«Композиционные материалы с макрогетерогенной структурой для применения в тяжелонагруженных узлах трения»

«Композиционные материалы с
макрогетерогенной структурой для
применения в тяжелонагруженных
узлах трения»
доктор технических наук
А.С. Калиниченко,
Заместитель проректора по научно-исследовательской
части
Белорусский национальный технический университет
Минск 2010
Композиционные
материалы
с макрогетерогенной
структурой (КММС) были разработаны для тяжелых
условий работы (высокая удельная нагрузка при
одновременной
низкой
скорости
скольжения,
повышенная температура агрессивная рабочая среда и
т.д.), когда многие антифрикционные материалы не могут
успешно работать. Мы разработали новые составы
КММС на основе матрицы из цветных сплавов,
упрочненных гранулами из железоуглеродистых сплавов.
Многие антифрикционные материалы могут быть
заменены новыми материалами. Матрица из сплава
алюминий-кремний
(не травлено)
Бронзовая матрица
(не травлено)
Композиционные материалы с макрогетерогенной
структурой состоят из металлической матрицы,
упрочненной гранулами ( 0.5-1.5 мм), которые
равномерно распределены по объему матрицы.
Механические и физические свойства разработанных
композитов зависят состава компонентов и уровня
упрочнения. Строение макрогетерогенных композитов
близко к строению псевдосплавов. В зависимости от
технологии получения материалы характеризуются
матричной или каркасной структурой.
Производство КММС основано на литейной технологии. Как результат,
стоимость этих материалов ниже получаемых методами порошковой
металлургии.
Преимуществом
является
возможность
использовать
вторичных сплавов или отходы для синтеза разработанных композитов. Эта
особенность позволяет до 70% снизить потребление первичных сплавов.
Применяемая технология характеризуется большой гибкостью, позволяющей
производить детали сложной формы без ограничений
в
наружных
размерах. Другой привлекательной особенностью является способность
разработанных композитов формировать пленку трения, что резко снижает
износ узлов и повышает срок службы деталей.
a)
б)
Образование пленки трения на поверхности гранулы (a) и матрицы (б)
Механические свойства макрогетерогенных композитов
упрочненных гранулами из шарикоподшипниковой стали
(Vf=0,54-0,6)
Диаметр
гранул, мм
Прочность
на сжатие,
МПа
Нагрузка,
МПа
Прочность
на изгиб,
МПа
Ударная
вязкость,
МДж/м2
Бронзовая матрица SiЗMn1
0,63-1,00
680-690
98000
540-600
0,18-0,20
1,00-1,50
690-700
92000
580-660
0,15-0,16
1,50-2,00
680-700
81000
610-620
0,10-0,14
Бронзовая матрица Al9Fe4
0,63-1,00
670-690
96000
180-300
0,16-0,17
1,00-1,50
670-680
89000
180-190
0,13-0,14
1,50-2,00
680-690
84000
150-190
0,10-0,12
Некоторые свойства композитов на основе бронзовой
матрицы, упрочненной железоуглеродистыми гранулами
- Прочность на сжатие
до 1700 МПа
- Предел текучести
до 350 МПА
- Коэффициент трения (без смазки)
0,08-0,1
- Коэффициент трения с модифицированными
твердыми смазками
0,006-0,05
Разработанные
материалы
были успешно
применены
для
изготовления узлов трения паровых турбин с целью нормализации их
тепломеханического состояния. Разработанные материалы могут
эксплуатироваться до температуры порядка 500 ОС.
Детали, изготовленные из разработанных
композиционных материалов
Детали узла трения продольной
шпонки турбоагрегатов
Подшипники скольжения
Зубчатые колеса
Сферический подшипник скольжения
для опоры вертикального вала