автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Композиционные порошковые материалы, содержащие стружковые отходы чугуна и оптимизация параметров их получения

си МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ АЗЕРБАЙДЖАНСКОЙ

РЕСПУБЛИКИ

^ АЗЕРБАЙДЖАНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

НАМАЗОВ СУБХАН НАДИР оглы

КОМПОЗИЦИОННЫЕ ПОРОШКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, СОДЕРЖАЩИЕ СТРУЖКОВЫЕ ОТХОДЫ ЧУГУНА И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ

Специальность 05.02.01. - «Материаловедение в машиностроении»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

БАКУ - 1997

Работа выполнена в Азербайджанском Техническом Университете

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

доктор технических наук, профессор Р. Г. ГУСЕЙНОВ

НАУЧНЫЙ КОНСУЛЬТАНТ:

доктор технических наук, профессор А. Т. МАМЕДОВ

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор технических наук, профессор Ф.М.МУСТАФАЗАДЕ кандидат технических наук, доцент С.А.КАСУМОВ

Ведущее предприятие : Бакинский завод порошковой мегаллургии.

Защита состоится « » ¿¡лл^&л % 1997 г. в часов на заседании Объединенного Специализированного Совета Н.054.04.01 при Азербайджанском Техническом Университете по адресу: 370602, г. Баку, проспект Джавида, 25.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Азербайджанского Технического Университета .

Отзывы на автореферат в 2-х экз., заверенные гербовой печатью , просим направлять в адрес Объединенного Специализированного Совета .

Ученый секретарь Объединенного Специализированного Сов

Автореферат разослан «.

»

марта 1997 г.

доктор технических наук, профессор

ахвердиев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В машиностроении широкое распространение получили пористые подшипники скольжения на основе меди . Однако сегодня их применение ограничивается ввиду ввоза меди, олова и других легирующих добавок в нашу республику из других стран, а также из-за высокой стоимости этих материалов.

Для снижения материалоемкости выпускаемой продукции и обеспечения безотходности производства многие исследования направлены на утилизацию стружковых отходов чугуна и других металлов методами порошковой металлургии. В Японии ежегодно образуется около 500 тысяч тонн чугунной стружки при механической обработке автомобильных блок-цилиндров. Ее утилизация с получением в качестве конечного продукта автомобильных порошковых деталей антифрикционного назначения дает значительный технико- экономический эффект .

Поэтому за последние годы в странах СНГ проводятся обширные исследования по утилизации стружковых отходов металлов, в особенности чугуна, методами порошковой металлургии. В этом аспекте Азербайджанская республика не является исключением.

Так, в НПО «Баккондиционер» при механической обработке деталей насосного узла (ролик, рама, вал, лопасть) ротационных компрессоров образуется большое количество чугунной стружки. Ролик ротационного компрессора изготавливается из специального чугуна, содержащего в структуре междендритный точечный графит. Такое распределение графита в структуре чугуна делает его ценнейшим антифрикционным материалом. Отходы этого чугуна после механической обработки ролика составляют более 20 тонн в год ,что достаточно для использования их в качестве легирующих добавок при изготовлении антифрикционных изделий.

Поэтому разработка антифрикционных порошковых композиционных материалов, содержащих стружковые отходы специального чугуна с междендритным точечным графитом является актуальной задачей. В то же время прессование порошков чугуна и спекание прессовок из них технически не представляется возможным, поскольку чугун не обладает пластичностью и практически не спекается в обычных условиях. Для реализации этой задачи целесообразна разработка порошковых смесей, содержащих наряду с порошком чугуна, порошки пластичных металлов и сплавов.

Исследования выполнены в соответствии с тематическим планом научно* исследовательских работ Азербайджанского Технического Университета в 1991-1995 г.(Рег.№ 01910044972 - ВИНТИ Центр).

Целью работы является разработка композиционных порошковых антифрикционных материалов, содержащих стружковые отходы специаль-

ного чугуна, порошки железа и латуни, и оптимизация параметров их получения методом холодного прессования и спекания.

Задачи исследования. В соответствии с поставленной целью работы были поставлены следующие задачи:

1. Оптимизация состава шихты спеченного антифрикционного материала типа «железо-чугун» и «железо-чугун-латунь».

2. Исследование влияния технологических факторов - давления прессования, температуры спекания, дисперсности порошков на структуру и свойства порошковых композиций.

3. Исследования структуры, механических и триботехнических свойств порошковых материалов, полученных прессованием в «потеющей» матрице.

4. Разработка научно-обоснованных рекомендаций но внедрению разработанных материалов для узлов трения бытовой техники.

