних наук, доцент Кукарін 0.Б.

Провідне підприємство Національний технічний універ-

ситет України "Київський політехнічний Інститут". Захист дисертації відбудеться 1997 р.

о год. на засіданні Спеціалізованної вченої ради К26.800.70 Державного науково-технічного центру Артилерійсько-стрілецького озброєння за адресою :

252057, м.Київ-57, проспект Перемоги. 49/2.

Автореферат розісланий 1997 р.

Вчений секретар Спеціалізованої

вченої ради К26.800.7£И'7 / , Дудник .М. І.

АНОТАЦІЯ.

Дисертаційна робота присвячена проблемі дослідженння та розробці композиційних порошкових підшипникових матеріалів , призначених для оснащення вузлів тертя . працюючих при підвищених та високих температурах.

Метою дисертаційної роботи є створення нових порошкових са-мозмазуючихся матеріалів для високотемпературних вузлів тертя на основі сталевих порошків-відходів Інструментального та кулькопід-шипникового виробництва та нікеля , а також дослідження впливу структури та фазового складу матеріалів на окислення 1 зношення.

В роботі вирішені слідуючі завдання :

- розроблено комплексну методику дослідження окислення та триботехнічних характеристик порошкових матеріалів при підвищених температурах та створено трибометричну машину;

- досліджені жаростійкість 1 зносостійкість порошкових матеріалів на основі заліза та нікеля з легуючими додатками , встановлені оптимальні температурні межі їх використання стосовно до умов експлуатації металургійного , енергетичного обладнання та виробів спецтехніки;

- враховуючи результати комплексного дослідження процесів окислення . тертя та зносу в залежності від складу матеріала . легуючих та антизадирих додатків , режимів навантаження визначено оптимальні хімічні сполуки матеріалів на основі заліза та нікеля;

- визначено оптимальні технологічні параметри виготовлення високотемпературних зносостійких композиційних матеріалів методами порошкової металургії;

- створено нові порошкові матеріали з поліпшеними триботех-

нічними властивостями для роботи при підвищених температурах та впроваджені у виробництво металургійного . енергетичного обладнання та виробів спецтехніки.

АВТОР ЗАХИЩАЄ :

- аналіз стану питань в області тертя, зноса та самозмазування порошкових високотемпературних матеріалів на основі заліза та нікеля в умовах експлуатації при температурах навколишнього середовища до 700°С;

- закономірності процесів окислення . тертя та зношування , ' а також основні фактори , що впливають на температурну працездатність порошкових матеріалів;

- принципи створення та забеспечення працездатності порошкових антифрикційних матеріалів при 200-700°С;

- нові порошкові антифрикційні матеріали на основі заліза та нікеля.

ОСНОВНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ.

АКТУАЛЬНІСТЬ. Технічне переобладнання галузей промисловості України 1 науково-технічний прогрес в сучасному машинобудуванні ставлять завдання удосконалення Існуючого та створення нового обладнання , машин . механізмів та матеріалів . здібних підвищити працездатність об'єктів нової техніки.

Забеспечення працездатності нових машин , підвищення надій-

ності та довговічності раніш створених висувають першочергове завдання пошуку нових матеріалів, серед яких одне з найбільшваж-ливих місць займають антифрикційні матеріали , здібні працювати при підвищених режимах навантаження 1 температурах.

Це насамперед стосується машин та обладнання металургійної промисловості . машин та механізмів енергетичного машинобудування, а також виробів спеціальної техніки.

В технічній літературі описано багато прикладів створення та використання литих високотемпературних підшипникових сплавів, у тому числі 1 для вузлів тертя металургійного та іншого обладнання. Проте . виготовлення підшипникових матеріалів методом ливарного засобу виробництва обмежує можливості поєднання у сплавах різних за природою 1 призначенням компонентів . що формують несучий каркас металевих сплавів та антизадирних додатків у вигляді солей . оксидів , евтектик та інш. Тому на відміну від традиційних автор дисертації застосував для створення нових композиційних підшипникових матеріалів методи порошкової металургії . які дозволяють проводити синтез матеріалів з наперед заданими властивостями , дякуючи поєднанню найрізноманітних порошкових компонентів.

Відмітною особливістю застосованих автором методів порошкової металургії є широке використання порошків-відходів Інструментального та кулькопідшипникового виробництва сталей Р6М5. ШХ15,

які містять у собі такі цінні елементи як V, W, Mo, Сг та Інші. Використання таких цінних, дешевих відходів закладає основи безвідходної технології та частково вирішує екологічну проблему.

