Марки й хімічний склад деяких спечених антифрикційних матеріалів

	Масова частка, %				Пористість,
	основа	графіт	олово	інші	%
Ж	залізо	—	—	—	17—25
ЖГр]	залізо	0,8—1,5	—	—	17—25
ЖГр2	залізо	2	—	—	17—25
ЖГрЗ	залізо	3	—	—	17—25
ЖГр(2-2,5)Д(2,5-5)	залізо	2—2,5		—	17—25
ЖГрЗЦс4	залізо	3	—	ZnS-4	15—20
БрОЮ	мідь	—	10	—	15—26
БрО8Гр4	мідь	4	8	—	15—25
БрОЮ-фт	мідь	—	10	фторопласт	30—35

Антифрикційні порошкові матеріали відзначаються високою пористістю (15...35 %), низьким коефіцієнтом тертя, значною зносотривкістюй непоганою теплопровідністю. З них виготовляють деталі (втулки підшипників, підп'ятни­ки, поршневі кільця тощо), що працюють в умовах тертя. Найчастіше метале­вою основою порошкових антифрикційних матеріалів є залізо (Ж), мідь (Д) або їх стопи. Після спікання пористе залізо марки Ж (таблиця 2.15.1) просочують мінеральною оливою, яка під дією тиску вала й температури витісняється з пор і утворює на поверхні тертя тонку змащувальну плівку. Після зупинки вала температура й тиск зменшуються і мінеральна олива поглинається порами.

Залізографіт марок ЖГрі, ЖГр2, ЖГрЗ і ін. — найпоширеніший антифрик- > ційний матеріал, спечений з порошків заліза (Ж) / графіту (Гр). В процесі спі­кання частина вуглецю графіту розчиняється в аустеніті, який охолоджуючись розпадається на ферито-перліт або перліт. Перлітна основа матеріалу харак­теризується підвищеною зносотривкістю, а залишковий графіт разом з міне­ральною оливою утворює високоякісне мастило. Такі матеріали успішно кон­курують з литими бронзами й бабітами.

Додавання до порошків Fe й графіту обмеженої кількості порошку Си підвищує міцність металевої основи, утворюючи тверді розчини міді в залізі. Прикладом залізо-мідно-графітових матеріалів є матеріал марки ЖГр(2-2,5)Д(2,5-5).

Тут в дужках післялітер Гр зазначена масова частка графіту (2...2,5 %), а пісчя літери Д — міді (2,5...5 %).

Часто втулки підшипників виготовляють із порошку бронзи, а спечені вироби просочують водяною суспензією порошку фтору (фт). Наприклад, матеріал марки БрОЮ-фт, де металевою основою є олов'яниста бронза, щ₀ містить 10 % олова (О).

2.15.3. Фрикційні матеріали

Фрикційні порошкові матеріали мають високий коефіцієнт тертя, значну зно-сотривкість, високу міцність при робочій температурі й добру теплопровідність. Вони призначені для роботи в гальмівних пристроях і в пристроях, що передають крутний момент у літаках, автомобілях, гусеничних машинах, верстатах, пресах тощо. Накладки зі спечених фрикційних матеріалів різної форми скріплюють зі сталевим каркасом.

Таблиця 2.15.2

Марки й хімічний склад деяких спечених фрикційних матеріалів

	Марка	Масова частка, %				Пористість,
		основа	графіт	свинець	інші	%
	МК5	мідь	6—8	7—9	Sn 8—10;Fe 3—5	3—5
	ФМК-11	залізо	9	—	Cu 15; SiO, 3;BaSO4 6;азбест З	8—10
	МКВ-50А	залізо	8		Cu 10;FeSO45;SiC 5; B4C 5;азбест З	10—12
	СМК-80	залізо		—	Cu 23;Mn 6,5;BN 6,5; MoS, 2,5;B4C 10;SiC 3,5	12—18

Фрикційний спечений матеріал складається з металевої основи, з компонентів, що використовуються як тверде мастило та компонентів, що підвищують коефіцієнт тертя.

Металевою основою фрикційних матеріалів можуть бути залізо, мідь і стопи на їх основі, які надають матеріалові високу міцність, температуротривкість й теплопровідність. Матеріали на основі заліза витримують в умовах сухого тертя локальну температуру до 1000... 1200 °С, а матеріали на основі міді в умовах рідкого тертя можуть працювати при температурі до 500...650 °С.

Компоненти, що виконують функції твердого мастила (графіт, свинець, олово, вісмут, сурма, сульфіди), оберігають фрикційний матеріал від інтенсивного зносу. В разі підвищення температури окремі з них, наприклад свинець, частково розтоплюються.

Компоненти, що забезпечують підвищений коефіцієнт тертя, відзначають­ся високими температурою топлення й твердістю (азбест, оксиди кремнію,

хрому, алюмінію, магнію, цирконію, карбіди кремнію, бору, вольфраму). Вони забезпечують оптимальне зчеплення з робочою поверхнею спряженої деталі зі сталі або чавуну.