Научная новизна работы заключается в следующих полученных результатах:

-теоретически и практически обосновано, что для обеспечения качественного сращивания разнородных частиц железа, специального чугуна и латуни при спекании необходимо исключение технологической смазки из состава шихты, обволакивающей частицы и препятствующей созданию ювенильно-го контакта между ними в процессе формования;

-раскрыт механизм структурообразования порошковых композиционных антифрикционных материалов, синтезируемых из смеси порошков железа, специального чугуна, латуни, талька и серы, заключающийся в образовании твердых растворов Ре-Си^п-Б, Ре-Си-Б. Наряду с твердыми растворами в структуре композиции встречаются неметаллические включения, наличие которых свидетельствует о термостойкости талька до температуры спекания -1000 °С;

-установлено, что при сухом трении с увеличением нагрузки от 6 до 10 МПа, коэффициент трения и интенсивность изнашивания образцов из композиции «железо-чугун-латунь», полученных прессованием в «потеющей» матрице, повышаются и это связано с наличием в материале пластичной латуни, которая транспортируясь на контробразец, снижает положительное влияние графита и несущей матрицы.

Практическая ценность: -разработаны новые порошковые композиционные материалы типа «железо-чугун» и «железо-чугун-латунь» и технологические процессы изготовления из них деталей бытовой техники;

-определены эксплуатационные характеристики антифрикционных материалов с гетерогенной структурой и работоспособность изделий подшипников скольжения электродвигателя вентиляторов бытовых кондиционеров.

Реализация работы в промышленности. Разработанные материалы и технологические процессы получения порошковых изделий внедрены в на-

учно-производственном объединении «Баккондиционер» с годовым экономическим эффектом свыше 68 млн.манатов в год.

Апробация работы. Основное содержание работы докладывалось и обсуждалось:

-на II и III республиканской научно-технической конференциях молодых ученых и аспирантов. Баку, декабрь 1995 г. и декабрь 1996 г; -на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Азербайджанского Технического Университета (АзТУ) в течении 1994-1996 гг. - 2 доклада;

-на республиканской научно- технической конференции «Триботехнические проблемы нефтяного оборудования». Баку 21-22 февраля 1996 г. 2 - доклада.

Диссертационная работа докладывалась и была одобрена на расширенном заседании кафедры «ТКМ, ПМ и Коррозия» Азербайджанского Технического Университета.

Публикации. Основное содержание работы изложено в 7 публикациях и 2 приоритетах заявки на изобретения.

Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, приложений. Общий объем работы составляет 159 страниц машинописи, в том числе 36 рисунков, 18 таблиц, 3 приложений, списка литературы из 119 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, ее связь с важнейшими проблемами, имеющими научное и промышленное значение.

В первом разделе дан анализ литературных данных в области разработки и исследования композиционных порошковых антифрикционных материалов, содержащих стружковые отходы и их применения в машиностроении. Особое место среди них занимают порошковые композиционные материалы из чугунной и стальной стружки, материалы типа «железо-медь», «железо-чугун-стекло» и «чугун-бронза». Анализ литературных данных показал, что в настоящее время существует большое число порошковых композиционных антифрикционных материалов для подшипников скольжения на основе меди. Но сегодня применение этих материалов ограничивается из-за высокой стоимости исходного сырья, нестабильности свойств при спекании, невысокой механической прочности деталей и т.д. Поэтому разработка антифрикционных порошковых композиционных материалов на основе железа для подшипников скольжения имеет определенный интерес. В технической литературе нет данных о разработке порошковых композиционных материалов типа «железо-чугун-латунь». Не установлено влияние технологических факторов на структуру и свойства спеченных материалов, содержащих стружковые отходы специального чугуна.

Необходимым является влияние изменения пористости на механические и антифрикционные свойства материала. Интересным представляется прессование без применения технологической смазки и влияние этого процесса на механические и антифрикционные свойства материалов. Следует изучить зависимость механических и антифрикционных свойств от степени взаимодействия компонентов при спекании.

По результатам проведенного анализа литературных источников сформулированы цель и задачи исследования.

Во втором разделе дана характеристика исходных материалов, использованного оборудования и описаны методики проведения экспериментов.

При исследованиях были использованы следующие материалы: восстановленный железный порошок марки ПЖРВ2 . 200.26 (ГОСТ 9849- 86), распыленный латунный порошок JI-63 (ТУ 48 Аз ССР 16-82), порошок из специального чугуна с междендритным точечным графитом (ТУ 16-581007-80), который получали из стружки - отхода производства измельчением в шаровой мельнице, порошок талька (ГОСТ 19284-79), а также порошок технической серы (ГОСТ 127-76Е). Стружка специального чугуна с междендритным точечным графитом содержит следующие элементы в мае. % : С 2,0-3,0; Si 2,5-3,8; Мп 0,4-0,9; Р 0,1-0,3; S 0,05-0,1. Смешивание проводили в Y-образном смесителе в течение 1 часа. Шихту прессовали на специализированном для порошковой металлургии прессе модели HPM-100S под давлением 400-1000 МПа в пресс-форме с «потеющей» матрицей. Полученные прессовки - призматические образцы размерами 55x10x10 мм спекали в печи конвейерного типа «KOYO LINDBERG» при температуре 1150-1200°С с изотермической выдержкой в зоне спекания 1ч в среде эндотер-термического газа.