В технічній літературі не достає відомостей про кількісний взаємозв’язок між темпом окислення та темпом зношування порошкових спечених матеріалів , про хімічний склад 1 природу складних

оксидів , що створюються на поверхнях тертя матеріалів . не вивчені механізми самозмазування порошкових матеріалів . які містять в собі тверді змазки , особливо при високих та підвищених температурах тертя . Надто мало відомостей про вплив легуючих компонентів на високотемпературну зносостійкість . Більшість дослідників обмежуються виявленням характеристик тертя та зношування без спроби пояснення впливу структури , фазового складу на окислення та знос матеріалів.

Тому створення нових порошкових самозмазуючихся матеріалів для високотемпературних вузлів тертя на основі сталевих порош-ків-відходів та нікеля . а також дослідження структури та фазового складу матеріалу на окислення та знос є актуальним науково-технічним завданням.

ЗАГАЛЬНА МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ. Дослідження порошкових самозмазуючихся матеріалів для високотемпературних вузлів тертя виконано з використанням теоретичних та експериментальних методів досліджень.

Експериментальні дослідження виконані у лабораторних та промислових умовах на реальних деталях.

Дослідження технологічних властивостей : плинності , насип-

ної щільності . ущільненості та формуємості здійснювали за стандартними методиками.

Дослідження фізико-механічних властивостей матеріалів здійснювали з використанням : приладу мод. ТШ-2М для виміру макротвер-дості деталей ; маятникового копра ПСВ-1.5 для випробування на ударну в'язкість матеріалав : універсальної випробувальної машини МР-05-1 для випробуваня матеріалів на міцність при вигинанні.

Металографічний аналіз проводили на оптичному мікроскопі МИМ-8М . мікродюрометричні дослідження проводили з використанням мікротвердоміру ПМТ-3 для виміру мікротвердості окремих фаз , присутніх у матеріалах.

фрактографічні дослідження впливу легуючих компонентів та фторида кальцію на структуроутворення . дослідження Ізломів матеріалів . поверхонь тертя проводили на растрових мікроскопах РЕМ-200 та фірми ”ШІ”.

Рентгеноструктурні та рентгенофазові дослідження поверхонь тертя проводили на установках УРС-50 та ДРОН-3 . Дослідження розподілу елементів . які входять у склад сплаву . проводили на рентгенівському мікроаналізаторі МАР-1.

Оцінку розподілу основних компонентів поверхневого шару у початковому стані та після тертя проводили в оже-спектрометрі системи "Варіак" . Топографів позерхонь тертя в режимі композиційного контрасту вивчали з використанням растрового електронного мікроскопу фірми ОЬ".

Електрснномікроскопічні дослідження при вивчанні плівок тертя. а такоя дослідження електронограм проводили на електронних мікроскопах ЕМ-200 та фірми

Для оцінки триботехнічних властивостей матеріалів створено нову машину тертя , розроблена методика трибометрії порошкових матеріалів при температурах від кімнатних до 1200°С.

Достовірність отриманих результатів . висновків та рекомендацій . сформульованих у дисертації , підтверджується результатами лабораторних випробувань та впровадженням розробок у виробництво.

НАУКОВА НОВИЗНА. В результаті комплексе теоретично-експериментальних досліджень запропоновано модель механізму самозмазування порошкових матеріалів при високих температурах, яка являє собою процес аморфізації та механо-хімічного легування поверхневого шару 1 на основі якої виявлені закономірності кінетики високотемпературного зношування, а також вперше розроблені порошкові підшипникові матеріали з використанням порошків-відходів Інструментального та кулькопідшипникового виробництва.

Розроблено наукові основи технології виготовлення порошкових антифрикційних матеріалів для роботи в вузлах тертя при температурах 200-700° С.

Розроблено комплексну методику дослідження процесів окислення та триботехнічних характеристик композиційних порошкових матеріалів при підвищених температурах .

Створено високотемпературну машину тертя для досліджень триботехнічних характеристик при примусовому нагріві пари тертя до 1200° С .

практична цінність. Підшипники ковзання з матеріалу Ni-Mo-CaFe застосовуються у вузлах тертя поворотних лопаток замість раніш застосованих підшипників качіння на підприємстві СПБ "Машпроект" (м. Миколаїв). Річний економічний ефект від впровадження підшипників ковзання становив 362,0 тис.крб.(в цінах до 1991 р.).

