Қатты металл-керамикалық қорытпалар

Қатты қорытпалар деп ұнтақ металлургия әдісімен жасалған және кобальт байланыстырғышымен қосылған баяу балқитын металдардың карбидтерінен (WC, ТіС, ТаС) тұратын қорытпаларды айтады. 3882-74МЕСТ бойынша қатты қорытпалардың үш тобы жасалады:

1. вольфрамды (ВК3, ВК6, ВК8, ВК10);

2. титанвольфрамды (Т30К4, Т14К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12);

3) титантанталвольфрамды (ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К8-Б, ТТ20К9).

Вольфрам қорытпаларының құрылымы кобальт пен байланысқан WC карбидтің бөлшектері болып келеді. Титанвольфрам қорытпалары кобальт пен байланысқан WC және ТіС карбидтерінен тұрады. Титан карбидінің көп мөлшерінде (Т30К4) құрылым тек титан карбиді мен кобальттан тұрады, өйткені вольфрам мен көміртек титан карбидінде ериді.

ВК қорытпасында неғұрлым кобальт аз және карбид бөлшектері ұсақ болса, солғұрлым тозуға беріктігі жоғары, бірақ беріктігі мен соққыға қарсыластығы төмен болады. Тозуға ең жоғары беріктігі бар ВК3 қорытпалары, әсіресе ВК3-М (қаттылығы 89,5-90НRB, s_в =1100МПа) шойынды, түсті металдар мен бейметал материалдарды өңдегенде кесудің жоғары жылдамдығына жетуге болады.

88-90 НRB қаттылығымен және sию =1400-1350МПа ВК4, ВК6, ВК6-М қорытпалар шойынды, қызуға берік қорытпаларды, түсті металдар мен бейметал материалдарды өңдегенде алғашқы жонуға, жоңқакескіштеуге, бұрғылауға, тесуге ұсынылады. ВК8 бен ВК10 қорытпалары тозуға аз беріктігі бар, бірақ пайдалану беріктігі жоғары (s_ию =1600-1650МПа).

ВК8 қорытпасы алғашқы жону мен басқа да алғашқы өңдеу үшін (шойынды, қызуға берік қорытпалар мен түсті металдарды кесуге) және де тарту мен құбырларды, шыбықтарды және сымды мөлшерлеуге қолданылады. ВК10, ВК15 қорытпалары тез тозатын тетікбөлшектерді жасауға тағайын-далған. Бұл болаттар жоғары пайдалану беріктігімен сипатталады, бірақ жылуға төзімділігі төмен.

Титанвольфрам қорытпаларының тозуға ең жоғары беріктігі мен төмендетілген пайдалану беріктігінде (s_ию =950МПа) мүмкіндік кесу жылдам-

дығына Т30К4 қорытпасы ие. Т15К6, Т5К10 қорытпаларында пайдалану беріктігі жоғары, ал тозуға беріктігі мен мүмкіндік кесу жылдамдығы төмен. Титанвольфрам қорытпаларын таза (Т30К4) және алғашқы (Т15К6, Т5К10) жонуға, жоңқакескіштеуге және болатты сүргілеуге қолданылады. Қорытпалардың қаттылығы 92-87НRА.

ТТ10К8-Б қорытпа тозуға біркелкі беріктігімен соққыға жоғары қарсыластығына және жақсы пайдалану беріктігіне (s_ию=130МПа) ие. Титантанталвольфрам қорытпаларын қиын өңделетін, соның ішінде қызуға берік қорытпалар мен болаттарды (87-90НRC) алғашқы және таза өңдеуде қолданады.

Тапшы вольфрамы жоқ қатты қорытпалар жетезерттелді. Вольфрамы жоқ қатты қорытпалар ТіС+Ni+Mo (ТіН-20*) негізінде және Ті (NС) +Ni+Мо (КНТ-16) карбонитрид (NС) негізінде шығарылады. Никель мен молибден байланыстыратын ұяны түзеді, болаттар мен түсті металдарды жартылай таза және таза жону мен жоңқакескіштеуде қолданады. Қатты қорытпалардан аспаптардың кесетін бөліктерін жиі көп жақты қайта қайралмайтын қаңылтақ (КЖҚҚҚ) түрінде жасалады, олар тұрқына, немесе механикалық әдіспен ұстатқышта бекітіледі. Аспаптың ұстатқышына дәнекерленетін қаңылтақтар да шығарылады. ВК6, ТТ7К12, ТТ10К8-Б КЖҚҚҚ болаттардың жұмыстық беттеріне аспаптық қызмет мерзімін 3-4 есе арттыратын жұқа тозуға берік карбидті (ТіС) және нитридті (ТіN) бүркемелер жиі түсіріледі.

230-240НВ қаттылығымен болат пен шойынды жонғанда бүркеу ең көп тиімділікті береді. Өңдеудің ауыр жағдайларында тозуға берік бүркеулерімен қаңылтақтардың тиімділігі төмендейді. Қиын өңделетін материалдар мен суарылған болатты (³55НRС) таза өңдеу үшін ВN (нитрид) – құрасжиынның негізінде жасанды көпқатденелі аса қатты материалдар қаңылтақтарымен жабдықталған кесуші аспап қолданылады. Бастапқы бор нитридіне әр түрлі қосынды қосымшаларды енгізіп, мықты байланысқан ұсық қатденешіктерді (көпқатденелерді) алады.