Плотность и пористость спеченных образцов определяли гидростатическим способом по ГОСТ 18898-73. Металлографический анализ проводили на микроскопе «NEOPHOT-21», а распределение элементов - на сканирующем электронном микроскопе «TESLA» BS 300. Фазовый состав разработанных материалов исследовали на рентгеновском дифрактометре ДРОН-2,0. Твердость образцов и деталей определяли по Бринелю на твердомере ТШ-2М по ГОСТ 9013-59. Испытание на растяжение проводили в соответствии с ГОСТ 1497-73 на машине Р-10. Предел прочности при изгибе и ударную вязкость определяли на разрывной машине Р-10 по ГОСТ 18228-72 и копре КМ-30 на призматических образцах по ГОСТ 9454-78. Триботехнические характеристики образцов изучали на машине трения модели СМЦ-2 по ГОСТ 22502-74 с применением специально разработанного самоустанавливающегося приспособления.

При выполнении исследований для оптимизации параметров получения материалов использованы математическое планирование экспериментов с применением ЭВМ типа IBM PC/XT.

В третьем разделе описаны результаты исследования получения композиционных порошковых антифрикционных материалов, синтезируемых из смеси порошков железа, специального чугуна с междендритным точечным графитом, порошка серы и порошок талька. Химический состав порошка специального чугуна состоит из элементов в мае. % : С 2,0-3,0; Si '2,53,8; Мп 0,4-0,9; Р 0,1-0,3; S 0,05-0,1. Распределение графита в виде точек между дендритами делает этот чугун ценнейшим антифрикционным материалом, хотя он по прочностным свойствам уступает другим чугунам.

Для выбора состава шихты и дисперсности порошков чугуна и железа содержание чугунного порошка в шихте варировали от 10 до 60 мае. %. На первом этапе оптимизации дисперсность порошков была постоянной: для чугунного порошка < 200мкм, для железного (ПЖРВ2.200.26) по ГОСТ 9849-86. Прессование шихты осуществляли под давлением 1000 МПа в пресс-форме с «потеющей» матрицей, которая обеспечивает активную эвакуацию газов из пресс-формы и снижение пористости композиционного материала. Спекание прессовок проводили при температуре 1150 °С в среде эндотермического газа с изотермической выдержкой в зоне спекания 1 час.

Как следует из приведенных в таблице 1 данных, увеличение содержания чугунного порошка в шихте до 60 мае. % обусловливает ухудшение уплотняемосги, на прессовках появляются расслоенные трещины, видимые невооруженным глазом, что, безусловно, сказывается на механических и антифрикционных свойствах спеченных образцов.

Таблица 1

Влияние содержания чугунного порошка в шихте на свойства композиционного спеченного материала (остальное железо)

Содержание Относитель- Прочность Ударная вяз- Интенсивное

чугунного по ная плот- ири растяже- кость (КС), ть изнашива-

рошка в ших ность (р), % нии (0в), кДж/м2 ния (J),

re, мае. % МПа мкм/км при Р= 2 МПа V = 1 м/с

10 92,6 210 480 69

20 92,0 225 500 62

30 91,4 195 580 50

40 90,9 185 450 48

50 90,7 245 340 45

60 90,0 130 258 72

Изучение влияния дисперсности порошков чугуна и давления прессования при температуре спекания 1150 °С на свойства материала проводили на образцах с содержанием чугунного порошка 50 мае. % (см. табл. 2). Использование этой шихты экономически целесообразно, поскольку позволяет использовать наибольшее количество стружки. Отметим, что прессование образцов проводили в обычной пресс-форме, поэтому их физико-механические свойства значительно ниже, чем у образцов, свойства которых приведены в таблице 1. Из таблицы 2 видно, что с повышением давления прессования от 400 до 1000 МПа плотность спеченных образцов существенно увеличивается, а размеры частиц чугунного порошка в интервале +50-100 мкм на нее влияют мало. Наиболее высокая прочность наблюдается, в основном, при дисперсности чугунного порошка +100-160 мкм. Мелкие фракции чугуна (+50-100 мкм) содержат большее количество графита, которые снижают прочность. Кроме того, оказывается худшие условия дегазации в процессе спекания образцов из мелких порошков. При использовании крупных порошков (+160-200мкм) чугуна гетерогенность материала значительно усиливается, что отрицательно сказывается на формировании прочностных свойств.

С повышением содержания чугунного порошка в шихте открытая пористость прессовок увеличивается. Это связано с пластическими свойствами компонентов шихты, то есть в шихте с большим содержанием железа - вероятность проникновения поверхностных выступов одной частицы в другой, а затем совместного защемления их больше, чем когда происходит деформация двух разнородных частиц - твердой (чугун) и пластичной (железо).

