Влияние качества материала на износ деталей
Металлы, их сплавы и антифрикционные материалы, применяемые для изготовления деталей машин, обладают различной износостойкостью.
Процессы изнашивания, происходящие на сопряженных поверхностях, и скорость их протекания в той или иной мере зависят от физико-механических свойств материала деталей.
Эти свойства определяют характер и интенсивность пластических деформаций, скорость окислительных процессов, стойкость против тепловых воздействий и.т.д.
При восстановлении изношенных деталей или изготовлении новых взамен вышедших из строя необходимо учитывать не только показатели прочности, коррозионной устойчивости, жаропрочности материала, но и износостойкость. Самым распространенным показателем, характеризующим стойкость деталей против износа, является их твердость.
Исследования проф. М. М. Хрущова и М. А. Бабичева позволили установить ряд закономерностей зависимости величины износа от твердости металлов и сплавов в условиях абразивного изнашивания, позволяющих сделать вывод, что .износостойкость чистых металлов и незакаленных сталей при абразивном изнашивании повышается пропорционально их твердости. Износостойкость сталей в термически обработанном состоянии при абразивном изнашивании повышается с увеличением твердости, но менее интенсивно, и зависит от твердости, химического состава и структуры металла.
Увеличение углерода в сталях или легирующих карбидообразующих элементах приводит к уменьшению абразивного износа. Основными легирующими элементами, оказывающими положи- тельное влияние на сопротивляемость сталей износу, являются хром, марганец, никель, вольфрам и молибден.
Марганцовистые стали более устойчивы против износа, чем хромистые. Марганцовистая сталь Г-13Л (состава С-1 — 1,3%, Mn= — 11 — 14%) применяется в таких деталях строительных машин, как звенья гусениц тракторов и экскаваторов, дробящие плиты в дробильных машинах, рабочие органы землеройных машин и др., так как хорошо противостоит абразивному изнашиванию.
Никель оказывает незначительное влияние на износостойкость стали, но в сочетании с хромом применяется в большинстве сталей ответственного назначения, поскольку он повышает прокаливаемость стали и ее вязкость.
Вольфрам и молибден повышают износостойкость сталей, однако, являясь весьма дорогостоящими легирующими элементами, используются в качестве присадок только в тех случаях, когда это оправдано ответственным назначением деталей.
Повышение твердости металла и сопротивляемости изнашиванию может быть достигнуто с помощью различного вида дополнительных обработок: закалки, цементации, азотирования, хромирования и т. д.
Большое количество деталей строительных машин изготовляется из чугуна. Менее ответственные детали изготовляют из обычных литейных чугунов, а более ответственные — из легированных. Многие сорта чугуна используются в качестве антифрикционных материалов.
Наличие в чугуне включений графита оказывает на износ двоякое влияние. Способность графита адсорбировать смазку лучше, чем основная металлическая масса, является положительным его свойством. Это свойство особенно ценно для деталей, работающих в условиях несовершенной смазки. Графит также сам по себе служит хорошей смазкой. С другой стороны, повышенное содержание графита в чугуне оказывает ослабляющее действие, что может вызвать более легкий отрыв частичек металла при трении, т. е. более интенсивный износ трущихся поверхностей. Поэтому, с точки зрения износостойкости, основное значение имеет не количество графита, а форма и расположение его включений. Менее всего ослабляют прочность основной металлической массы округлые или шарообразные включения графита. Такие чугуны получают модифицированием.
Наиболее износостойкими считаются чугуны с содержанием никеля 1,2 — 1,5% и хрома 0,4 — 0,5%. Никель в таких чугунах способствует графитизации чугуна и измельчению перлита и графита, а хром, образуя карбиды, оказывает на чугун упрочняющее воздействие. Износостойкость чугунов может быть повышена в 2 — 3 раза при их закалке, которая производится так же, как и закалка стали.
Большое количество втулок и вкладышей строительных машин, работающих в условиях трения скольжения, изготовляют из цветных металлов. Необходимо, однако, помнить, что цветные металлы относятся к дефицитным и дорогостоящим материалам, поэтому их применение может быть оправдано только в тех случаях, когда по условиям работы они не имеют полноценных заменителей.
Антифрикционные подшипниковые сплавы подразделяют на следующие группы: а) оловянистые и свинцовистые баббиты; б) оловянистые и свинцовистые бронзы; в) подшипниковые сплавы на алюминиевой и цинковой основе.
Антифрикционность баббитов объясняется тем, что в основной вязкой массе олова или свинца расположены микроскопически малые твердые кристаллы соединений свинца и олова с сурьмой и медью. При таком строении сплава мягкая основа будет изнашиваться сильнее и поверхность ее понизится в сравнении с твердыми структурными составляющими, поддерживающими вал. Образовавшиеся впадины заполнятся маслом, которое, циркулируя по ним, обеспечит трущимися поверхностями. охлаждение. трущихся поверхностей и низкий коэффициент трения.