Антифрикційні підшипникові втулки , виготовлені зі спеченого матеріалу Ní-Mo-CaFg . застосовуються для поворота направляючих лопаток силової турбіни агрегата ГТН-25 в об’єднанні "Невський

заеоЗ" (м.С.-Петербург). Річний економічний ефект від впровадження антифрикційних підшипникових втулок становив 255.72 тис.крб. (в цінах до 1991 р.).

Антифрикційні підшипникові втулки зі спеченого матеріалу Н1-Мо-СаР2 застосовуються для поворота направляючих лопаток компресора високого тиску ГПА-25/76А в об'єднанні "Невський завод" (м.С.-Петербург). Річний економічний ефект від впровадження антифрикційних втулок становив 197,70 тис.крб.(в цінах до 1991 р.).

РЕАЛІЗАЦІЯ РЕЗУЛЬТАТІВ РОБОТИ. На Руставський металургійний завод (РМЗ) було поставлено партію заготівок підшипників ковзання з матеріалу на основі порошків-відходів сталі Р6М5 з додатками СаР2 для установлення у вузлах тертя люнетів роликового настилу холодильника стана "320" в зоні найбільшого нагріву. Після випробувань було прийняте рішення про доцільність організації серійного виробництва промислової партії спечених підшипників ковзання для оснащення вузлів тертя стана ”320” РМЗ.

На 18 Державному підшипниковому заводі в м. Вінниці був впроваджений засіб виготовлення деталей методом порошкової металургії з порошків-відходів сталі ШХ15. Організована та пущена в експлуатацію експериментальна дільниця для виготовлення металевого порошку та спечення деталей.

На заготівки підшипників з матеріалу Мі-Мо-СаРг розроблена та впроваджена технічна документація - ТУ 06563-83; ТІ 147.25265.00044. Виготовлена промислова партія заготівок 1 передана підприємству СПБ "Матроет" (м. Миколаїв).

На заготівки підшипникових втулок зі спеченого матеріалу Nl-Mo-CaFг розроблена та випущена технічна документація -

ТУ 06758-88; ТІ 147.25365.00241. По розробленій технології виготовлена та передана Ленінградському заводу порошкової металургії промислова партія заготівок для встановлення у виробах .

АПРОБАЦІЯ РОБОТИ. Основні положення та результати роботи доповідались та були схвалені на ряді науково-технічних конференцій та семінарів:

- XV Наукова конференція аспірантів та молодих дослідників.-Київ, 1981, квітень;

- Всесоюзна науково-технічна конференція "Технологічне управління триботехнічними характеристиками вузлів машин."-Севастополь, 1983, жовтень;

- II Всесоюзна науково-технічна конференція "Триботехніка -машинобудуванню".- Пущино-на-Оці, 1983, листопад:

- VI Всесоюзна науково-технічна конференція "Теплофізика технологічних процесів". - Ташкент, 1984, жовтень;

- Науково-технічна конференція "Досвід та проблеми впровадження порошкової металургії".- Владівосток, 1984, жовтень;

- XV Всесоюзна науково-технічна конференція з порошкової металургії. - Київ, 1985, листопад;

- Науково-технічна конференція "Технологія здобування виробів з порошків та дослідження їх властивостей",- Пенза. 1985, грудень;

- Всесоюзна науково-технічна конференція "Сучасні проблеми триботехнології".- Миколаїв, 1988, квітень;

- XVI Всесоюзна науково-технічна конференція з порошкової металургії,- Свердловськ. 1989. травень;

- Науково-технічний семінар "Порошкова металургія та композиційні матеріали".- Ленінград, 1990, грудень;

- Школа-семінар "Триботехнічні та пористі спечені матеріали" -Київ, 1990, грудень.

Робота пройшла апробацію на науковому семінарі відділу "Три-ботехнічних композиційних матеріалів" Інституту проблем матеріалознавства Національної Академії Наук України.

ПУБЛІКАЦІЇ. Основний зміст та результати роботи відтворені у 8 наукових публікаціях. Загальні матеріали дисертації опубліковані у 20 наукових роботах.

СТРУКТУРА ТА ОБ'ЄМ РОБОТИ. Дисертація складається Із вступу, п’яти глав, загальних висновків , списку використанної літератури та додатків . Робота викладена на 150 стор. машинописного тексту, має 37 малюнків , 15 таблиць, список літератури Із 154 наймену-

вань, 9 додатків.

У вступі обгрунтовано актуальність теми досліджень , викладено мету та завдання досліджень. Стисло відображені наукова новизна роботи, практична цінність , реалізація в промисловості , методи досліджень, апробація роботи , публікації, структура та об'єм роботи .

