|
| |
|
Главная Промышленность растворению. Титан становится износостойким. Тонкие прочные пленки, способные деформироваться вместе с металлом при большой нагрузке, образуют хром, сталь, а также медь, хотя допустимая нагрузка (Л < Лр) для нее и ее сплавов меньше, чем у первых двух металлов (см. рис. 10.2). Стойкость к схватыванию закаленных сталей значительно выше, чем нормализованных и отожженных. По этой причине закаленные стали и стали, упрочненные химико-термической обработкой - основной материал для одной из сопряженных деталей пары трения. Стойкость к схватыванию таких сталей повышают сульфидированием и фосфа-тированием. После этих процессов формируется пленка, которая в начальный момент, легко разрушаясь, улучшает прирабатываемость и снижает коэффициент трения, а в тяжелых условиях трения способна изменяться, образовывать вторичные структуры сложного состава и повышенной износостойкости. В условиях теплового схватывания защитные свойства оксидных пленок зависят от способности подложки сохранять высокую твердость при нагреве. В таких случаях следует применять теплостойкие материалы. 2. Подбором материалов пары трения. Схватывание особо опасно для контакта из двух твердых материалов. В случае разрушения защитных оксидных пленок оно приводит к значительному повреждению обеих поверхностей трения. При сочетании твердого и мягкого материалов схватывание проявляется в менее опасной форме. Для сталей и чугунов в условиях трения скольжения лучшим материалом сопряженной детали служат те цветные металлы и сплавы, которые имеют в структуре мягкую или легкоплавкую составляющую, способную проявлять защитную реакцию и предупреждать повреждение сопряженной поверхности. При усилении трения такая структурная составляющая допускает на отдельных участках контакта легкое пластическое течение либо размягчение, в результате чего снижаются местные давления и температура и тем самым исключается схватывание. Сплавы с мягкой структурной составляющей применяют для червячных передач и подшипников скольжения. Для червячных передач характерны высокие скорости скольжения и неблагоприятные условия гидродинамической смазки. Для предупреждения схватывания червяк выполняют из стали с высокой твердостью поверхности {HRC 45-60), а червячное колесо-из оловяни-стой бронзы, имеющей в структуре мягкую составляющую. Мягкой структурной составляющей в подшипниковых сплавах могут служить включения олова или свинца. Эти металлы схватываются со сталью, но адгезионные связи разрушаются по менее прочным цветным металлам, которые тонким (1-3 мкм) слоем «намазываются» на стальную поверхность, не повреждая ее. Тонкая пленка мягкого металла не только уменьшает силовое воздействие в местах контакта, но при тяжелых режимах трения из-за сильного размягчения может служить твердым смазочным материалом или плавиться и на некоторое время выполнять роль жидкого смазочного материала. Благодаря таким свойствам олово, свинец, а также медь используют в качестве тонкослойных покрытий одной из поверхностей трения. Их создают и в сопряжениях сталь-сталь, сталь-чугун, добавляя в жидкий смазочный материал присадки в виде порошков этих металлов или их солей. При определенных условиях трения присадки формируют на стальной поверхности пленку мягкого металла, которая защищает сталь от износа. 3. Разделением поверхностей трения пленками полимеров (фторопласта, полиамида и т. п.), которые отличаются НИЗКОЙ адгезией к металлам. Кроме того, под влиянием теплоты трения полимеры способны переходить в низкомолекулярное состояние и образовывать пленку с низким сопротивлением сдвигу. В силу этих особенностей полимеры имеют низкий коэффициент трения, слабо изменяющийся при применении смазочного материала. Работоспособность многих узлов трения зависит от скорости развития поверхностного усталостного выкрашивания (питтинга). Поверхностное выкрашивание характерно для материалов, используемых в узлах трения качения (зубчатые передачи, шарико- и роликоподшипники), которые подвержены высоким циклическим контактным нагрузкам. Эти нагрузки, действующие на малых участках поверхности, обусловливают процессы зарождения в приповерхностном слое усталостных трещин, их развитие в глубь слоя и отделение частиц с образованием ямок выкрашивания (рис. 10.3). Сопротивление материала поверхностному выкрашиванию называют контактной выносливостью. Она характеризуется пределом контактной выносливости a;, который, как и при объемной усталости, определяется экспериментально (ГОСТ 25.501-78) по кривой усталости. Предел контактной выносливости новерхност-ного слоя зубьев колес, соответствующий базовому числу циклов напряжений, обозначают (ГОСТ 213575) а„„„.   ; 2 3 Рис. 10.3. Схема образования поверхностного выкрашивания (пиггинга) на рабочей дорожке подшипника качения: А - место зарождения усталостной трещины; /, 2 - стадии ее развития; 3 ~ ямка выкращивания Повышение контактной вьшосливости, как и при объемной усталости, основано на увеличении сопротивления поверхностного слоя деталей развитию пластической деформации. Места сопряжения деталей, находящиеся в очень малом относительном перемещении, подвержены особому виду изнашивания, называемому фрет-тинг-процессом или фреттинг-корро-зией. Этот вид изнашивания развивается на поверхности валов в местах насадки шестерен, подшипников качения, а также в шлицевых, шпоночных и шарнирных соединениях, в проушинах и на поверхности рессор. Повреждения поверхности имеют вид ямок и язв, которые, как и питтинг, опасны тем, что существенно снижают сопротивление усталости деталей. Единой теории, объясняющей механизм этого вида изнашивания, нет. Согласно одной теории определяющим служит механическое взаимодействие контактирующих поверхностей. Предполагают, что оно вызывает разрушение оксидных пленок, частицы которых не удаляются за пределы контакта и действуют как абразив. По другой теории ведущим считают адгезионное взаимодействие в сочетании с коррозией. Вследствие адгезии часгицы металла сначала отделяются от поверхности, затем окисляются кислородом среды и превращаются в абразив. Сторонники этой теории называют такой процесс фреттинг-коррозией. Основные методы защиты от этого вида изнашивания-повышение твердости контактирующих поверхностей (цементацией, азотированием), применение смазочных материалов, лаков, пленочных покрытий из полимеров, затрудняющих металлический контакт поверхностей трения и доступ к нему кислорода. В зависимости от механических и фрикционных свойств износостойкие материалы подразделяют на три группы: 1) материалы с высокой твер- достью поверхности; 2) антифрикционные материалы, имеющие низкий коэффициент трения скольжения; 3) фрикционные материалы, имеющие высокий коэффициент трения скольжения. 10.3. Материалы с высокой твердостью поверхности Высокая твердость поверхности-необходимое условие обеспечения износостойкости при большинстве видов изнашивания. При абразивном, окислительном, усталостном видах изнашивания наиболее износостойки стали и сплавы с высокой исходной твердостью поверхности. При работе в условиях больших давлений и ударов наибольшей работоспособностью обладают аустенитные стали с низкой исходной твердостью, но способные из-за интенсивного деформационного упрочнения (наклепа) формировать высокую твердость поверхности в условиях эксплуатации. Материалы, устойчивые к абразивному изнаишванию. Износостойкость при абразивном изнашивании чистых металлов (рис. 10.4) пропорциональна их твердости: е = ЬНВ (б - относительная износостойкость, определяемая в сравнении с образцом-эталоном, b - коэффициент пропорциональности). В сплавах эта зависимость может не соблюдаться. При абразивном изнашивании ведущими являются процессы многократного деформирования поверхности сколь-
гОПП UDDD НВ Рис. 10.4. Относительная износостойкость Е металлов с различной твердостью зящими по ней частицами и микрорезание. Степень развития этих процессов зависит от давления и соотношения твердости материала и абразивных частиц. Так как твердость последних велика, то наибольшей износостойкостью обладают материалы, структура которых состоит из твердой карбидной фазы и удерживающей их высокопрочной матрицы. Такую структуру имеют большая группа сталей и сплавов. Карбидные сплавы применяют при наиболее тяжелых условиях работы в виде литых и наплавочных материалов. Для наплавки на поверхность деталей используют прутки из этих сплавов, которые нагревают ацетиленокисло-родным пламенем или электродугой. В промышленности используют более ста сложных по химическому составу литых и наплавочных материалов. Они представляют собой сплавы с высоким содержанием углерода (до 4%) и карби-дообразующих элементов (Сг, W, Ti). В их структуре может быть до 50% специальных карбидов, увеличение количества которых сопровождается ростом износостойкости. Структуру матричной фазы регулируют введением марганца или никеля. Она может быть мартенситной, аусте-нитно-мартенситной и аустенитной. Для деталей, работающих без ударных нагрузок, применяют сплавы с мартенситной структурой. К ним относятся сплавы типа У25Х38, У30Х23Г2С2Т (цифры, стоящие после буквы У, показывают содержание углерода в десятых долях процента). Детали, работающие при значительных ударных нагрузках (зубья ковшей экскаваторов, пшси отбойных молотков и др.), изготовляют из сплавов с повышенным содержанием марганца с аусте-нитно-мартенситной (У37Х7Г7С) или аустенитной (У11Г13, У30Г34) матрицей. Для деталей машин, работающих при средних условиях изнашивания, применяют спеченные твердые сплавы, струк- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 [ 61 ] 62 63 64 65 |