Аса қатты материалдар тобына құрасжиын 01 (элбор-1), құрасжиын 02(белбор), құрасжиын 10 (гексанит-Р) және де көпқатденелі ВN жатады.

Бор нитриді өте жоғары қаттылық пен жылу төзімділігіне ие. Суарылған болатты өңдегенде кесу жылдамдығы 150м/мин. Бор нитриді қолдану бетінің жоғары сапасын алынуымен жонғанда және жоңқакескіштеуде еңбек өнімділігін арттыруға мүмкіндік береді.

Ұсынылған әдебиет

нег. 2 [207-222]

Бақылау сұрақтары

1. Штамптау болаттары тағайындалуы бойынша қалай сыныпталады?

2. Қандай болаттардан ыстықтай деформациялау штамптары дайындалады?

3. 10 болатынан жасалған кескіш аспап қандай химия-термиялық өңдеуге түседі?

4. Штамптау болаттарына қандай талап қойылады?

5. Қатты қорытпалар қалай ентаңбаланады?

10-дәріс. Тозуға төзімді материалдар. Тозу түрлері

Материалдардың үйкеліс кезіндегі жұмыс істеуге қабілеттілігі үш түрлі факторға тәуелді: 1) материалдың қасиетін анықтайтын ішкі; 2) үйкеліс түрін (сырғу, тербелу) және жұмыс істеу режимін (салыстырмалы орын ауыстыру жылдамдғы, жүктеме, оны түсіру сипаты, температура) сипаттайтын сыртқы; 3) жұмыстық орта және майлау материалы. Бұл факторлардың жиынтығы тозудың әр түрлі түрлерін шартты етеді. Тозуға түсетін тетіктер екі топқа бөлінеді: 1) үйкелісті түзетін тетіктер (сырғу және тербелу подшипниктері, тісті беріліс және т.б.); 2) тозуы жұмыстық ортада болатын тетіктер (сұйықтық, газ және т.б.).

Тетіктің тозуының бірінші тобына мына түрлері жатады – абразивті (жанасу аймағына түсетін қатты түйірлер), адгезиялық, тотықсыздану, шаршау, фреттинг-процесс (фреттинг-коррозия). Екінші топ тетіктері үшін абразивті тозу (мысалы, түбімен жойылу), гидро- және газабразивті (сұйықтықпен немесе газбен орын ауыстыратын қатты түйірлер), эрозиялық, гидро- және газэрозиялық (сұйықтық немесе газ ағысымен), кавитациялық (сұйықтықтың гидравликалық соғылуынан).

Тозу түрлерінің әртүрлілігі жүру заңдылықтары бойынша бір-бірінен айтарлықтай айрықша.

Үйкеліс түзумен тетіктердің тозу заңдылықтары және олардың тозуын төмендету жолдары. Жанаспалы тетіктердің тозу себебі – үйкеліс күшінің жұмысы. Осы күштердің әсерінен жанасу беткейінің аймақтарында көп ретті деформациялану, олардың беріктенуі мен беріксізденуі, жылудың бөлінуі, құрылымның өзгеруі, шаршау процесінің дамуы, тотықсыздану және т.с.с болады. Жанасу аймағында өтетін процестің қиындығы сыртқы тозудың әртүрлі теориясының тууына әкелді. Қатты денелердің күштік өзара әсерлесуі үйкелістің молекулярлық-механикалық (адгезия-деформациялық) теориясымен түсіндіріледі. Бұл теория үйкелетін беткей жанасуының дискреттілігінен шыққан. Беткейлердің жанасауының кедір-бұдырлығының арқасында шағын тегіс еместіктің өзрар енуінен немесе олардың созымды майысуынан пайда болатын жанасаудың бөлек орындары туады. Бұл орындардағы сырғу беткейлерінің өзара әрекеттесуініғ теорияға байланысты екі табиғаты болады – деформациялық және адгезиялық. Деформациялық өзара әрекеттесу тегіс емес беткі қабаттың шағын көлемдерінің көп реттік деформациялануымен шартталады. Бұл деформацияға қарсыласу үйкеліс күшінің деформациялық құраушысы деп аталады.

Адгезиялық өзара әрекеттесу жанасу аймағында пісірудің адгезиялық көпірінің пайда болуымен байланысты. Бұл көпірлерді кесуге қарсыласу және жаңалардың пайда болуы үйкеліс күшінің адгезиялық құраушысын (F_ад) анықтайды. Сонымен, үйкеліс күші басқа да үйкеліс коэффициентінің f басты фрикциялық сипаттамасы сияқты, анықтама бойынша үйкеліс күшінің нормальды жүктемеге қатынасы N: f=F/N ретінде, екі құраушының суммалығымен анықталады: F = F_д + F_ад; f = f_д + f_ад.

1 2 3 4 5 1 – серпімді жанасу; 2 – созымды деформациялау; 3 – шағын кесілу; 4 – беттік үлдірдің ұстасуы және қирауы; 5 – ұстасу және терең тегістеу 10.1-сурет. Тозу түрлері

Үйкелістің деформациялық құраушысы тегіс еместіктің салыстырмалы ену шамасына пропорциональды өседі h/R (h – ену тереңдігі, R – енетін тегіс еместік радиусы). h/R шамасы және F_д мен f_д беткейдің кедір-бұдырлығының, жүктеменің өсуімен жоғарылайды және материалдың серпімділік модулі мен қаттылығының өсімен төмендейді. Механикалық өзара әрекеттесудің негізгі үш түрі болады (10.1-сурет): 1) серпімді жанасу; 2) созымды деформациялау; 3) шағын кесілу.