Перший розділ присвячений аналізу літературних джерел в області досліджень процесів тертя та зносу . створення антифрикційних матеріалів для різних умов експлуатації . Сформуль-вано мету та завдання досліджень.

У другому та третьому розділах обгрунтовані та вибрані компоненти. склади шихт для спечення матеріалів на основі заліза та

нікеля з урахуванням конкретних умов експлуатації.

Досліджені основні технологічні (плинність, насипна щільність, ущільненість та формуємість) та фізико-механічні (ударна .в’язкість , твердість , мікротвердість, об’ємне зсідання) властивості та структурні особливості обраних та спечених композицій досліджуваних матеріалів , з урахувнням яких визначені оптимальні режими пресування та спечення.

Розроблено комплексний метод вивчення фізико-механічних властивостей порошкових триботехнічних матеріалів , призначених для роботи в умовах тертя та зносу при температурах до 750°С.

В результаті проведеного комплекса технологічних досліджень розроблено технологію виготовлення заготівок з порошкових матеріалів на основі заліза та нікеля. •

Створено високотемпературну машину тертя та розроблено методику дослідження триботехнічних характеристик матеріалів при примусовому нагріві пари тертя до 1200°С.

Проведено комплекс досліджень експлуатаційних властивостей нових підшипникових матеріалів . Вивчені фізико-механічні - твердість, міцність при вигинанні, ударна в'язкість , теплопровідність . жаростійкість та триботехнічні характеристики порошкових матеріалів для роботи при температурах до 300°С, • 500°С та 750°С відповідно. Показана можливість рекомендації розроблених матеріалів для конкретних умов роботи : матеріал - порошки-відхо-ди сталі ШХ15+5СаК2 для роботи при температурах до 300°С; матеріал порошки-відходи сталі Р6М5 для роботи при температурах до 500°С , а також два практично рівних за властивостями матеріали 63И + 27Мо + 10СаГ2 та 7(Ш + 24Мо + 6Саґг для роботи при температурах до 750° С.

Четвертий розділ роботи присвячений дослідженням механізму плівкоутворення антизадирних шарів порошкових композиційних антифрикційних матеріалів.

Досліджено, що процес утворення вторинних структур можна подати як процес аморфізації та механо-хімічного легування поверхневого шару, який включає слідуючі явища : диспергування матеріалів поверхонь тертя; роздрібнення дисперсоїду з частками оксидів, фторида кальція, заліза, нікеля. молібдена та Інших речовин, що входять до складу матеріала у вигляді додатків; спечення суміші на визначеному етапі під впливом локальних високих тисків та температур у склоподібну поверхневу плівку.

В результаті деформації та диспергування при терті в матеріалах, що містять фторид кальцію, формується змазуючий шар типу колоїдної дисперсії. Внутрішній склад шару характеризується утворенням зон з підвищеним вмістом сполук кальція кулеподібної форми. Показано, що роздрібнення структури активного шару підвищує роль його пластичного деформування, а це, в свою чергу, обумовлює ефект зглажування мікрогеометрії рельєфу плівки та зниження її ізтираючої здібності.

Виявлено, що диспергування фториду кальція, можливо, покращує приробляємість сполучених пар та зменшує час приробки.

Отримано експериментальне підтвердження, що формування згла-женої мікрогеометрії рельєфа плівки стабілізує роботу пари тертя, забеспечує відсутність тужавності поверхонь тертя та знижує коефіцієнт тертя та знос.

У пятому розділі надано аналіз економічної ефективності впровадження результатів розробок та практичне застосування розроблених матеріалів у натурних вузлах тертя.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Числені дослідження Д.Н.Чернова, І.В.Крагельского, Б. В.Деря-гіна, Б. І. Костецького, І.М.Федорченка, В.Д. Зозулі та багатьох Інших вчених в галузі тертя та зносу показали, що не Існує єдиної думки про роль вторинних структур, що утворюються при взаємодії метала та навколишнього середовища.

Існує велика кількість описаних в технічній літературі відомостей в галузі створення та використання порошкових композиційних підшипникових матеріалів для експлуатації при підвищених температурах.

Проте, бракує відомостей про кількісний взаємозв’язок між темпом окислення та темпом зношування порошкових спечених матеріалів, про механізм окислення конкретних багатокомпонентних сплавів, про хімічний склад та природу складних оксидів, що утворюються на поверхнях тертя таких матеріалів та входять до складу антизадирної плівки. Не вивчені механізми самозмазування порошкових матеріалів, що містять в собі тверді змазки, особливо при високих та підвищених температурах тертя.