С увеличением содержания чугуна в сплавах наблюдается рост твердости их внутренних слоев. Твердость же поверхностных слоев этому закону не подчиняется вследствие обезуглероживания. Одновременно с увеличением содержания чугуна включения графита в структуре становятся более отчетливыми, а в сплаве Ж50Ч они скапливаются еще и по границам частиц в виде розеток. Характер пористости этих сплавов также отличается друг от друга ввиду увеличения количества жидкой фазы с увеличением содержания чугуна. Сплав Ж10Ч имеет феррнто-перлитную структуру, а сплав Ж20Ч - уже перлитную, причем перлит мелкодисперсный. В сплаве же ЖЗОЧ наблюдается большее количество структурно-свободного цементита и местами даже ледебурит, а в сплаве Ж40Ч участки цементитных включений ярко выражены. Наличие в структуре этих сплавов указанных составляющих свидетельствует об обильном образовании жидкой фазы при спекании (Т=1150°С).

Следует отметить, что увеличение содержания чугуна в шихте приводит лишь к незначительному ухудшению прессуемости, несмотря на плохую деформируемость его частиц. Последнее, на наш взгляд, компенсируется тем, что при использовании порошка чугуна с междендритным точеч-

ным графитом в сочетании с порошком железа улучшается взаимное перемещение и упаковка частиц в процессе прессования за счет смазывающего действия включений графита. Увеличение содержания чугунного порошка в шихте задерживает закрытие дросселирующих каналов пор, что способствует улучшению дренажирования воздуха из шихты при прессовании.

Установлено, что с увеличением содержания чугуна от 10 до 20 мас.% бв, би и КС повышаются, а ударная вязкость продолжает расти до 30 мас.% чугуна. В структуре сплавов с содержанием чугуна 40% появляются грубые включения структурно-свободного цементита, которые обуславливают снижение механических свойств, а с увеличением содержания чугуна до 50% бв и 8 сплава повышаются, что объясняется формированием структуры, не содержащей включений структурно-свободного цементита. Поэтому этот сплав может конкурировать по прочности с железографитами ЖГр1 иЖГр2.

Таблица 2

Влияние дисперсности чугунного порошка и давления

прессования на свойства композиционного материала Ж50Ч

Дав- Темпе- Дисперс-

ление рату- ность

прес- ра порош- Р. П,% б», б„, КС, НВ, f 1

сова- спека- ков чугу- г/см3 МПа МПа кДж/м2 МПа мкм

ния. ния, на, мкм км

МПа °С

+50-100 5,53 26,5 43,5 79,0 64,0 600 0,17 36

400 1150 +100-160 5,58 25,9 37,0 62,0 63,6 600 0,17 38

+160-250 5,62 25,2 33,0 56,0 65,0 680 0,17 40

+50-100 6,15 18,3 103,5 143,0 97,2 1120 0,17 52

700 1150 +100-160 6,21 17,5 92,0 133,0 145,4 1120 0,19 50

+160-250 6,20 17,6 81,5 124,7 195,4 1050 0,19 54

+50-100 6,42 14,7 115,2 168,0 156,0 1430 0,17 52

1000 1150 +100-160 6,43 14,6 130,0 158,3 151,0 1250 0,17 50

+ 160-250 6,43 14,6 105,5 150,4 148,0 1210 0,17 46

Примечание: прессование проводилось в обычной пресс-форме.

Определенный интерес представляют триботехнические характеристики образцов, полученных в пресс-форме с использованием «потеющей» матрицы. Общая пористость этих образцов составляет 7-9%, что значительно ниже, че'м для образцов, полученных в обычной пресс-форме.

В условиях сухого трения при нагрузке 2МПа коэффициент трения сплава, содержащего 30 мас.% чугуна, значительно больше, чем сплава со-

держащего 40 мас.% чугуна, что связано с большим содержанием в нем включений графита. С повышением нагрузки коэффициент трения обоих сплавов растет. По-видимому, при этом в процессе трения в большей степени принимают участие твердые включения - цементит и оксиды, а включения графита постепенно вытесняются из зоны трения в поры. При дальнейшем повышении нагрузки коэффициент трения начинает снижаться, что обусловлено их интенсивным износом.

С повышением нагрузки износ материала тоже начинает увеличиваться. Его увеличение сильно выражено в материалах с содержанием чугуна 30-40 мас.%, в структуре которых имеется большое количество включений цементита. Материал, содержащий 50 мас.% чугуна, изнашивается умеренно и его катастрофический износ не наблюдается вплоть до нагрузки 12МПа, что объясняется особенностью его микроструктуры, состоящей из перлита, отдельных включений цементита и множества включений графита. Такая структура, по-видимому, наряду с высокой прочностью матрицы, обеспечивает материалу достаточно хорошую износостойкость при сухом трении благодаря наличию этих включений.