Тозу қарқындылығы серпімді жанасу кезінде төмен болады. Созымды деформациялау кезінде тозу қарқындылығы бірнеше есеге дейін ұлғаяды. Бұл беттік аймақ созымды деформацияның әсер етуінен қарқынды беріктеніп, созымдылық қоры аяқталған соң ол мортты қирауымен түсіндіріледі. Бұған тағы да адгезиялық өзара әрекеттесудің күшеюі ықпал етеді. Шағын кесілу тозудың жіберілмейтін механизміне жатады, өйткені беттік қабаттың қарқынды қирауына әкеледі. Шағын кесілу енгізілген тегіс еместік кезінде ғана емес, сондай-ақ кездейсоқ қатты түйірлер кезінде болуы мүмкін. Беткей қирауының мүндай түрі абразивті тозу деп аталады. Үйкелістің адгезиялық құраушысы өлшемсіз өлшемге пропорциональды ₀/НВ (₀ – адгезиялық байланыстың кесілуге беріктік). Адгезиялық әрекеттесудің екі түрі болуы мүмкін: 1) беттік үлдірдің ұстасуы және қирауы (10.1-сурет 4-поз.); 2) желінумен болатын металдық беткейдің ұстасуы, демек терең тегістелу (10.1-сурет, 5-поз.). әрекеттесудің бірінші түрінде адгезиялық байланыстың кесілуі үйкелетін беткейді жауып жатқан оксидті немесе адсорбциялық үлдір бойынша жүреді. Оксидті үлдірдің түзілу жылдамдығы жоғары, мұны беткейде үйкеліспен дамитын жоғары температура қабілетті етеді. Беткейдің оксидті үлдірі кесілуімен қирауы тотықты тозу деп аталады. Бұл тозудың ең ыңғайлы түрі, мұнда қирау процесі жұқа беттік қабатта өтеді. Металдық беткейдің ұстасуы үлдірсіз үйкеліс беткейлер арасында туады, мысалы, вакуум немесе жанасу орындарындағы созымды деформация үлдірдің қирауы кезінде. Созымды деформация оксидті үлдірді қирататын кездегі үйкеліс шартына байланысты ұстасудың екі түрін бөледі: суықтай (I текті) және жылулық (II текті). І-текті ұстасу сығудың аз жылдамдығы мен жоғары қысым кезінде, беткейдің аз фрикциялық қызу жағдйында, ал ІІ-текті ұстасу беттік қабаттың қарқынды қызуын және беріктенуін болдыратын сырғудың жоғары жылдамдығы мен қысымы кезінде дамиды. Тазаланған аймақтар арасында адгезиялық байланыс тауады, ол беріктігі бойынша бір үйкеліс материалының беріктігінен жоғары болады. Кесу аз берікті материалда ұстасу орнынан тереңдікте жүргізіледі. Үйкелістің кез-келген беткейінде шұңқыр, ал басқа беткейінде қайта ұстасқан және олардың қарқынды қирауын шақыратын үйкеліс беткейін ұстап тұрады, ал кейбір жағдайда үлкен жылу бөліну және пісіп келу салдарынан тегістелу пайда болады. Ұстасу кезіндегі үйкеліс беткейінің қирауы (желіну) адгезиялық тоздыру деп аталады. Бұл өте қауіпті және тез ағынды тозу түрі болып табылады, сондықтан үйкелістің көптеген түйіндерінде жұмыс істеуде одан бас тартады.

Үйкелістің молекулярлы-механикалық теориясы материалдың тозуға тұрақтылығын жоғарылатудың екі негізгі жолдарын анықтайды: 1) үйкелетін беттің қаттылығын ұлғайту; 2) адгезиялық байланыстың беріктігін төмендету. Қаттылықты жоғарылату жанасаудың серпімді деформацияланған аймағының мүмкіндігі бойынша қамтамасыз етіп, созымды деформацияны қиындатуға және үйкеліс беткейін шағын кесуді алып тастауға бағытталған. Адгезиялық байланыстың беріктігін төмендету металдық беткейдің ұстасуын алдын ала білу үшін қажет. Бұл мақсаттың ең басты әсеріне үйкеліс беткейін сұйық, қатты (кейде газды) майлау материалдарымен бөлу кезінде жетуге болады. Сұйық майлауды колдану кезінде, тетік беткейі гидродинамикалық қабатпен бөлінгенде үйкеліс коэффициенті аз (0,005–0,01), ал тозу практика жүзінде болмайды. Қатты майлау жоғары үйкеліс коэффициентін (0,02-0,15) қамтамасыз етеді. Ол вакуумда жұмыс істеуге қабілетті, жоғары температура және басқа да экстремальды жағдайларда үйкеліс түйіндері үшін өзгермейді. Қатты майлау материалдарының ішінде графит және қабатты құралымы бар молибденнің дисульфиді (MoS₂) кеңінен қолданылады.