Аналізуючи результати досліджень багатьох авторів, показано, що надто мало відомостей про вплив легуючих додатків металів на високотемпературну зносостікість.

Більшість дослідників обмежуються виявленням характеристик тертя та зношування без спроби пояснити вплив структури та фазового складу на окислення 1 знос.

Надалі викладення дисертаційної роботи ведеться в напрямку обгрунтування, вибору початкових компонентів для розробляємих матеріалів. призначених для роботи при різних температурах зов-

нішнього нагріву.

Зроблено висновок, що для роботи вузлів тертя в температурному Інтервалі до 300°С можуть бути використані матеріали на основі заліза з додатками легуючих елементів Сг, Мп, Бі, що містяться у порошках-відходах сталі ¡11X15. Для температур до 500° С

- матеріали на основі заліза з додатками легуючих елементів VI, Мо, V та Інші, які присутні в порошках-відходах сталі Р6М5, та для температур до 750°С - матеріали на основі нікеля, легованого молібденом. У всіх випадках вводили до складу шихт фторид кальцію як твердий змазуючий компонент . '

Далі в дисертаційній роботі приведено результати комплексу досліджень технологічних властивостей матеріалів: плинність, на-

сипну щільність, ущільненість 1 формуємість.

Встановлено, що кращу ущільненість та формуємість мають композиції в Інтервалі тиску 700-900 МПа.

Далі в роботі приведено дані по дослідженню оптимальних технологічних режимів спечення матеріалів.

Експериментально встановлено, що оптимальними режимами спечення є температура 1200°С. 2 години, середовище - водень. Це

підтвердили дані физико-механічних характеристик - при підвищенні температури спечення з 800 до 1200°С значно зросли величини твердості, об’ємного зсідання та ударної в'язкості, а також дані металографічного аналізу - температура -900°С не забеспечує повного протікання дифузійних процесів розчинення легуючих елементів. Зростання об'ємного зсідання, макро- та мікротвердості матеріалів з підвищенням температури спечення до 1200°С свідчать про зростання ступеню легування твердих розчинів, які створюються в процесі спечення.

В зв’язку з необхідністю оцінки триботехнічних властивостей порошкових матеріалів було створено нову машину тертя, розроблено методику трибометрії порошкових матеріалів триботехнічного призначення при температурах від кімнатних до 1200°С. При виготовленні машини використовувався наявний досвід створення машин з застосуванням свердлувального верстата (тип 2А25) як приводу та навантажуючого пристрою для визначення сили тертя, швидкості зношування безпосередньо в процесі експерименту без зупинки машини.

Нова машина тертя відрізняється експресністю та підвищеною точністю отриманих результатів. забезпеченням .можливості комп’ютеризації проведення експериментів та аналізу результатів.

Надалі викладення дисертаційної роботи ведеться в напрямку досліджень експлуатаційних властивостей створюємих матеріалів. Приведено результати досліджень фізико-механічних (твердості, міцності при вигинанні, ударної в’язкості) та триботехнічних характеристик матеріалів призначених для роботи при температурі до 300°С (порошки-відходи сталі ШХ15+СаЕг),при температурі до 500°С (порошки-відходи сталі Р6М5 + Ссіїг) та при температурі 750°С (МІ+ + Но + СаГ2 ). Результати досліджень фізико-механічних властивостей трьох груп матеріалів приведено в табл.і. Аналізуючи дані таблиці видно, що розроблені матеріали достатньо пластичні, не дивлячись на наявність непластичних включень фторида кальція та остатньої пористості 8-15Ж, що є цілком задовільним для умов експлуатації цих матеріалів у вузлах тертя, в яких підшипники не зазнають великих ударних (до 180 кДж/мг) та вигинаючих (до 100 МПа) навантажень.

Таблиця 1.

Фізико-механічні властивості матеріалів.

1 І № Склад Матеріали на основі Nt Матеріали на основі сталі Р6М5 ' | Матеріали на основі І сталі 111X15

1 1 бвиг • МПа 600 - 700 400 - 500 250 - 350 |

1 2 ау. кДж мг 800 - 900 420 - 720 410 - 590 І

1 3 і нв. МПа ... 1300 - 1700 - 700 - 815 520 -.. ... 600 і 1

До однієї з вимог, які ставляться до високотемпературних матеріалів. належить висока теплопровідність, експериментальні дані по теплопровідності ( X ) при температурах від кімнатної до 700°С знаходяться в межах 10.8+1.6 до 13.0+1.9 Вт/м-°К, що свідчить про достатньо високу теплопровідність, необхідну для конкретних вузлів тертя для роботи при підвищених температурах.