В четвертом разделе представлены результаты исследования композиционных порошковых антифрикционных материалов, синтезируемых из смеси порошков железа, специального чугуна с междендритным точечным графитом, латуни марки Л-63, технической серы и талька.

Выбор такого состава объясняется тем, что латунь обладает более высокими пластическими свойствами и низкой температурой спекания, чем железо. То и другое обеспечивает более высокие технологические свойства шихты и механические свойства спеченному материалу.

Исследование показало, что с увеличением содержания чугунного порошка в шихте от 54,5 до 64,5 мас.% все свойства спеченного материала ухудшаются, что вызвано повышением газотворной способности прессовок при спекании за счет чугуна. Лучшие значения ств, сги, р и КС наблюдаются у материала, содержащего 54,5 мас.% чугунного, 10 мас.% латунного порошков, 0,5 мас.% порошка серы и 1,5 мас.% порошка талька (табл.3). При содержании латунного порошка менее 5 мас.% прочностные и антифрикционные свойства материала низкие. По-видимому, здесь сказывается недостаточность при спекании количества жидкой фазы (латуни), которая является связкой между частицами железа и чугуна. При содержании латунного порошка в шихте более 10 мас.% наблюдается увеличение пористости и снижение комплекса свойств вследствие выпотевания латуни на поверхность образцов, и, как следствие, образование рыхлой структуры во внутренних слоях. Содержание серы и талька в шихте <0,1 мас.% и <1,0 мас.% соответственно снижают твёрдость и износостойкость композиционного спеченного материала, вследствие снижения количества сульфидных соединений в структуре.

В случае спекания материала, состоящего из порошков железа, чугуна и латуни, происходит деструкция латуни и на базе латунных частиц также образуются твердые растворы типа Ёе-Си-гп-Б, Ре-Си-Б и Ре-Б.

Из сравнения данных таблицы 3 можно видеть, что самые высокие прочностные и антифрикционные свойства наблюдаются у материала ЖЧ54,5Л10К0,5.

Повышение температуры и продолжительности спекания приводит к увеличению прочности при растяжении и изгибе, что объясняется активизацией взаимодействия частиц железа, чугуна и латуни и связанной с этой частичной гомогенизацией структуры. Следует отметить, что при температуре спекания 1200 0 С изотермическая выдержка в течение 2 ч достаточна и дальнейшее её увеличение до 3 ч не ведет к существенному повышению прочности и ударной вязкости материала. Несколько по другому изменяется твердость образцов, которая с увеличением продолжительности спекания снижается вследствие усиления обезуглероживания и составляет 7001200 МПа.

Таблица 3

Составы шихт и свойства композиционных материалов из них

Содержание порошков в шихте, Свойства спеченного композиционного

мае. % материала

№ бв, би. КС, Г, .1,

п/п чугун латунь сера тальк железо МПа МПа кДж/мг жид. мкм/км

сух. жид.

сух.

1. 54,5 15 0,3 2,0 ост. 90,0 132,5 80 0,036 10

0,157 58

2. 59,5 15 0,3 2,0 . ". 71,3 110,4 70 0,039 18

0!171 74

3. 64,5 15 0,5 1,0 . м. 58,6 76,2 68 0,041 24

0,177 85

4. 54,5 5 0,25 1,5 74,6 150,4 106 0,038 16

0,168 172

5. 64,5 10 0,5 1,5 103,5 157,2 88 0,034 4

1Щ5 46

6. 54,5 20 0,5 1,0 65,2 110,2 86,5 0.040 20

щп 82

7. 54,5 10 0,5 1,5 64,0 141,4 . 0,040 20

{Ц73 82

8. 54,5 10 0,75 1,0 „ " _ 61,0 133,2 122 0,041 22

0,177 84

9. 54,5 10 1,0 1,0 „ и. 47,0 106,2 93 0,043 28

0,184 Щ

Коэффициент трения в условиях жидкостного трения снижается как : увеличением температуры спекания, так и нагрузки. Весьма существенное го снижение наблюдается при увеличении нагрузки от 2 до 4 МПа, что »бъясняется прогрессированием абразивного износа вследствие низкой [рочности материала. Примерно по такому же принципу изменяется износ »бразцов. Самый низкий износ наблюдается у образцов, спеченных при

1200 °С и испытанных под нагрузкой 2 МПа, а самый высокий - у тех, которые спекались при 1100 °С и испытывались под нагрузкой 6 МПа.

Испытания образцов в условиях сухого трения показали, что самый высокий коэффициент трения наблюдается у материала, спеченного при 1100°С, однако, он несколько снижается с увеличением продолжительности спекания. Дальнейшие повышение температуры и продольжительности спекания приводит к обезуглероживанию, образованию сульфидов цинка и железа, а также а-фазы латуни, которые способствуют снижению коэффициента трения образцов. Аналогично изменяется износ образцов.