Бірақ майлау материалдарын қолдану ұстасудың болмауына кепілділік бермейді. Қатты майлау материалдары біртіндеп тозады. Сұйық майлау жағдайы механизмдердің жұмыс істеуінің жағымсыз режимінен бұзылады. Оларға қайта өңдеу периоды, сондай-ақ машинаны жұмысқа қосу және ажырату жатады. Бұл жағдайда беткей тек жұқа майлы үлдірмен бөлінген шекаралық үйкеліс туады. Жанаспалы кернеу және қыздыру осы үлдірді бұзуға және ұстасуды болдыруға қабілетті. Бұл жағдайда шешуші мән үйкелетін екеуінің келісімділігін қамтамасыз етуде жатыр. Үйлесімділік деп материалдың ұстасуды майлау материалдарысыз жұмыс істеуде немесе майлы қабаттың тегістігін қирату жағдайында болдырмау қасиеті аталады. Үйлесімділік бірнеше тәсілдерімен қол жеткізіледі:

1. Оксидті үлдірдің қорғау қасиеттерін қолдану. Оксидті үлдірдің қорғау қасиеті олардың құрамы, қалыңдығы, сондай-ақ металдық астаудың қаттылығының өсуімен болатын қасиеттеріне тәуелді. Егер оксид қатты және берік, ал төмен жатқан үлдір жұмсақ, онда үлдір оңай қирайды және ұстасу аз жүктеме кезінде де дамиды.

2. Екі үйкелетін материалдарды таңдау. Ұстасу екі қатты материалдың жанасуы кезінде қауіпті. Қорғау оксидті үлдірдің бұзылуы жағдайында ол үйкелістің екі беткейіне де айтарлықтай зиян келтіреді. Қатты және жұмсақ материалдарды үйлестіру кезінде ұстасу аз қауіпті кезінде пайда болады. Болаттар мен шойындар үшін сырғумен үйкеліс жағдайында жанасу тетіктерінің ең жақсы материалы құрылымы жағынан жұмсақ және тез балқитын құралғыштарымен, қорғау реакциясының болуына қабілетті ететін және жанасу беткейінің қирауының алдын алуды ескертетін түсті металдар мен қорытпалар қолданылады.

3. Үйкеліс беткейін металға аз адгезиялығымен ерекшеленетін полимерлер үлдірімен (фторопласт, полиамид және т.б.) бөлу. Одан басқа жылулық ықпалынан полимерлердің үйкелісі төмен молекулярлық күйге өтуге қабілетті және сырғуға төмен қарсыластылығымен үлдір түзеді. Осы ерекшелікке байланысты полимерлердің майлау материалдарын қолдану кезінде аз өзгеретін төменгі үйкеліс коэффициенті болады. Үйкелістің көптеген түйіндерінің жұмыс істеу қабілеттілігі беттік шаршаумен ескірудің жылдамдығына тәуелді (питтинг). Беттік ескіру жоғары циклдық жанаспалы жүктемелерге түсетін тербелумен үйкеліс түйіндерінде қолданатын материалдар үшін сипатты (тісті беріліс, бытыра және роликті подшипниктер). Беткейдің аз аймағына әсер ететін бұл жүктемелер шаршау жарықтарындағы беттік қабат алдында туу процесімен, олардың терең қабатта және бөлек түйірлерде ескірудің тесіктерінің түзілуімен дамуымен сипатталады (10.3-сурет).

Материалдардың беттік ескіруге қарсыластылығы жанаспалы шыдамдылық деп аталады. Ол жанаспалы шыдамдылық шегімен _R сипатталады, және де көлемдік шаршаудағы сияқты шаршау қисығы бойынша тәжірибе жүзінде анықталады.

А – шаршау жарығының туу орны; 1, 2 – олардың даму сатысы; 3 – ескіру тесігі 10.3-сурет. Тербелу подшипнигінің жұмыстық жолақтарындағы беттік ескірудің түзілу схемасы (питтинг)

Доңғалақ тістерінің беттік қабатының жанаспалы шыдамдылық шегі кернеудің базалық циклына сәйкес _{Hlim b} түрінде белгіленеді (ГОСТ 21354-75). Көлемдік шаршаудағы сияқты жанаспалы шыдамдылықты жоғарылату тетіктің беттік қабатының созымды деформацияның дамуына қарсыласуын көтеруге негізделген. Аз салыстырмалы ортада орналасқан тетіктердің жанасу орны фреттинг-процесс немесе фреттинг-коррозия деп аталатын тозудың ерекше түріне түседі. Тозудың бұл түрі білік беткейінде отырғызылған дөңгелек орнында, тербеліс подшипниктерінде, сондпй-ақ шлицті, шпонды және шарнирлі қосылыстарда, рессор беткейлерінде дамиды. Беткейдің бұзылуы тесіктер мен жарықтар түрінде болады, питтинг сияқты тетіктің шаршауға қарсыластылығы төмендеген сайын қауіпті болады. Тозудың бұл түрінің механизмін түсіндіретін бірлік теория осы күнге дейін жоқ. Бір теорияға байланысты анықтауыш ретінде жанаспалы беткейдің өзара әрекеттесуі табылады. Шамамен, ол оксидті үлдірдің қирауын шақырады, оның бөлшектері жанасау шегінен шықпай, абразив түрінде әсер етеді. Басқа теория бойынша бастысы болып адгезиялық өзара әрекеттесудің коррозиямен бірігуі саналады. Адгезияның әсерінен металл бөліктері бірінші беткейден бөлінеді, содан кейін ортада оттегімен тотығып, абразивке айналады. Бұл теорияны жақтаушылар бұл процесті фреттинг-коррозия деп атайды. Бұл тозудан қорғаудың негізгі әдісі жанасау беткейінің қаттылығын жоғарылату (азоттау, көміртектендіру), үйкеліс беткейінің металдық жанасуын және оған оттегінің өтуін қиындататын майлау материалдарын, сыр-бояуларды, полмерден үлдірлік қабатты қолдану.