В роботі приведено дані по дослідженню жаростійкості розроблених матеріалів. Дослідні образці після нагріву на повітрі при температурах 300,500 та 600°С протягом 1, 5 , 10, 50 та 100 годин були покриті щільною оксидною плівкою темного кольору, яка міцно зчеплена з металевою матрицею. Приведено дані кінетики окислення матеріалів , які свідчать про їх достатньо високу жаростійкість.

Металографічний аналіз окислених матеріалів не виявив розвитку процесів об’ємного окислення, ідо вказує на добрі захисні властивості оксидних плівок, а їх утворення сприяє приробці матеріалів в натурних вузлах тертя.

Далі в дисертаційній роботі приведено дані триботехнічних характеристик трьох груп матеріалів при температурах 300, 500 та

750°С відповідно, швидкості ковзання 1 м/с та навантаженні до 7 МПа.

Таблиця 2.

Триботехнічні характеристики матеріалів.

Г 1 1 N |Темпера 1 |тура,°С 1 1 1 1 і Склад матеріалеІКоєфіцІ % ваг. Ієнт тер 1 тя 1 . . Інтенсивність зношування при 5 МПа,мкм/км 1 Гранично-при-| пустиме нава-| нтаження, МПа1

1 і 1 І 300 95ЯЙ15+5СаГ2 0.12 28 7 1

1 2 1 1 500 і 95Р6М5+5Са?2 0.11 33 7 1

1 3 1 1 І 750 і 63Мі+27Мо+10Саігг 0.15 26 7 1 і

Аналізуючи таблицю видно, що порошкові композиційні материа-ли мають достатні антифрикційні властивості для роботи в конкретних умовах експлуатації вузлів тертя.

Б продовження розвитку досліджень в галузі тертя та зносу, здійснена спроба з’ясувати та експериментально підтвердити ре-

зультати досліджень змазуючої дії фторида кальція в матеріалах на основі заліза та нікеля при терті без змазки.

Проведені дослідження дозволили представити механізми плів-коутворення антизадирних шарів порошкових матеріалів як процес аморфізації та механо-хімічного легування поверхневого шару. Це підтвердили результати фрактографічного аналізу, оже-спектроско-пії та електронномікроскопічних досліджень.

Виконаний аналіз даних по розробці матеріалів показав можливість підвищення ефективності виробництва за рахунок застосування дешевих видів сировини - порошків-відходів Інструментального та кулькопідшипникового виробництва.

Сумарний економічний ефект від впровадження розроблених композиційних антифрикційних матеріалів на промислових підприємствах становить 815,12 тис.крб. щ рік (в цінах до 1991 р.).

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ.

1. Аналіз Існуючих даних показав, що є недостатньо відомостей про механізми самозмазування порошкових матеріалів , які містять тверді змазки, особливо при високих та підвищених температурах тертя, про природу складних окислів, що створюються на поверхнях тертя, про вплив легуючих додатків на високотемпературну зносостійкість.

2. Накопичено достатньо експериментального матеріалу, що дозволяє пояснити основні закономірності кінетики високотемпературного зношування у зв’язку з процесами окислення, пластичної деформації, структурно-фазовими перетвореннями в поверхневих шарах тертя .

3. Показано, що матеріали для вузлів тертя металургійного, енергетичного та іншого обладнання працюють у несприятливих умовах - температура зовнішнього нагріва 200-600°С , коли звичайні рідкі мастила вже непрацездатні, а інтенсивність створення анти-задирних оксидних шарів ще не достатня , щоб регенерувати стерті плівки оксидів. В таких умовах матеріали на основі жароміцних та жаростійких металів (N1, По. Сг та Інш.) не мають особливих переваг перед матеріалами на основі заліза.

4. При температурах 500-700°С найбільше росповсюдження мають матеріали на основі нікеля , легованого молібденом, хромом, вольфрамом, титаном та інш. Переважний метод виготовлення матеріалів

- порошкова металургія, яка дає можливість створювати нові комбі-новани матеріали , що містять в своєму складі порошкові антиза-дирні змазуючі компоненти. Це дозволяє поліпшити триботехнічні характеристики при підвищених температурах, компенсувати недостатню Інтенсивність утворення антизадирних оксидних шарів.