Таблица 4

Свойства спеченной железочугунлатуни ЖЧ54,5Л ЮК0,5 , полученной прессованием в «потеющей» матрице

Давле- Темпе-

ния ратура Свойсгва спеченного композиционного материала

прессо- спека-

вания, ния, п, СТв, Он, КС, НВ, / J,

МПа °С % МПа МПа кДж/м2 МПа мкм/км

1100 15,5 150 242 190 1250 0,15 31

400 1150 14,2 158 245 196 1340 0,17 28

1200 13,2 163 253 201 1390 0,17 26

1100 9,2 201 301 242 1450 0,13 14

700 1150 9,0 224 309 256 1520 0,12 12

1200 8,5 260 312 258 1570 0,12 11

1100 7,8 262 350 271 1570 0,13 10

1000 1150 7,8 270 362 279 1560 0,12 8

1200 7,1 271 370 282 1560 0,13 8

Исследование микроструктуры спеченной железочугунлатуни ЖЧ54,5Л10К0,5 показало, что во всех случаях в структуре материалов присутствует структурно-свободный цементит на межчастичных границах и вокруг пор. Наблюдаются крупные скопления темных включений, состоящих преимущественно из графита, цинка и оксидов железа. Эти включения играют роль концентратов напряжений в материале, существенно снижая его прочность, и как следсгвие, износостойкость при сухом трении.

Как следует из приведенных в таблице 4 данных, с увеличением давления прессования в «потеющей» матрице от 400 до 1000 МПа и температуре спекания от ! 100 °С до 1200 °С пористость образцов снижается, а ме-

ханические и антифрикционные свойства существенно повышается. В этом случае все свойства композиции, спрессованной под давлением 400 МПа, значительно выше, чем соответствующей композиции, спрессованной под давлением 1000 МПа в обычных условиях.

Испытания в условиях сухого трения при нагрузке 2 МПа и скорости 1,0 м/с показали, что этот композиционный материал имеет достаточно высокие антифрикционные свойства. Увеличение плотности материала способствует улучшению антифрикционных свойств. Так, если образец при пористости 15,5 % (Р=400 МПа и Т= 1100 °С) имеет / и J соответственно 0,15 и 31 мкм/км, то при пористости 7,8 % (Р=1000 МПа и Т=1150 °С) - 0,12 и 8 мкм/км.

В случае прессования в «потеющей» матрице без применения технологической смазки активное дренажирование газов из пресс-формы, разрушение оксидных включений на поверхности деформированных частиц и перераспределение графита в объеме прессовки при прессовании под действием усилия прессования способствуют образованию ювенильных контактов частиц «железо-железо», «железо-латунь» и «железо-чугун». Спекание такой прессовки сопровождается частичной гомогенизацией, усадкой и упрочнением композиционного материала. Поэтому такие материалы отличаются высокими физико-механическими и антифрикционными свойствами.

Пятый раздел содержит технологические рекомендации по производству и использованию разработанных материалов типа «железо-чугун» и «железо-чугун-латунь». Разработана технология изготовления подшипников скольжения электродвигателей вентиляторов из материала ЖЧ54,5Л10К0,5. Проведены промышленные испытания на надежность электродвигателей вентиляторов бытовых кондиционеров с опорами скольжения из разработанного материала. Испытание двигателей в течение 10000ч в кондиционерах-макетах показало, что все они выдерживают нормы моментомерных, электрических, триботехнических и шумовых свойств.

Определена экономическая эффективность применения подшипников скольжения из материала «железо-чугун-латунь» в сравнении с подшипниками скольжения из бронзографита. Экономия получается в результате применения стружковых отходов чугуна, латуни и железа взамен бронзового и графитого порошков и она составляет более 68 млн. манатов в год.

На основе полученного технико-экономического эффекта специалистами НПО «Баккондиционер» разработанный материал и технология изготовления изделий внедрено в производство бытовых кондиционеров.

Основные выводы и заключение

1. Осуществлен выбор оптимального состава шихты и дисперсности порошков для материалов «железо-чугун» и «железо-чугун-латунь» и определены технологические режимы получения подшипников скольжения из этих материалов. Показано, что наилучшим комплексом свойств обладают материал содержащий в шихте 50 мае. % чугунного порошка, 0,25 мае. % порошка серы, 1,5 мае. % порошок талька и порошок железа-остальное, а также материал, содержащий 54,5 мае. % чугунного, 10 мае. % латунного порошков, 0,5 мае. % порошка серы и 1,5 мае. % порошок талька и порошок железа-остальное, при дисперсности +100-200 мкм и чугунного порошка+100--160 мкм.