Механикалық және фрикциялық қасиеттеріне байланысты тозуға төзімді материалдар үш негізгі топқа бөлінеді: 1) беткейлері жоғары қаттылыққа ие материалдар; 2) сырғу коэффициенті төмен фрикцияға қарсы материалдар; 3) сырғу коэффициенті жоғары фрикциялық материалдар.

Ұсынылған әдебиет

Негізгі 3 [185-190]

Бақылау сұрақтары

1. Үйкеліс кезіндегі материалдардың жұмыс істеу қабілеті неге тәуелді?

2. Тозуға түсетін тетіктер қандай топтарға бөлінеді?

3. Қандай тетіктер үшін беттік тозу сипатты?

4. Фреттинг-коррозия деген не?

5. Фреттинг-коррозиямен күресудің тәсілдерін атаңыз.

11-дәріс. Беткейі жоғары қатты материалдар. Абразивті шаршау, кавитациялық тозу түрлеріне берік материалдар

Беттің жоғары беріктігі – тозу кезіндегі қажуға төзімділікті қамтамасыз етудің қажетті шарты. Тозудың абразивті, қышқылды, қажу кезінде бастапқы беттік беріктігі жоғары болаттардың мен қорытпалардың қажуға төзімділігі жоғары. Жоғары қысым мен соққы кезінде ең жоғары жұмыс істеу қабілетіне бастапқы беріктігі төмен аустенитті болаттар ие, олар қарқынды деформациялы орнығу (наклеп) әсерінен пайдалану кезінде беттің жоғары беріктігін қалыптастыра алады.

Абразивті тозуға берік материалдар. Таза металдардың абразивті тозуға беріктігі олардың қаттылығына пропорционал: =b^.НВ ( – салыстырмалы тозуға беріктігі, эталон-үлгімен салыстыру арқылы анықталады, b – пропорционалдық коэффиценті). Қорытпаларда бұл тәуелділік сақталмауы мүмкін. Абразивті тозу кезінде микрокесу мен жылжымалы бөлшектер әсерінен туындайтын көп ретті деформациялану процестері жетекші болып саналады. Бұл процестердің даму дәрежесі қысымға, материал беріктігі мен абразивті бөлшектердің қатынасына байланысты. Соңғылардың беріктігі жоғары болғандықтан құрылымы қатты карбид фазасынан және оларды ұстап тұратын жоғары берік матрицадан құралатын материалдар жоғары тозуға беріктік қасиетіне ие болады. Мұндай құрылым болат пен оның қорытпаларының көп түрінде кездеседі.

Жұмыстың аса ауыр жағдайында құймалы және балқытпа түріндегі карбидті қорытпалар қолданылады. Бөлшекті балқытып қаптастыру үшін оның бетіне электр доғамен немесе ацетиленоттекті жалын арқылы қыздырылған сол қорытпадан жасалған сымдар рақылы жүзеге асады. Тұрмыста химиялық құрамы күрделі құймалы және балқытпа материалдардың жүзден астам түрі қолданылады. Олар көміртектің (4% дейін) және карбид түзуші (Cr, W, Ti) элементтердің жоғары құрылымымен сипатталады. Олардың құрамында арнайы карбидтер 50% дейін болу мүмкін, олардың мөлшерін арттыратын болсақ тозуға беріктік те артады. Матрицалы фазаны марганец пен никельді қосу арқылы реттуге болады. Олар аустенитті, аустенитті-мартенситті және мартенситті болу мүмкін.

Соққы жүктемесі жоқ бөлшектер үшін мартенсит құрылымды қорытпалар қолданылады. Оларға У25Х38, УЗОХ23Г2С2Т (У әрпінен кейінгі сандар көміртектің ондық бөлігіндегі пайыздық мөлшерін көрсетеді) типті қорытпалар жатады. Елеулі соққы жүктеме әсерімен жұмыс істейтін бөлшектерді (экскаватор шөмішінің тісі, соғу балғаларының ұштары және т.б.), құрамында аустенитті-мартенситті (У37Х7Г7С) және аустенитті (У11Г13, УЗ0Г34) матрицалы марганецтің жоғары мөлшерлі қорытпаларынан жасайды.

Тозудың орта деңгейінде жұмыс істейтін машина бөлшектері үшін кобальтпен байланыстырылған арнайы карбид (WC, TiC, TaC) құрылымды пісірілген қатты қорытпаларды, сондай-ақ Х12, Х12М, Р18, Р6М5 типті жоғары көміртекті болаттар (құрылымы: мартенсит + карбид) және басқаларын қолданады. Олар аспапты материалдарға жатады.

Беттік беріктенуі әртүрлі төмен және орташа легірленген болаттар мен шойындарды тозудың жеңіл жағдайларында қолданылады. Көбінесе абразивті тозу басқа тозу түрлеріне жалғасатын, мысалы, қышқылды, шекаралық майлау (цилиндр гильзалары, біліктер, поршеньды сақиналар және т.б.) жағдайында жұмыс атқарады. Үйкелу түйіндерінің жұмыс қабілеттілігін сақтау үшін бөлшек материалы тозу өнімі немесе майлау материалдарына сырттан келетін бөлшектердің тозу процесінің бейімділігіне қарсы алуы қажет. Бұл талаптарға цементтеумен, азоттаумен беріктендірілген немесе ЖЖт қыздырумен өтетін беттік шыныктырумен алынған төмен және орташа легірленген болаттар жауап береді. Тозуға беріктігінің артуына қарай беті беріктендірілген бұл болаттарды келесідей ретпен орналастырады: шынықтырылған, цементтелген, азотталған.