5. Обгрунтовані та вибрані компоненти, склади шихт для спе-чення матеріалів на основі заліза та нікеля що до заданих умов експлуатації. Розроблено комплексний метод вивчення фізико-меха-нічних властивостей порошкових триботехнічних матеріалів , призначених для роботи в умовах тертя та зносу при температурах 750° С.

6. Розроблено технологію виготовлення образців з порошкових матеріалів на основі заліза та нікеля . що дозволяє розпочати створення наміченого класу матеріалів, які мають оптимальний хімічний склад та експлуатаційні властивості .

7. Створено високотемпературну машину тертя та розроблено методику дослідження триботехнічних характеристик матеріалів при

примусовому нагріві пари тертя до 1200°С, яка відрізняється екс-пресністю та підвищеною точністю отриманих результатів . забеспе-ченням можливості комп’ютерізації проведеня дослідів та аналізу результатів.

8. Аналізуючи дані по дослідженню експлутаційних властивостей розроблених матеріалів, можна рекомендувати для роботи при температурах до 300°С матеріал на основі порошків-відходів сталі ШХ15 з додатками СаР2 ; при температурах до 500°С - матеріал на основі порошків-відходів сталі Р6М5 з додатками СаР2 ; при температурах до 750°С - матеріали на основі нікеля легованого молібденом з додатками СаГ2 .

9. Створення вторинних структур можна подати як процес амор-фізації та механо-хімічного легування поверхневого шару . В результаті деформації та диспергування при терті в матеріалах, які містять СаРг. формується змазуючий шар типу колоїдної дисперсії. Періодичний силовий та температурний вплив при терті полегшує сорбційні ефекти, а роздрібнення структури активного шару підвищує роль його пластичного деформування.

.Підвищення'ролі пластичної деформації при руйнуванні крихкого СаГг зі збільшенням ступеня диспергування та зростанням температурних та силових навантажень при терті зумовлює ефект зглажу-вання мікрогеометрії поверхонь та знижує її Ізтираючу здібність.

Формування зглаженої мікрогеометрії рельєфу плівки стабілізує роботу пари тертя . забеспечує відсутність тужавіння тертьових поверхонь та знижує коефіцієнт тертя.

10. Підшипники ковзання з матеріалу Ге + 50%Р6М5 + 55?,СпР2 пройшли випробування в натурних вузлах тертя стану "320" на Рус-тавському металургійному заводі (м. Руставі) . Прийнято рішення

про організацію серійного виробництва спечених підшипників.

11. На 18 ДПЗ (м.Вінниця) організовано та пущено в експлуатацію дільницю порошкової металургії для одержання металевого порошку та спечення деталей з матеріалів на основі порошків-відхо-дів сталі 111X15.

12. Розроблена та впроваджена на СПБ "Машпроект" (м.Миколаїв) промислова технологія виготовлення заготівок підшипників з матеріалу Мі-Мо-СаРг . Розроблені ТУ. ТІ. Річний економічний ефект - 362,0 тис.крб. ( в цінах до 1991 р.).

13. Розроблено та впроваджено на ВО "Невськиа завоЭ" (м.С.-Петербург) антифрикційні підшипникові втулки з матеріалу МІ-Мо-СаГг для оснащення агрегата ГТН-25. Річний економічний ефект становить 255,72 тис.крб. (в цінах до 1991 р.).

14. Розроблено та впроваджено на ВО "Нееський завоб” (м.С.-Петербург) антифрикційні підшипникові втулки для оснащення вузлів тертя компресора агрегатуТПА-25/76А . На заготівки підшипникових втулок розроблено ТУ, ТІ. Річний економічний ефект становить 197,70 тис.крб. (в цінах до 1991 р.).

15. По розробленій та впровадженій промисловій технології

виготовлення заготівок підшипників з матеріалу Иі-Мо-СаГг сумарний економічний ефект від впровадження 815,42 тис.крб. на рік (в цінах до 1991 р.). ■

16. Приведені результати свідчать про доцільність розширення області застосування розроблених матеріалів у різних галузях енергетичного, металургійного, загального машинобудування та у виробах військової техніки.

ОСНОВНІ ДРУКОВАНІ РОБОТИ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ.

1. Зозуля В.Д.. Шевчук Ю.Ф.. Роїк Т.А. Дослідження антифрик-

ційних властивостей матеріалів на основі порошків-відходів.//В кн."Триботехніка-машинобудуванню",М.. Машиностроение,1983,С.18-22.