2. Установлено, что образцы из железочугуна спрессованные под давлением 1000 МПа в «потеющей» матрице и спеченные при температуре 1150°С, обладают наиболее высокими триботехническими свойствами при сухом трении. Они сохраняют высокую износостойкость при нагрузках до 10 МПа.

3. Исследовано влияние технологических параметров-давления пресо-вания, температуры спекания, дисперсности порошков на структуру и свойства порошковых композиционных материалов, получаемых из железочугуна прессованием в «потеющей» матрице. Определено, что с увеличением содержания чугуна от 10 до 30 % феррито- перлитная структура заменяется на мелкодисперсный перлит, который обладает более высокой прочностью. В структуре сплавов с содержанием чугуна 40 % появляются грубые включения структурно- свободного цементита, которые обуславливают снижение механических свойств. С увеличением содержания чугуна до 50 % ств и 5 материала повышаются, что объясняется формированием структуры, не содержащей включений структурно - свободного цементита, связанным достаточно высоким содержанием кремния в составе шихты.

4. Разработана спеченная порошковая композиция - ЖЧ54,5Л10К0,5. Установлено влияние режимов спекания на структуру и свойства этой композиции. Показано, что наиболее высокие механические и триботехниче-ские свойства данная композиция обнаруживает при температуре 1200 °С, что обусловлено с улучшением взаимодействия разнородных частиц-чугуна, железа и жидкой фазы латуни.

5. Определено, что в случае применения технологии холодного прессования в «потеющей» матрице шихты, несодержащей технологической смазки и последующим спеканием при температуре 1200 °С с изотермической выдержекой 1ч все физико-механические и антифрикционные свойства композиции повышаются почти в 2 раза вследствие активного дренажирования газов из пресс-формы.

6. Установлено влияние режимов спекания на структуру и свойства порошковой композиции - ЖЧ54,5Л10К0,5. Показано, что наиболее высокие бв, б„, КС, НВ, Г и Л материал обнаруживает при температуре спекания

1200°С. Повышение продолжительности спекания более 2ч, не способствует увеличению би- материала, спеченного при температуре 1200 °С, а HB -имеет тенденцию к снижению, что связано с увеличением обезуглероживания образцов.

7. Изучение зависимости f и J-образцов из композиции ЖЧ54.5Л 10К0,5, полученного прессованием в «потеющей» матрице под давлением 1000 МПа и спеканием 1200 °С, от нагрузки показало, что при сухом трении с увеличением нагрузки от 6 до 10 МПа как f, так и J-образцов повышаются, и это связано с наличием в материале пластичной латуни, которая тран-спортируясь на контробразец, снижает положителное влияние графита и несущей матрицы.

8. Исследование микроструктуры спеченной железочугунлатуни ЖЧ54,5Л10К0,5 показало, что в структуре материалов присутствует структурно-свободный цементит на межчастичных границах и вокруг пор. Рент-геноструктурный анализ и исследование на сканирующем электронном микроскопе показали, что, в случае спекания материала происходит деструкция латуни и на базе латунных частиц образуются тведые растворы типа Fe-Cu- Zn-S, Fe-Cu-S и Fe-S.

9. Теоретически и практически обосновано, что для обеспечения качественного сращивания разнородных частиц железа, специального чугуна и латуни при спекании необходимо исключение технологической смазки из состава шихты, обволакивающей частицы и препятствующей созданию ювенильного контакта между ними в процессе формования.

10. Разработанный антифрикционный материал, синтезируемый из смеси порошков железа, чугуна и латуни, имеет высокие триботехнические свойства и может заменить традиционные антифрикционные материалы. Проведены промышленные испытания подшипников скольжения из материала ЖЧ54,5Л 10К0,5 в узлах электродвигателя вентиляторов бытовых кондиционеров, показавшие высокие триботехнические свойства.

Экономический эффект от внедрения разработанного материала в производстве подшипников скольжения электродвигателя вентиляторов бытовых кондиционеров в НПО «Баккондиционер» составил более 68 млн. манатов в год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Намазов С.Н., Мамедов В.А., Иманова P.A. Некоторые аспекты спекания порошковых материалов, получаемых из порошков различных расплавов. // Ученые записки. Баку, Аз. ТУ. № 1. 1994,-с.ЗО-ЗЗ.

2. Намазов С.Н., Мамедов А.Т., Айвазов Б.Ю., Алиев H.A. Свойства композиционного материала типа «железочугунлатунь» полученного прессованием в «потеющей» матрице. // Ученые записки. Баку, Аз ТУ. № 2. 1995 г. -с. 61-65.

3. Намазов С.Н. Дэмир овунтусу вэ чугун гырынтыларынын гатышы-гьщдан алынмыш композита материалларынын хассалэринин тэдгиги. // Тезисы докладов II Республиканской научно-технической конференции молодых ученых и аспирантов (26-27 декабря 1995 г.) Баку, 1995 г.-с. 43-44.

