4 Завдання і порядок виконання роботи та оформлення звіту

4.1 Провести гартування зразків сплаву Д16.

4.2 Заміряти їх твердість після гартування.

4.3 Провести штучне старіння при температурі 100, 150, 250С на протязі 30 хв.

4.4 Заміряти твердість зразків після штучного старіння і записати дані вимірювання в таблицю 15.1.

Таблиця 15.1

№№ зразка	Режим термічної обробки		Твердість HRC
	Температура нагрівання, оС	Охолоджуюче середовище	Після гартування	Після старіння при температурі, оС
				100	150	250
1
2
3
4

4.5 Побудувати залежність зміни твердості сплаву від темпе­ратури старіння.

4.6 Вивчити під мікроскопом зарисувати мікроструктури сплаву Д16 після гартування та старіння.

4.7 Дати відповідь на контрольні запитання.

4.8 Зробити узагальнення результатів та висновків.

5 Контрольні запитання

5.1 На які групи діляться сплави на основі алюмінію?

5.2 В чому суть термічного зміцнення алюмінієвих сплавів?

5.3 В чому полягає механізм зміцнення сплавів шляхом старіння?

Робота № 16

Структура і властивості антифрикційних сплавів

1 Мета роботи

1.1 Ознайомитись із структурою і властивостями основних антифрикційних сплавів.

1.2 Засвоїти принцип роботи і створення антифрикційних матеріалів.

2 Прилади та технічні засоби навчання

2.1 Металомікроскоп.

2.2 Набір зразків (шліфів) антифрикційних матеріалів.

2.3 Альбом діаграм стану сплавів антифрикційних матеріалів.

3 Методичні вказівки до самостійної роботи

Опрацювати за підручником та конспектом лекцій з курсу “Матеріалознавство” розділ “Антифрикційні сплави”. Звернути увагу на теоретичні основи створення антифрикційних сплавів на основі заліза, міді, олова і свинцю, а також матеріалів, які отримують методом порошкової металургії.

До антифрикційних матеріалів (а їх ще називають підшипниковими сплавами) ставляться наступні вимоги:

1.Коефіцієнт тертя пари сталь – антифрикційний матеріал повинен бути низьким.

2. Поверхні тертя тіла і контртіла повинні мало зношуватись.

3. Антифрикційний матеріал повинен витримувати значні питомі навантаження.

Перша та друга вимоги задовольняються тоді, коли поверхні тертя розділені плівкою мастила. Коли структура антифрикційного матеріалу складається із твердих включень і м’якої основи, то після нетривалої роботи (“припрацьовуваності”) на її поверхні утворюється мікро­рельєф, в якому утримується мастильний матеріал, який відіграє роль складової цього сплаву.

В машинобудуванні в якості підшипникових матеріалів найширше застосування знайшли чавуни, бронзи, бабіти.

Чавунні підшипники виготовляють із сірого перлітного чавуну марки АЧС-1, АЧС-2, АЧС-3, де А – антифрикційний, Ч-чавун, С-сірий, а цифра означає порядковий номер. Чавун, який містить підвищену кількість фосфору ( 0,8-0,5% ) використовують для виготовлення поршневих кілець. Висока зносостійкість забезпечується металевою основою, яка складається із тонкого перліту і рівномірно розподіленої фосфідної евтектики при наявності ізольованих виділень пластинчастого графіту. Чавунні підшипники застосовують в парах тертя з малою швидкістю обертання при великих навантаженнях.

Бронзові підшипники виготовляють із олов’янистої і свинцовистої бронз. Завдяки неоднорідній структурі бронз ( у олов’янистої бронзи  -твердий розчин являє собою мягку основу, а евтектоїд + є твердими включеннями) мастильні матеріали добре утримуються на поверхні. Ці бронзи харак­теризуються високою міцністю, що позволяє застосовувати їх для виготовлення підшипників, які працюють за умов великих навантажень і швидкостей обертання вала.

Бабітові підшипники є найбільш вдалими для високо­оборотних валів. При цьому вони найкраще забезпечують збереження шийки вала, володіючи мінімальним коефіцієнтом тертя в парі із сталлю чи чавуном. Бабіти є сплавами на основі олова, свинцю, а також цинку і алюмінію.

На прикладі сплаву Pb-Sb розглянемо принцип форму­вання антифрикційного сплаву за правилом Шорті (пластична основа - тверді включення). На рисунку 16.1 приведена діаграма стану Pb-Sb з якої видно, що свинець і сурма утворюють евтектику, яка складається із  і - твердих розчинів. Вона і служить м’ягкою основою сплаву. Твердими включеннями тут служать кристали сурми. На практиці цей сплав має застосування із вмістом сурми від 16 до 20%. Свинець має твердість в межах 3 НВ, а сурма –30 НВ. Евтектика ( 13%Sb і 87%Pb) має твердість 7-8 НВ, тобто в чотири рази нижче за твердість сурми.

За таким принципом створюють складні бабіти. Так, бабіт Б83 на основі олова містить в собі 10-12%Sb та 5.5-6.5% Cu. На рисунку 16.2 приведена типова структура цього сплаву. На темному фоні твердого розчину розміщені кубічні включення сполук SnSb та менших розмірів неправильної форми сполуки Cu₃Sn.

За таким же правилом створені кальцієві бабіти БК, цинкові ЦАМ, алюмінієві АСС6-5, АСМ, АН2,5 та інші.

Методом порошкової металургії одержують метало­графітні антифрикційні матеріали на основі заліза та міді (в цьому випадку основою служить порошок бронзи). На основі заліза це такі сплави, як ЖГр-1, ЖГр-3, ЖГр-7, ЖГр2Д10, а на основі міді – Бр0Гр10-2, Бр0Гр8-4 та інші. В цих сплавах графіт служить твердим мастилом і в багатьох випадках не потребує змащування іншими мастильними матеріалами.

Рисунок 16.1 – Діаграма стану свинець-сурма

.

Рисунок 16.2 – Мікроструктура бабіту Б83. Х100 (Схема)