Пористість фрикційних матеріалів становить 3...18 % (див. табл. 2.15.2).

Найпоширеніший матеріал на основі міді, легованої оловом, є МК5, де як тверде мастило використовується графіт (6...8 %) і свинець (7...9 %).

У важких умовах експлуатації застосовують порошкові матеріали марок ФМК-11, МКВ-50А і СМК-80, з підвищеною міцністю і теплотривкістю. Ці матеріали виготовляють на основі заліза з додаванням 10...23 % міді.

2.15.4. Фільтри

Фільтрувальні елементи з порошкових матеріалів у вигляді втулок або фігурних пластин наскрізно пористі, теплотривкі, відпірні до корозії, міцні та пластичні. їх використовують для очищення рідин і газів від твердих частинок в діапазоні температур від -273 до 900 °С.

Фільтри виготовляють з порошку бронзи, латуні, алюмінію, нержавної сталі, нікелю, срібла. Ресурс таких фільтрів великий, оскільки забруднення осі­дають переважно на їх зовнішній гладкій поверхні. Щоб підвищити ефектив­ність роботи, фільтрувальні елементи часто виготовляють у вигляді двох шарів: перший має більші пори й затримує грубі частинки, а другий — менші пори й затримує дрібні частинки. Після відпрацювання ресурсу фільтри регенерують, продуваючи повітря, або промиваючи рідиною в напрямку, протилежному до потоку фільтрованого середовища.

2.15.5. Тверді стопи *,

Твердими називають стопи, виготовлені з порошків карбідів вольфраму (WC), титану (ТіС) чи танталу (ТаС) на кобальтовій зв'язці.

Твердостопові пластинки необхідної форми й розмірів виготовляють пресуючи і спікаючи у вакуумі або в атмосфері водню при температурах 1350...1550 °С [56, с.240]. Під час спікання кобальт, а також евтектика на його основі розтоплюються, а під час кристалізації й подальшого охолодження міцно з'єднуються з карбідами. Перелічені вище карбіди дуже тверді й мають підвищену крихкість. Найтвердішим серед них є карбід титану, найменш твердим — карбід танталу. Змінюючи співвідношення між масовими частками > карбідів і зв'язки, можна регулювати твердість стопу та інші його властивості. Зі збільшенням масової частки кобальту зростає міцність і зменшується твердість стопу. Збільшення розмірів зерен карбідів є причиною зменшення міцності й росту зносотривкості стопу.

Тверді стопи для різальних інструментів відзначаються дуже високою твердістю (86...92 HRA або умовно 74...78 HRC) і великою теплотривкістю в інтервалі температур 750...900 °С [57]. Водночас вони характеризуються задовільною міцністю на стиск і порівняно невеликою міцністю на згин. Завдяки високій теплотривкості й зносотривкості тверді стопи зайняли провідне положення серед

інструментальних матеріалів: інструментами, оснащеними твердостоповими пластинками, знімають близько 70 % від сумарної маси стружки [58]. Залежно від хімічного складу тверді стопи поділяють на три групи:

• однокарбідні вольфрамові (ВК);

• двокарбідні титановольфрамові (ТК);

• трикарбідні титанотанталовольфрамові (ТТК).

Однокарбідні вольфрамові тверді стопи складаються із карбіду вольфраму и кобальту. Вони міцніші та в'язкіші порівняно з титановольфрамовими стопами, теплотривкі до 850 °С, але схильні до поступового адгезійного руйнування під час обробки конструкційних сталей. їх застосовують переважно для різання крихких матеріалів — стопів кольорових металів, загартованих сталей та неметалевих матеріалів. Марки однокарбідних вольфрамових стопів позначають літерами ВК / цифрами, які стоять після літери Κ й показують масову частку кобальту в % (ВКЗ, ВК4, ВК6, ВК8). Наприклад, стоп ВКЗ містить 3 % кобальту та 87 % карбіду вольфраму. За однакового хімічного складу помітно впливають на твердість стопу розміри зерен карбідів, що змінюються від 0,5 до 10 мкм. Зі зменшенням їх розмірів твердість стопу зростає. Літерою В, поставленою через дефіс в кінці марки, позначають стоп грубозернистий (ВК6-В, ВК8-В), літерою Μ — дрібнозернистий (ВКЗ-М, ВКб-М), а літерами ОМ — особливо дрібнозер­нистий (ВК6-ОМ). В особливо дрібнозернистих стопах розміри зерен карбідів близькі до 1 мкм. Перспективними вважаються особливо дрібнозернисті моди­фікації твердих стопів з розмірами зерен меншими за 1 мкм. Відомі стопи з розмірами зерен 0,3 мкм [59].

