- •1. Порошковые материалы
- •Общие сведения
- •Конструкционные материалы
- •Механические свойства и назначения порошковых конструкционных общемашиностроительных материалов
- •Механические свойства и назначение порошковых материалов и сплавов цветных металлов
- •1.3. Антифрикционные материалы
- •1.4. Фрикционные материалы
- •1.5. Пористые фильтрующие элементы
- •1.6. Композиционные материалы
- •1.6.1. Общие сведения
- •1.6.2. Строение композиционных материалов
- •1.6.3. Дисперсно-упрочненные материалы
- •1.6.4. Армированные волокнистые материалы
- •Композиция «алюминий – металлическая проволока»
- •1.6.5. Металлокерамические твердые сплавы
- •Неметаллические материалы
- •Строение и свойства полимеров
- •Особенности строения полимеров
- •2.1.2. Свойства линейных полимеров
- •2.1.3. Свойства полимеров сетчатой структуры
- •2.2. Пластические массы
- •Механические свойства термопластических пластмасс
- •2.2.1. Термореактивные пластмассы
- •Механические свойства материалов на основе фенолформальдегидной смолы (с органическим наполнителем)
- •Механические свойства высокопрочных стеклотекстолитов
- •Примечание. Данные прочности по основе помечены звездочкой (*), в направлении перпендикулярно слоям – двумя звездочками (**).
- •2.2.2. Синтетические эластомеры, каучук, резина
- •Физико-механические свойства каучуков и резин
- •2.2.3. Рекомендации по использованию пластмасс в машиностроении
- •2.3. Стекло
- •Свойства некоторых промышленных стекол и ситалла
- •2.4. Керамические материалы
- •2.5. Полупроводниковые материалы
- •Библиографический список
- •1. Порошковые материалы 4
- •1.1. Общие сведения 4
- •1.6.1. Общие сведения 19
- •2.3. Стекло 63
- •2.4. Керамические материалы 67
- •2.5. Полупроводниковые материалы 75
Механические свойства и назначение порошковых материалов и сплавов цветных металлов
Марка материала |
Механические свойства |
Области применения |
||
σв, МПа |
δ, % |
KСU, МДж/м2 |
||
АлПМг6Г4-4 |
500 |
5 |
0,08 |
Крепежные детали, детали приборов, детали для химического и пищевого машиностроения. Детали приборов судостроения, гайки, втулки, червячные винты, фильтры, подшипники. Компрессорные диски, шестерни, трубчатые фильтры, крепеж, шатуны, лопатки турбин, коленчатые валы |
АлПМг6-4 |
300 |
15 |
0,15 |
|
БрПО-4 |
300 |
15 |
0,15 |
|
ЛП80-4 |
200 |
25 |
0,50 |
|
ТПАл4-4 |
650 |
8 |
0,15 |
|
ТП-4 |
500 |
20 |
0,50 |
|
ТГШ6М2-4 |
900–1000 |
16–18 |
0,30 |
Перспективно использование порошков титана и его сплавов для изготовления тяжело нагруженных деталей. Высокие механические свойства порошковых изделий на основе титана (σв = = 650900 МПа, δ = 816 %) позволили применить их для изготовления шатунов автомобильных двигателей. Это дало возможность существенно уменьшить массу машины, снизить инерционные силы и повысить мощность двигателя. Из порошков титана организовано серийное производство деталей типа втулок, крышек, труб для химического и пищевого машиностроения, приборостроения и др.
1.3. Антифрикционные материалы
Для изготовления подшипников скольжения, уплотнений, подпятников, наряду с литыми сплавами (бронзы, баббиты и чугуны) используют антифрикционные материалы, изготовленные методом порошковой металлургии. Они создаются на основе меди или железа и в своем составе содержат вещества типа твердых смазок (графит, сульфиды и др.), что обеспечивает им заданные механические и эксплуатационные свойства.
Антифрикционные порошковые материалы характеризуются низким коэффициентом трения, хорошей износостойкостью, способностью легко прирабатываться к валу и выдерживать значительные нагрузки. Они обладают рядом преимуществ по сравнению с обычными антифрикционными материалами. Их износостойкость в несколько раз выше, чем износостойкость бронз и баббитов. Они работают при более высоких скоростях и давлениях. Наличие в структуре пористости, регулируемой в широких пределах (до 35 %), позволяет предварительно пропитывать их смазочными маслами. Во время работы по мере нагревания масло, удерживаемое в порах и мельчайших каналах материала капиллярными силами, постепенно вытесняется наружу и образует смазочную пленку на рабочей поверхности. При остановке и последующем охлаждении подшипника масло частично всасывается обратно в поры. Поэтому пористые подшипники могут работать длительное время без дополнительной смазки. Эффект самосмазываемости в пропитанных маслом пористых подшипниках, без подвода смазки извне, может сохраниться в течение 3000–5000 ч.
