Способы дополнительного повышения износостойкости

 

Лазерная обработка:

- лазерная закалка – 7-8 Вт/см³, f_тр – min, снижена в 6-10 раз! – лазерная наплавка;

- лазерное легирование – присадка фольги (Si, C, B, Ti, V), НВ ~ 15000-17000, восстанавливается изнашиваемый объем + высококачественная твердость поверхности.

 

Антифрикционные материалы

 

Для изготовления подшипников, опор скольжения, для сложных высокоскоростных валов (турбин, электродвигателей), нельзя применять подшипники качения из-за трения.

Требования:

1) min коэффициент трения на валу, min 3 контакта с валом, легкая подача смазки, быстрый отвод продуктов износа

2) min износ в точках контакта, высокая твердость;

3) легкая прирабатываемость – min НВ;

4) отсутствие схватывания – мягкие Ме (Cu, Sn, Pb), А-Ф всегда состоят из разнородных мягких и твердых фаз.

 

Материал выбирают по f_тр и по р, V_уд, где р – давление вала:

1) мягкая матрица и твердые включения, твердая матрица и мягкие включения:

баббиты Sn или Pb – Sn+8Sb+3Cu+Cd, f_тр ~ 0,005,

баббиты размягчаются при 100°С, используются как вкладыши опоры в цельном методе заливки;

 

2) Cu + 30% Pb (твердый материал + включение)

Бронза: f_тр ~ 0,008, высокоскоростные валы электродвигателей, из-за высокой теплопроводности серый чугун.

 

Глава 5. Материалы с особыми технологическими свойствами

 

Стали с высокой технологичностью

 

1. С улучшенной обработкой резанием

 

Требования:

1) min нагрузка на инструмент, Н_детали << Н_{инструмента}

НВ и %С – min, ТО – отжиг.

Примечание: Е ―› min ―› max J (48 – ОЦК, 12 – ГЦК);

 

2) max теплопроводность, %l – min, % легирующих элементов ―› 0;

 

3) отсутствие налипания на инструмент – низкая пластичность.

 

Итог: в нелегированные стали с min %C для уменьшения пластичности добавляют повышенное содержание вредных примесей.

Автоматные стали

- сернистые А12, А20 (%S до 0,35, %Р до 0,15);

- свинцовые АС14 (%Pb до 0,14).

Для ТО не годны, это такие детали, как болты, шпильки.

V точения 20000 м/мин, самая крупная обработка у сталей аустенитного класса.

 

1. Стали с высокой технологической пластичностью для обработки давлением

 

Легче работают стали в нагруженном состоянии, применяется горячая обработка давлением:

- нагреть до аустенитной области;

- t_диф ―› t_рекр

Специальные стали необходимы для деформирования тонких сечений, где неизбежна холодная деформация.

Холодная обработка давлением

δ ~ 35-40%, ψ ~ 60-65%, σ_т/σ_В ~ 0,5-0,6.

ТО – рекристаллизационный отжиг 650-690°С + быстрое охлаждение, σ_В зоны сварки ≥ 0,8 σ_т.

 

1. Стали с улучшенной свариваемостью

 

Нет трещин и других дефектов

всегда действует растягивающее напряжение из-за термического сжатия соседних областей.

«Горячие» трещины: возникают в момент образования первых перемычек в зоне сварки. Их опасность уменьшится, если у стали более низкий интервал температур кристаллизации.

«Холодные» трещины: при охлаждении в момент прохождения трещины интервал температур М_Н и М_К если сталь может подкаливаться при охлаждении на воздухе – опасность холодных трещин меньше, если сталь нелегированная.

Ст 1-4, 09Г2С, 14Г2АФ

 

1. Стали с улучшенными литейными качествами

 

Хорошие литейные качества:

1) отливка должна иметь химический состав, одинаковый по всему объему

2) max жидкотекучесть;

3) Ме должен принимать заданную форму и быть плотным внутри (без пор)

Самые лучшие литейные качества имеют эвтектические сплавы – чугуны.

Среди сталей лучшие литейные качества у низкоуглеродистых (более узкий интервал кристаллизации). Самые технологичные низкоуглеродистые стали 20Л, 30Л.

 

Медь и ее сплавы

 

1. Физико-химические свойства меди

 

t_{пл. Cu} = 1083°С, ГЦК-решетка, Е ~ 125000 МПа, плотность d ~ 8,9 г/см³;

t_{пл. Fe} = 1539°С, Е ~ 210000 МПа, плотность d ~ 1.8 г/см³.

 

Медь немагнитный Ме, электропроводность σ отличная (2-е место после Ag).