Двокарбідні титановольфрамові тверді стопи складаються із карбіду титану, карбіду вольфраму й кобальту. З-поміж твердих стопів вони найтвердіші (до 92 HRA), найтеплотривкіші (до 900 °С), мають високу зносотривкість. З огляду на підвищену крихкість вони погано витримують змінні й ударні навантаження і застосовуються переважно для обробки вуглецевих та легованих сталей. Марки двокарбідних титановольфрамових твердих стопів: Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10 і Т5К12. Цифра після літериТ означає масову частку в % карбіду титану, після літери Κ — масову частку в % кобальту, все решта — карбід вольфраму.

Найвищу для титановольфрамових стопів зносотривкість й найбільшу допустиму швидкість різання має стоп Т30К4. Водночас його міцність на згин найнижча (ст_г = 980 МПа). Стоп Т5К10 найменш зносотривкий, але найміцні-ший {σ_ιτ~ 1420 МПа).

Трикарбідні титанотанталовольфрамові тверді стопи .містять карбіди титану, танталу й вольфраму та кобальт. Вони найпластичніші серед твердих стопів, але найменш тверді й теплотривкі. Карбід танталу хоч дорогий, але він запобігає ростові зерен інших карбідів та підвищує міцність інструменту. Титанотанталовольфрамові стопи використовують переважно для чорнового різання важкооброблюваних сталей, зокрема жароміцних. Марки ТТ7К12 (ТІС + ТаС — 7 %, Co — 12 %, WC — 81 %), ТТ8К6, ТТ10К8-Б, ТТ20К9.

Через високу вартість твердих стопів їх використовують для різальних інструментів у вигляді пластинок, які припаюють або кріплять механічно до

сталевого корпусу інструменту. Останнім часом спостерігається тенденція перейти від різального інструменту з припаяними пластинками до інструменту з непереточуваними багатовістряними пластинками, механічно закріпленими.

Щоб підвищити стійкість, на робочу поверхню твердостопових пластинок, а також на інструменти з швидкорізальних сталей наносять зносотривкі пок­риття з карбідів титану, нітридів титану або карбонітридів титану завтовшки 4...8 мкм. Завдяки цьому стійкість інструменту зростає у 1,5...2,5 рази.

Безвольфрамові тверді стопи [62] замість дефіцитних WC / Co містять карбід титану або карбонітрид титану та стоп нікелю з молібденом як зв я-зувальну речовину. Твердість безвольфрамових стопів є в межах 87...91 HRA. їх теплотривкість до 1000 °С [56, табл.49]. Вони мають високу зносотривкість, але менш міцні порівняно з вольфрамовими стопами (сх_г = 1000...1150 МПа).

Безвольфрамові тверді стопи поділяють на:

• стопи (ТН) на основі карбіду титану ТІС, наприклад, ТН-20, ТН-30, ТН-40;

• стопи (КТН) на основі карбонітриду титану Ti(CN), зокрема КТН-16. Цифри в кінці марки після літер ТН означають середню сумарну масову

частку в % нікелю і молібдену за винятком марки КТН-16, в якій масова частка Ni + Mo становить 26 %.

Безвольфрамові тверді стопи застосовують для напівчистового й чистового точіння й фрезерування сталей та стопів кольорових металів.

2.15.6. Інструментальні керамічні матеріали

Ці матеріали [63] мають у своїй основі оксид алюмінію А1,О,. До їх складу входить також небагато домішок (активаторів) MgO, ZrO, тощо, а часто і наповнювач (звичайно карбід титану ТіС). Пластинки з керамічних матеріалів виготовляють методом спікання або гарячого пресування при температурі 1650...1750 °С [56, с.248]. Під час цього домішки взаємодіють з основою, активізуючи спікання й формування безпористого твердого (91...94 HRA) та зносотривкого матеріалу, що має теплотривкість у межах 1100...1200 °С. Керамічні матеріали менше взаємодіють зі стопами заліза, ніж тверді стопи. Водночас їх міцність серед інструментальних матеріалів найнижча.

Інструментальні керамічні матеріали мають такі різновиди:

- оксидні (білі), виготовлені на основі А1₂О₃ (марки ЦМ-332, ВО-13);

- змішані (чорні), виготовлені на основі А1,О₃ і ТіС, мають підвищену твердість і міцність (марки В-3, ВОК-60).

Не дивлячись на недефіцитність Α1_ΊΟ,, технологія виготовлення пластин дорога, через що вони не дешевші від твердостопових. Керамічні пластинки кріплять до держаків (корпусів інструментів) механічно, рідше паянням. Пластинки, як правило, перезагострюванню не підлягають. Інструменти з керамічних матеріалів застосовують для чистової обробки чавунів і загарто­ваних сталей з великими швидкостями різання й малими подачами.

Частка інструментів, оснащених керамічними матеріалами, становить у нашій промисловості близько 0,5 %, у США — 2 %, в країнах-Західної Європи — 7 % від загальної кількості різального інструменту [60].