Тозудың шаршау түріне берік материалдар. Бұл материалдар тісті дөңгелектер мен сырғанау мойынтіректері сияқты жаппай мол қндірісті бөлшектер үшін арналған. Шаршау боямасы жұмыс беттерінде циклдік сығылуды тудырады. Олар беттік қабатта жұмсақ кернеу күйін тудырады, олар бөлшектердің беттік қабатының пластикалық деформациясын жеңілдетеді, бұл сәйкесінше беттік қабатта шаршау процестерін тудыруға қолайлы жағдай жасайды. Осыған байланысты жоғары контактілі шыдамдылық тек беттің жоғары қаттылық дәрежесінде мүмкін. Сондай-ақ жоғары қаттылық үйкелу беттерінің сырғанау кезіндегі қажуды төмендету үшін қажет.

Мойынтіректі болат. Сырғанау мойынтіректері, әдетте, тқмен динамикалық жутемемен жұмыс атқарады, сондықтан оларды шынықтыру мен төменгі босатудан өткен салыстырмалы мортты жоғары легірленген болаттардан жасауға болады. Шариктерді, роликтерді және мойынтірек сақналарын жасауда құрамында шамамен 1% С (ГОСТ801-78) бар арзан технологиялық ШХ4, ШХ15, ШХ15ГС және ШХ20ГС сияқты хромды болаттарды қолданады. Маркаларда Ш әріпі оның мойынтіректі болат екендігін көрсетеді; Х – хромды белгілейді; сан – оның болат құрамындағы пайыздық мөлшерін айқындайды (0,4; 1,5; 2,0); СГ – кремний (0,8% дейін) мен марганецпен (1,7 % дейін) легірленгендігін көрсетеді. ШХ15 болаты көлденең қималы (10 - 20 мм) мойынтірек жасауда қолданылады; ШХ15СГ мен ШХ20СГ сияөты жоғарырақ легірленген болаттар үлкен тереңдікке енетін (30 мм-ден артық) бөлшектер жасауда қолданылады. Болатты ұсақ дәнді перлит (НВ 179-217) құрылымын беретін сфероидтеуші жасытудан кейін қолданады, металл сапасына жоғары талаптар қойылады. Блаттарда карбидті тұрақсыздық пен металл емес қоспалармен ластану қатал шектелген, себебі олар кернеудің концентраттары болып жұмыс атқарып, шаршау боямасының шапшаң түзілуіне әсер етеді.

Жоғары жылдамдықты мойынтіректерді жасау үшін бірігей құрылымымен ерекшеленетін электрошлакты құйылған болаттарды (болат маркасына Ш әріпі қосылады, мысалы, ШХ15-Ш) қолданады. Бұл болаттарды сондай-ақ ажарлау арқылы минималды үйкелуді қамтамасыз ете алатын аса нақты приборлы мойынтіректерді жасауда да кеңінен пайдаланады. Бұл тек металдың жоғары қосындысы бойынша металдың жоғары тазалығы кезінде мүмкін. Мойынтірек бөлшектерін эвтектоидтан кейінгі болаттарға тән термиялық өңдеу операцияларын жүргізеді: 820-850 °С кезіндегі толық емес шынықтыру мен 150-170 °С кезіндегі төменгі босату. Шынықтырудан кейін болат құрамында қалдық аустенит (8-15%) болады, оның түрөзгеруі мойынтірек өлшемдерін өзгертуі мүмкін. Оларды тұрақтандыру үшін мойынтіректерді –70÷–80 °С кезінде салқындай өңдейді. Өңделген болат карбид қоспалы мартенсит қырылымды және жоғары беріктікке (HRC 60 - 64) ие болады.

ШХ4 болаты шектеулі прокаливаемостью ерекшеленеді және темір жол кқліктерінің роликті мойынтіректері үшін кеңінен қолданыс тапқан. Шынықтыру кезінде оны өтпелі индукциялы қыздырумен қңдеп суда суытады. Бұл болаттардан жасалған 14 мм қалыңдықты сақиналарды өңдегенде тек бетіндегі 2-3 мм шынықтырады, мұның арқасында бөлшек өзекшесі тұтқыр болып динамикалық жүктемелерге көбірек шыдайды. 0,5-2 м диаметрлі (прокаттау біліктері, электр генераторлары) үлкен көлемді роликті мойынтіректерді дайындауда 12ХН3А, 12Х2Н4А болаттары қолданылып, оларды үлкен тереңдікке (3-6 мм) дейін цементтейді. Агресивті орталарда істейтін мойынтіректерді жемірілуге тұрақты 95X18 (0,95% С, 18%Сr) хромды болатынан жасайды.