Помимо антифрикционных свойств баббиты обеспечивают легкую приработку деталей друг к другу, мало изнашиваются и обладают способностью поглощать абразивные частицы, загрязняющие смазку. Последнее обстоятельство часто заставляет производить замену вкладышей не вследствие износа баббита, а вследствие его насыщения продуктами износа, которые вызывают быстрое изнашивание сопряженной детали.
Баббиты широко применяются для заливки шатунных и коренных тонкостенных вкладышей автомобильных и тракторных двигателей, подшипников локомобилей, компрессоров, металлообрабатывающих станков, центробежных насосов и дробилок. При условии правильного выбора марки баббита, применении качественных масел и соблюдении требуемых зазоров износостойкость баббитов очень высока. Нередко разрушение баббита вызывается его усталостью или некачественной заливкой. В левом случае на поверхности баббита образуется сетка трещин, приводящая при длительной работе к отслаиванию и выкрашиванию баббита.
В качестве заменителей баббитов применяют свинцовистую бронзу, состоящую из твердой основы и вкрапленных в нее мягких зерен. Такая бронза обеспечивает медленное изнашивание при сравнительно небольшом коэффициенте трения, работая при температурах, вдвое больших, чем баббит. Меньшая, чем у баб- битов, прирабатываемость свинцовистой бронзы требует тщательной подгонки соединений при монтаже и более обильной (принудительной) смазки. Подшипники, залитые свинцовистой бронзой, не пришабривают, а отделывают чистовой расточкой. Наиболее часто для подшипников и втулок, работающих при больших скоростях, применяют бронзу БрСЗО. При этом сопрягаемый вал должен быть термически обработан, а его рабочая поверхность тщательно отшлифована.
Применение оловянистых.бронз ограничено из-за высокой стоимости и наличия полноценных заменителей: алюминиевых бронз АСМ, Бр. АЖ 9 — 4, Бр. АЖН —.4 — 4, алюминиево-медного сплава АМ8, алюминиево-медно-кремнистого сплава АМК-2 — аль- кусина и сплава на цинковой основе марки ЦАМ-10-5.
Цинковые сплавы примерно вдвое дешевле бронзы, расход их по весу на 40% меньше за счет разницы в плотности (бронза— 8,7 г/см~, ЦАМ — 6,3 г/см~). По своей структуре эти сплавы напоминают баббиты, применяются для заливки вкладышей подшипников и втулок, работающих как при спокойных, так и при ударных и вибрационных нагрузках. Они способны выдерживать значительные давления, обладают высокими механическими и антикоррозионными свойствами, повышенной усталостной прочностью, большой теплопроводностью и небольшим удельным весом.
Существенным недостатком этих сплавов является то, что они прилуживаются к чугунному или стальному телу вклады плохо прилуживаются поэтому усилие сцепления сплава с внутренней поверхностью вкладыша часто осуществляется механическим креплением типа «ласточкин хвост». Кроме того, при их применении необходимо добиваться тщательной обработки вала и вкладыша и применять добиваться увеличенные зазоры из-за высокого коэффициента термического расширения (в 2 раза большего, чем у стали). 3а последние годы широкое распространение получили антифрикционные материалы, изготовляемые путем брикетирования металлической стружки с графитом. Такие материалы изготовляются на железной и на бронзовой основе, они с успехом исполь- зуются для изготовления подшипников. Для получения графитизированных материалов дроблением металлической стружки подготавливается порошок, к которому добавляется до 3% графита. Полученная смесь спрессовывается под высоким давлением с одновременным приданием порошку формы изделия. Образующаяся при этом пористость улучшает условия смазки и прирабатываем ость подшипника. Втулки, изготовленные таким путем, незаменимы в тех случаях, когда по условиям эксплуатации невозможно обеспечить регулярную подачу масла в подшипник.
Быстро развивающаяся химическая промышленность нашей страны создает новые заменители антифрикционных материалов — пластические массы (древопластики, текстолит, капрон и др.).
Большим преимуществом вкладышей и втулок из пластмасс являются:
- высокая износостойкость, примерно в 2 — 3 раза большая, чем металлических;
- способность вкладышей «впитывать» в себя инородные включения, что предохраняет шейки вала от порчи; это свойство особенно ценно для успешной работы подшипников машин, установленных в сильно запыленных помещениях (бетономешалки, камнедробилки, мельницы, барабанные сита и т. д.);
- возможность в качестве смазки применять воду и эмульсии, что является большим преимуществом в тех случаях, когда трудно предотвратить попадание воды к поверхности скольжения. Эти особенности подшипниковых материалов из пластических масс должны обеспечить широкое внедрение их в конструкции строительных машин.
|
Машина как дорогая женщина, требует особого внимания. Любит, чтобы за ней ухаживали, постоянно чистили и мыли и «не спускали с нее глаз». Подробнее... 
Как говорят водители, самое неприятное, что может случиться на дороге, оказывается не пробой колеса или разбитие стекла, а встреча с сотрудником... Подробнее...