ρ_Cu = 1/σ_Cu = 0.017 мкОм●м;

ρ_Ag = 1/σ_Ag = 0.015 мкОм●м.

 

Теплопроводность λ отличная:

λ_Cu = 400 Вт/м●град;

λ_Аg = 420 Вт/м●град.

Теплопроводность резко ухудшается при введении любых легирующих элементов.

Маркировка:

- дорогая медь:

М 000 – 99.999%;

М 00 – 99.99%;

- техническая медь:

М 1 – 99.9%;

М 2 – 99.7%

М 3 – 99.5%.

Медь имеет очень высокую коррозионную стойкость. Стоит и в атмосфере и в морской воде. Это полублагородный Ме.

Не схватывается со сталью и чугуном.

 

2. Механические свойства меди

 

После отжига:

 

σU (σB), МПа	σ0,2, МПа	ψ, %	δ, %	НВ

По сравнению с Fe медь мене прочна, более пластична: σ_0,2/ σ_U = 1/3 – высочайшая технологическая пластичность.

 

3. Технологические свойства

 

● технологическая пластичность отличная, легко деформируется в холодном состоянии вплоть до фольги;

● обрабатываемость резанием удовлетворительная (улучшается путем добавления Pb);

● свариваемость плохая (Si), но паяется хорошо;

● литейные качества (Sn).

 

 

Применение:

- электротехнические цели;

- теплообменники и радиаторы.

 

4. Сплавы меди

 

1) латуни – Cu+Zn (двойные), Cu+Zn+лег.эл. (легированные латуни);

2) бронзы – Cu+Sn (оловянные), Cu+Al (алюминиевые), Cu+Si (кремниевые), Cu+Be (бериливые), Cu+Pb, Cu+Cr. Также все это может быть с лег.эл. (Fe, Ni, Zn, P);

3) декоративные и специальные – Cu+Ni+ лег.эл. – мельхиор, монеты, детали для реостатов.

 

Обозначения:

Sn (О), Zn (Ц), Pb (С), Si (К), P (Ф), Al (А), Fe (Ж), Ni (Н), Mn (Мц), Be (Б).

4.1. Латуни

Латуни Cu+Zn – двойные (δ до 41%)

Маркировка:

- однофазные Cu+Zn (%Zn ≤ 30-32), Л96, Л90, Л85, Л68, это очень пластичный материал, идет на изготовление деталей методом пластической деформации (обработка давлением);

- двухфазные Cu+Zn (%Zn ~ 33-41), Л62, Л60, Л59, это самые дешевые латуни, прочность высокая, а пластичность низкая (обработка резанием)

 

Легированные латуни

Маркировка:

- деформируемые ЛАЖ(все лег.эл.) 60(%Cu)-1(%Al)-1(%Fe)

ЛС59-1, ЛК80-1;

- литейные ЛЦ30А3.

 

Латуни – хороший конструкторский материал, но у них низкая прочность.

 

4.2. Бронзы

1) деформируемые

Маркировка:

БРОЦС-4(Sn)-4(Zn)-2,5(Pb)

Подряд все литейные элементы;

2) оловянные (Sn ≤ 12%)

- пружинные: Бр09-6,5-0,15 – деформация (50-70%) + рекристаллизационный отжиг 250-280°С,

- отливки: Бр06Ц6С1, усадка 0,8%, художественные литье

- А-Ф материалы: Бр05Ц5С5 (мягкая матрица + твердые включения);

3) алюминиевые (Al до 9%)

БрА7 – для холодной штамповки, БрА9Ж3 – технологическое литье (гребные винты), БрАЖ9-4 – деформируемые (для вакуумной техники), σ_U ~ 700 МПа;

4) бериллиевые

БрБ2 – закалка + старение (σ_U ~ 1200МПа), закалка + деформация + старение (σ_U ~ 1400 МПа)

Самые прочные медные сплавы, самые лучшие материалы для пружин (измерительных), для искробезопасного элемента (токсичен);

5) свинцовые

БрС30, Pb ~ 30%, наилучший А-Ф материал (твердая матрица + МКМ включения).

 

Итог:

Медные сплавы имеют ценное сочетание свойств, однако, это дорогой и тяжелый конструкционный материал, применяется там, где незаменим:

1) теплообменники (теплопроводность);

2) пружины (немагнитность + коррозионная стойкость);

3) детали судостроения (немагнитность + коррозионная стойкость + литейные качества);

4) художественные цели (коррозионная стойкость + литейные качества);

5) зубчатые, червячные передачи;

6) А-Ф материалы (не схватывается со сталями и чугунами).