4. Мамедов А.Т., Намазов С.Н.. Оптимизация состава износостойких спеченных композиций, получаемых из смеси порошков железа, чугуна и латуни. // Тезисы докладов научно- технической конференции «Триботех-нические проблемы нефтяного оборудования» (21-22 февраля 1996 г.). Баку, 1996 г.-с. 24.

5. Намазов С.Н., Мамедов В.А. Особенности получения и свойства антифрикционных порошковых тройных Ре-81-Т1 сплавов. //Тезисы докладов научно- технической конференции «Триботехнические проблемы нефтяного оборудования» (21-22 февраля 1996 г.) Баку, 1996 г.-с. 22.

6. Намазов С. Н. Исследования триботехнических свойств порошковой композиции ЖЧ54,5Л10К0,5. // Материалы докладов 44-й научно- технической конференции. АзТУ. Баку, 1996 г.-с. 151-152.

7. Намазов С.Н., Гусейнов Р.Г., Мамедов А.Т., Айвазов Б.Ю. Влияние режимов спекания на механические свойства порошковой композиции системы «железо-чугун-латунь». II Материалы докладов 44-й научно-технической конференции АзТУ. Баку, 1996г. - с. 152-153.

8. Мамедов А.Т., Намазов С.Н. Шихта для получения порошкового композиционного материала. Приоритет заявки на изобретение (№ 96/ 000836, 04.11.1996).

9. Мамедов А.Т., Намазов С.Н. Шихта для получения износостойкого спеченного композиционного материала. Приоритет заявки на изобретение (№96/000837, 04.11.1996).

Научный вклад , внесенный лично соискателем в работы, написанные в соавторстве:

- в работах 1, 2, 4, 5, 7 - проведение теоретических и экспериментальных исследований и техническое решение задачи;

- в работах 8, 9 - принадлежат соавтором п ™°ип»

ХУЛАСЭ

Диссертаыу'а иши хусуси чугун рнгарынын туллантыларындан истифадэ етмэклэ ]ени ]ершмэ]эдавамлы материалын алынмасьша ьэср едилмишдир.,

Диссертаауа ишинин мэгсэди тэркибиндэ хусуси чугун ]онгарынын тул-лантыларынын овунтусу, дэмир, талк вэ кукурд овунтупарындан ибарэт ати-фриксион композита материалынын ишлэниб ьазырланмасындан вэ онларын cojyг преслэмэ вэ бшшрмэ усулу илэ алынма параметрлэршшн оптимал-лашдырьшмасындан ибарэтдир.

Диссертасща иши кириш, 5 фэсил, нэтичэлэр, истифадэ олунмуш эдэ-б1щат вэ элавэлэрдэн ибарэтдир.

Кирищцэ мовзунун актуаллыгы костэрилмиш, тэдгогатын вачиблщи эсасландырылмыш вэ тэдгигат об]екти муэ^энлэшдирилмшцдир.

Биринчи фэсилдэ тех1шки эдэби^атда мовчуд олан мэ'луматларын хула-сэси верилмиш вэ тэдгигат мэсэлэлэри гсуулмушдур.

Икинчи фэсилдэ тэчруби тэдгигатларьш апарылмасы учун сечилмиш ме-тодикалар шэрь едилшпл вэ материаллар сечилмишдир.

Учунчу фэсилдэ дэмнр, хусуси чугун, кукурд вэ талк овунтуларындан алынмыш композиаца материалларын структур вэ хассэлэри тэдшг едил-шшщир.

Дордунчу фэсилдэ дэмир, хусуси чугун, бурунч, кукурд вэ талк овунту-лырындан ибарэт овунту композита материалларынын структур вэ хассэлэри тэдгиг едилмишдир.

Бешинчи фэсилдэ тэдгигатын нэтичэлэри шэрь едилмиш вэ онларын истеьсалата тэтбиш эсасландырылмышдыр.

SUMMARY

The dissertation is dedicated to the working of wear-proof materials with using shaving waste of special cast iron.

The aim of dissertation is working out of composition antifriction powder materials consist of shaving waste of special cast iron. Iron and brass brazing powders and their optimization their receiving parameters by the method of cold pressing and sintering.

The dissertation consists of introduction, 5 chapters, general conclusions, references and appendix.

In introduction the actuality of theme of the dissertation and the importance of investigations are shown.

In chapter 1 the analyses of works are given and the problem of investigations are formulated.

In chapter 2 the characteristics of initials materials, used equipment are given and the technique experiments are shown.

In chapter 3 the results of investigations of composition antifriction powder materials synthesized from mixture of iron, special cast iron powders are shown.

In chapter 4 the results of investigations of composition antifriction powder materials synthesized from mixture of iron, special cast iron and brass brazing powders are described.

In chapter 5 results of investigations and their application in production are shown.