Тісті дөңгелекке арналған болаттар. Майланған дөңгелектердің қолдану кезiндегi негізгі қасиетi домалау мойынтiректердіңкі сияқты, түйiскен шыдамдылық болып табылады.Ол тісті берілістің габариттерін және оның жұмыс ресурстарын анықтайды. Тiстi дөңгелектерге жоғарғы түйiскен шыдамдылықтан басқа айналма кезінде шаршаудың қарсыласуы, профильдің тозуға беріктілігі және ұстап алуға орнықтылығы талап етіледі. Бұл көптеген талаптарға сәйкес келетін болаттарда, катты жоғарғы қабатты, байлағыш және жеткілікті берікті өзегі, соққы жүктемелердің әсеріне қарсы тұру кабілеттілігі бар. Аз және орташа көміртекті болаттарда қатты беттік қабаттардың және байлағыш өзекгінің қосындысын химия –термиялық өңдеумен немесе беттік шынықтырумен жеткізеді. Болатты таңдау және орнықтыру әдісі талап етілген технологияларға, жабдықтарға, тісті берілістің жұмыс жағдайына тәуелді болады. Жоғарғы түйіскен жүктемеде жұмыс істейтін тісті дөңгелектер үшін цементейтін (нитроцементейтін) легірленген болаттарды қолданады. Олар жоғарғы шекті түйіскен шыдамдылыққа ие яғни бұл шамамен беттiң пропорционалдық қаттылығын анықталады. Цементелген беттік қабаттың көміртегі консентрациясы 0,8-1,4 % және жоғары көміртекті мартенситтен тұратын құрылымға немесе оның дисперсиялық карбидтермен қоспаларының қаттылығы 58-63 HRC құрайды. Аса жоғарғы қаттылық қажет емес себебі, ол цементтелген беттік қабатты морт қирауына әсер етуі мүмкін. Орнықтылған қабаттың калыңдығымен өзектің қаттылығы өскен кезде тұрақты қаттылықта беттік түйіскен шыдамдылықта өседі

Цементтелген қабаттын қалыңдығы (0,20–0,26 m (m- модуль дөңгелектер) тең, бірақ 2 мм емес. Өзектің қаттылығы 30–42 HRC құрайды. Диаметрден күшті жүктелген тісті дөңгелектерден 150–600 мм және көп қолданып жүрген хромоникельевых болаттар 20ХН3А, 12Х2Н4А, 18Х2Н4МА және т.б. Бұл болаттарды тік ұшақтарда, верталет редукторларында қолданып жатыр. Майда және орташа дөңгелектердің құралдары, ауылшаруашылық машиналары үшiн 15Х, 15ХФ, 20ХР хромды болаттарды және т.б қолданады. Тiстi дөңгелек цементация және келесi термиялық өңдеуден кейiн түбегейлi деформацияларға ие болады.

Жаппай өңдірісте (авто және трактор құрылысында) 18XFT, З0ХГТ, 25ХГМ, 20ХНМ, 20ХГР үнемді, легірленген болаттарды және т.б. қолданады. Оларды цементацияға қарағанда бірнеше температура аз нитроцементацияға жібереді және тікелей шынықтырумен бір жерден шығады. Деформация азаяды, сондықтан мұндай болаттардан жасалған тiстi дөңгелектердi қырнамайды.

Сериялы өндіріс талаптарында хромникельді (12Х2Н4А, 18Х2Н4МА) және күрделі легірленген (20X3МВФА және т.б) болаттарға йонды нитроцементация қолданады. Бұл болаттарды газды цементацияға және нитроцемениацияға қарағанда 2-3 есе жоғарғы түйіскен шыдамдылықты қамтамасыз етеді.

Азоттау жоғарғы беттік қабаттың қаттылығын қамтамасыз етеді, бірақ орнықтылықты қабаттың қалыңдығының жұқалығынан қабат асты қиратылуы мүмкін. Азоттауды күрделі конфигурациялы орташа жүктелген,қырнауы қиындатылған тісті дөңгелектерге орынды қолданылады.Азотталған дөңгелектер үшін 38Х2МЮА, 40Х. 40ХФА болаттарын және т.б. қолданады. Соңғы кездері автомобильдің тісті дөңгелектеріне және станоктарға легірленген цементтелетін болаттардың орнына қыздырылғыштығы төмен 58 (55ПП) болатты қолданады. Бұл сапалы көміртекті болаттың (ГОСТ 1050-74) құрамында 0,55-0,63 % С және аз мөлшерде қоспалар (0,15% Сr, 0,20% Мn и 0,30% Si),үлкейіткіш қыздырылғыштығы бар. Терең индукционды қыздыру кезінде және детальдарды сумен интенсивті суыту кезінде, болаттарда тек беттік шынықтыру болады.Шынықтырылған қабат цементациядағы сияқты қалындығы 1–2 мм және балқытылған ауысулармен өзегінде жоғарғы каттылықты (HRC 58–62) ие болады.Өзек троостит немесе сорбитке шынықтырады, жеткiлiктi тұтқырлықта HRC 40 30 қаттылығы ие болады. Бұл арзан болаттарды қолдану− экономиялық жағынан тиімді. Жоғары емес жүктемеде жұмыс істейтін тісті дөңгелектерді 40, 50, 40Х, 40ХН болаттардан жасайды. Ал басқаларын қалыптандырудан және жақсартудан кейін жасалынады. Материалдың жоғарғы емес қаттылығы (НВ < 3500) термиялық өңдеуден кейін тістерін кесуге мүмкіндік береді. Төмен жүктемеде және төмен жылдамдықта жұмыс істейтін толқынды берiлiстер және үлкен емес тiстi дөңгелектер үшiн металл емес материалдарды (текстолит ПТ и ПТК, древеснослоистые пластики, полиамидтар – капрон, нейлон) қолданады. Оларды автокөлiктер, киноаппараттар, тоқыма және азық-түлiк машиналарының спидометрлер және үлестiрушi бiлiктердi ерiксiз келтiруi үшiн пайдаланады. Мұндай дөңгелектердің артықшылығы - вибрациялар және шудың жоқтығы, жоғарғы химиялық төзімділігі.