2. Домуладжанов І.Х., Гавриш O.A., РоїкТ.А. Вплив температурних факторів на формування залишкових напружень при шліфуванні магнітних матеріалів.//В кн."Теплофізика технологічних процесів", Ташкент, изд-во "Фахон", 1984, С.44-50.

’3. Зозуля В. Д., Шевчук Ю. Ф., РоїкТ. А., ВеремІєвП. А. Трибо-технічні властивості матеріалів на основі порошків-відходів сталі Р6М5. // Вісник машинобудування. 1984, №11, С. 40-41.

4. Зозуля В.Д., Роїк Т.А., Варченко В.Т. Особливості високо-

температурної трибометрії порошкових матеріалів.//Порошкова металургія. №4, 1988. С. 101-104. '

5. Федорченко І.М., Шевчук Ю.Ф., Зозуля В.Д., Роїк Т.А., Горностаев В.Ф. Спечений антифрикційний матеріал на основі заліза. .- а.с. №1114704. Опубл.Б.В. №35, 1984.

6. Федорченко І. М., Шевчук Ю.Ф., Зозуля В. Д.. РоїкТ. A., Варченко В.Т., Ільницька А.І., Кринський A.A. Порошковий високотемпературний підшипниковий самозмазуючийся матеріал на основі нікеля, - а.с. №1210473 від 8.10.1985.

7. Федорченко І. M., Шевчук Ю. Ф., Зозуля В. Д., Роїк Т.А. Порошковий антифрикційний композиційний матеріал на основі сталі,-а.с. №1331106 від 15.04.1987.

8. Шевчук Ю.Ф., Роїк Т.А., Варченко В. Т.. Кондратов І. А., Куратченко H.H.. Барщевський А.Ю. Порошковий антифрикційний матеріал на основі нікеля. - а.с. №1607423 від 15.07.1990.

Роик Т.А. Исследование и разработка порошковых самосмазываю-щихся материалов для высокотемпературных узлов трения.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08 - "Технология машиностроения". Государственный Научно-технический Центр Артиллерийско-стрелкового Вооружения. Киев, 1997.

Защищается 20 научных работ , которые содержат результаты исследований по разработке и созданию новых порошковы самосмазы-вающихся материалов для работы при температурах внешнего нагрева 300, 500 и 750 °С соответственно.

Впервые разработаны композиционные подшипниковые материалы для работы при повышенных температурах с использованием порошков-отходов инструментального и шарикоподшипникового производства

- сталей Р5М5 и ШХ15.

На основе комплексных исследований разработаны научные основы технологии получения порошковых антифрикционных материалов для работы в узлах трения при температурах 200-700°С . Исследован механизм пленкообразования антизадирных слоев порошковых композиционных материалов . Создана высокотемпературная машина трения и разработана методика исследования триботехнических характеристик материалов при принудительном нагреве пары трения до 1200°С .

Результаты теоретических и экспериментальных исследований получили производственную апробацию и внедрены на промышленных предприятиях.

Royk Т.А. The Investigation and elaboration of powder selflubrlcatlng materials Tor the hlgh-temperature friction Junction.

Desertatlon submitted for a higher university degree Master's degree in engineering speciality 05.02.08. - "Technology of mechanical engineering”. State Science Technical Centre of tne Artillery Rifle Arms, Kyiv, 1997.

20 research works are submitted. They Include the results of Investigations by the elaboration and creation of the new powder selflubrlcatlng materials for a work at the temperatures of external heating 300, 500 and 750 °С accordingly.

For the first time the compositional bearing naterlals for a work at high temperatures with using powder waste materials of tool-making and ball-bearing productions - steel "P6M6" and steel "ШХ15" have been designed.

On the base of the complex Investigations the scientific bases of technology of getting powder antlfrlctlonal materials for a work In friction Junctions at the temperatures 200-700 °С have been elaborated. The mechanism of the film formation of the antlfrlctlonal layers of the powder compositional materials has been Investigated. The high temperature frictional machine has been created, and the new method of the investigation of antlfrlctlonal characteristics of materials at the compulsory heating of frictional pairs till 1200°С has been designed.

Tne results of the theoretical and experimental researches have been approbated an Installed at the machine building plants.

КЛЮЧОВІ СЛОВА.

Антифрикційні порошкові матеріали, вузли тертя, порошки-від-ходи, легуючі елементи, технологія виготовлення, триоотехнічні характеристики, високотемпературне тертя, плівкоформування, робо-тоздатність. комплексний метод, експлуатаційні властивості.