Композиционные антифрикционные порошковые материалы позволяют иметь равномерно распределенные включения из веществ, играющих роль твердой смазки. К таким веществам относятся графит, сульфиды, пластмассы и некоторые другие соединения.
Такие материалы имеют сравнительно низкий коэффициент трения при работе без жидкой смазки (в режиме сухого трения). Сочетание повышенных антифрикционных свойств твердых смазок и пластмасс со свойствами металлов позволяет получать материалы, способные работать в воде, в агрессивных жидкостях, в бензине, в различных газовых средах, в вакууме, а также в условиях высоких и низких температур.
Порошковые антифрикционные материалы могут представлять собой каркасные конструкции, в которых каркас выполнен из прочного материала, а промежутки заполнены более мягким. Наоборот, можно иметь мягкую матрицу с равномерно распределенными твердыми включениями разной степени дисперсности, повышающими работоспособность подшипников. Эти особенности позволяют осуществлять направленное регулирование свойств порошковых антифрикционных материалов применительно к конкретным условиям эксплуатации.
Широко используют следующие основные группы порошковых антифрикционных материалов.
Антифрикционные материалы на основе железа содержат графит, молибден, сульфиды, серу и т. д., что обеспечивает им заданную прочность, твердость, структуру и эксплуатационные свойства. Для работы в условиях трения без смазки или ограниченной смазки при высоких скоростях, повышенных нагрузках и температурах применяется железографитовый материал ЖГр3ЦС4 (графит – 3 %, цинк сернистый – 4 %). Износостойкость подшипников из такого материала в 3–10 раз больше, чем из литых бронз или баббитов. Высоколегированный железографит марки ЖГр3М15 (графит – 3 %, молибден – 15 %) применяется для работы в режиме самосмазывания, при трении без смазки на воздухе, при температурах до 250–400 °С. Его износостойкость вдвое больше, чем сульфидированных железографитовых материалов. Он находит применение в подшипниках скольжения электрооборудования, в узлах трения компрессоров.
Высокие характеристики приобретает металлографит при введении его в состав стеклопорошка в количестве 5–10 %. Коэффициент трения уменьшается почти в два раза при одновременном увеличении допустимой рабочей температуры. На рис. 3 приведена зависимость долговечности подшипников из обычного железографита и того же материала со стеклопорошком от давления. Железографит со стеклопорошком применяют в узлах трения, работающих при высоких нагрузках, в условиях глубокого вакуума и при воздействии коррозионных сред. Бронзографитовые материалы БрО(8–10)Гр(2–4) (олово – 810 %, графит – 24 %) применяют при работе во влажных и слабоагрессивных средах. По сравнению с подшипниками из железографита, подшипники из бронзографита допускают меньшие удельные механические и тепловые нагрузки.
Сульфидированные и сульфоборированные антифрикционные материалы на основе порошков коррозионно-стойких сталей марок 10Х23Н18Н15, 08Х18Н9, 14Х17Н2 отличаются высокой коррозионной стойкостью, прочностью и жаропрочностью и применяются для изготовления подшипников, работающих в воде, в агрессивных жидких и газовых средах, в условиях сгорания топлива при повышенных температурах.
Металлопластмассовые антифрикционные материалы представляют собой высокопористый металлический каркас из бронзы, железа, коррозионно-стойкой стали и т. д., пропитанный фторопластом или пластмассой другого вида. Сочетание повышенных антифрикционных свойств пластмасс со свойствами металлов позволяет получать материалы, способные работать в вакууме, в различных газовых средах, в воде, в агрессивных жидкостях, в бензине, некоторых кислотах, а также в условиях низких температур. Для повышения антифрикционных свойств к этим материалам добавляют тонкие порошки свинца, сульфидов, молибдена, стекловолокна и т. д. Эти наполнители выполняют роль сухой смазки и упрочняют пластмассовый слой. Металлопластмассовые подшипники работают без смазки при температурах от +280 до –200 °С.
Внедрение порошковых подшипников повышает надежность и долговечность работающего оборудования, снижает трудоемкость процесса их изготовления, позволяет уменьшить отходы металла в стружку, обеспечивает экономию дефицитных цветных металлов и сплавов.