Жоғарғы қысымда тозуға берік материалдар және соққы жүктемесі. Шынжыр табанды машиналар, темiр жол рельстерi, экскаватордың шөмiшi және басқа бөлшектердiң крестовиналарының трактерi жұмысы үшiн жоғары қысымды булармен және соққы жүктеумен сипатталады.Оларды құрамында 1,1 % С и 13 % Мn бар жоғары марганецті аустенитті болаттан 110Г13Л жасайды. Бұл болатты кесумен өңдеуге келмейді, сондықтан бөлшектерді құю немесе соғу арқылы алады.

110Г13Л болатты бір фазалы аустенитті құрылымды болғанда максимальді тозуға берік болады. Мұндай құрылымды 1100 °С суда шынықтырумен қамтамасыз етеді. Шынықтырудан кейін болаттың қаттылығы төмен (НВ 200) және тұтқырлығы жоғары болады. Егер мұндай болаттар сынау кезінде тек абразивті тозуға төзімді болса, онда ол тозуға берік емес.Беттік кабаттың соққы әсерi шарттарындағы (дислокациялар, ораманың ақаулары) кристалды құрылыстың ақауларын үлкен сан құрастыратын болады. Нәтижесінде беттік қаттылығы НВ 600 жоғарлайды және болат тозуға берік болады..

Тозуға төзімділік беттік соққы жүктемемен байланысты,сонымен бірге кавитация бойынша бақыланады яғни саңыраулы винттерде, су үрлегіштердің гидротрубинасы,су насостарының цилиндрлері жұмыс кезінде пайда болады.Кавитациялық тозуға төзімділік ағынды сұйықтықтарын газ көпіршектерінің немесе ауа атқылауы кезінде пайда болады. Сонымен бірге пайда болған көптеген шағын құрылымды соққы шаршау процесін жоғарлатады яғни жемірілу әсерінен күшейеді. Кавитационды−берікті сапасы ретінде аустенитті тұрақсыз құрылымды 08Х18Н10Т, З0Х10Г10 болаттарды және басқаларды пайдаланады.Соққы әсерінен бұл болаттардың аустениті қақтау және бөлшекті мартенситке айналады яғни соққы энергиясына шығындалады.Болаттардың беттік қабатының орнықтылығы эксплутация әсерінен шаршау сызаттарының түзілуін қиындатады.

Ұсынылған әдебиет

Негізгі 3 [185-190]

Бақылау сұрақтары

1. Қандай қорытпалар абразивті тозуға төзімді?

2. Пайдаланудың қандай жағдайларында карбидті қорытпалар қолданылады?

3. Қандай материалдар тозудың шаршау түріне тұрақты емес?

4. Тісті дөңгелектердің қандай пайдалану қасиеттері болуы тиіс?

5. Кавитация деген не?

12-дәріс. Антифрикциялық және фрикциялық материалдар

Ішпектік қорытпалар

Ішпектік қорытпалар ішпектің салымдарын дайындауға арналған. Мұндай қорытпа жұмыс істеу шарттары бойынша қатты қоспалары енгізілген негізінде жұмсақ болуы керек. Қатты қоспалардың мөлшері көп емес болуы қажет және олар ішпекке түсетін күштің біркелкі таралуы және үйкелісті азайту мақсатында қатдененың көлемі бойынша біркелкі орналасуы керек. Салым жасалған қорытпа келесі қасиеттерге ие болуы қажет:

1. Болатты бетқабаты мен үйкеліс коэффиценті көп емес болуы керек ;

2. Үйкелетін екі бетқабаттың тозушылығы аз болуы керек ;

3. Қорытпа жеткілікті салыстырмалы қысымға шыдауы керек ;

4. Ішпекті қорытпаның балқу температурасы өте төмен болмауы керек

Өнеркәсіпте қалайы және қорғасын негізіндегі ішпектік қорытпалар (баббиттер) кең қолданыс тапты. Химиялық құрамына қарай барлық ішпектік қорытпаларды 3 топқа бөлуге болады 12.1- кесте:

1. Қалайы негізіндегі қорытпалар (Б89,Б83);

2. Қорғасын негізіндегі қорытпалар (БС, БК);

3. Қалайы-қорғасын негізіндегі қорытпалар (Б16, БН, БТ, Б6).

12.1-кесте. Негізі қорғасынмен қалайы болатын ішпекті қорытпалар

Топ	Қорытпа ентаңбасы	Химиялық құрамы, %
		Sb	Cu	Ca	Na	Fe	Sn	Pb
Қалайы-лы баббиттер	Б83	11	6	-	-	-	Қал-дық	-
Баббит-тер	Б89	7,7	3	-	-		Қал-дық	-
Қорғасын- қалайылы баббиттер	Б16 Бт БТ	16 15 5	2 0,9	-	-	0	16 10	Қал Қал
Қорғасын-ды баббиттер	БК	-	-	1	0,75	-	-	Қалдық