Исследование триботехнической работоспособности вторичных бронзовых материалов

Язык труда и переводы:
УДК:
620.178.169
Дата публикации:
27 мая 2022, 13:20
Категория:
Инновационные технологии ремонта, реновации и восстановления в машиностроении
Аннотация:
Рассмотрены покрытия, полученные бронзовыми электродами методом электроискровой обработки. Исследованы триботехнические свойства таких покрытий на специальном оборудовании. Установлено, что покрытия из вторичной бронзы почти не уступают по своим характеристикам стандартным материалам. Дано обоснование применения порошков цветных металлов и сплавов, полученных из отходов машиностроительных производств методом электроэрозионного диспергирования, в технологиях ремонта и восстановления деталей.
Ключевые слова:
электроэрозионное диспергирование, электроискровая обработка, покрытие вторичной бронзой, износостойкость, триботехнические характеристики
Основной текст труда

Введение

Известно, что детали современных машин и механизмов выбраковывают при очень малых износах. Одной из особенностей автомобильной техники является применение в их конструкциях достаточно большого количества деталей из цветных металлов и сплавов, так как они обладают высокими антифрикционными свойствами, коррозионной стойкостью, выдерживают значительные удельные нагрузки и высокие скоростные режимы. Чаще всего это бронзовые подшипники скольжения типа «втулка».

За последние 10 лет были предложены технологии восстановления деталей с применением металлических порошков. Они успешно применяются при плазменной, газопорошковой наплавке, электродуговой наплавке, наплавке ленточными порошковыми электродами и т. д. Среди известных ремонтных технологий восстановления бронзовых деталей практически нет технологий с использованием металлических порошков из цветных металлов, особенно с применением электрических процессов.

На сегодняшний день стоимость металлических порошков (особенно с хорошими физико-химическими характеристиками) очень высока, что связано с энергозатратностью методов их получения.

Решить данную проблему помогает рециклинг металлических отходов. Наиболее перспективным и энергоэффективным способом переработки отходов машиностроительных производств, в том числе и из цветных металлов и сплавов, является метод электроэрозионного диспергирования (ЭЭД) [1]. Однако вопросы применения подобных материалов в технологиях ремонта и восстановления деталей еще мало изучены. Наиболее удачными, с точки зрения применения в ремонтном производстве, являются электродуговые способы нанесения покрытий, в частности, электроискровая обработка (ЭИО) [2] с предварительным брикетированием, спеканием и получением из порошков электродов.

Следует отметить, что триботехнические свойства «вторичных» порошковых цветных материалов, также как и спеченных из них электродных материалов, при использовании в технологиях восстановления и упрочнения деталей еще мало изучены. Поэтому исследование триботехнических свойств электроискровых бронзовых покрытий, сформированных из вторичных цветных сплавов, является актуальной задачей.

Материалы и методы

Сравнительные триботехнические исследования проводились для покрытий из бронз марки БрАЖ9-4 и из вторичной бронзы, полученной по технологии искрового плазменного спекания порошка, диспергируемого в дистиллированной в воде (ИПС-бронза).

В основе спекаемого порошка — отходы бронзы марки БрАЖ9-4, составляющие до 95 % от общего состава, остальное — примеси меди марки М1 и бронзы марки БрКМц3-1 с размерами частиц 0,071 мм и менее [3]. В порошке превалируют частицы, имеющие правильную сферическую или эллиптическую форму, образующиеся при кристаллизации расплавленного материала [4].

Образцы-диски, используемые для исследования триботехнических свойств металлопокрытий, изготовлялись из стали 40Х диаметром 50 мм и толщиной 5 мм. На них наносились покрытия в виде дорожек методом ЭИО. Обработка велась электродами из бронзы марки БрАЖ9-4 и ИПС-бронзы на оптимальных режимах наплавки, по массопереносу, приросту толщины покрытия, скорость переноса материала [5, 6]. Затем покрытия шлифовались до получения шероховатости Ra 1,6…3,2.

В качестве контртела выбран шарик диаметром 6 мм из стали 100Cr6.

Износостойкость покрытий оценивалась по ГОСТ 23.224–86, прирабатываемость сопряжений — в соответствии с РД 50-662–88 [7].

Износные испытания металлопокрытий проводились по схеме «круговое движение», по которой образец с покрытием в виде диска вращался с заданной скоростью, а по нему скользил индентор-контртело в виде шарика.

Среда испытаний: влажность — 45–50 %, температура окружающего воздуха – 23–25 ̊С, испытания проходили в условиях граничного (масло М-10Г2к) и сухого трения со скоростью относительного скольжения 0,2 м/с.

В работе использовалось следующее оборудование: установка ЭИО «Вестрон», трибометр «TRB-S-DE».

Результаты и обсуждение

Триботехнические исследования сопряжений «образец-диск с покрытием ЭИО электродом БрАЖ9-4 + шариковый индентор Сталь 100Cr6» и «образец-диск c покрытием ЭИО электродом ИПС-бронзы + шариковый индентор Сталь 100Cr6» проводились в несколько этапов. Первый этап предусматривал испытания данных сопряжений на прирабатываемость при ступенчатом повышении нагрузки в условиях сухого и граничного трений. Время, при котором сопряжение находилось под определенной нагрузкой выбиралось с учетом стабилизации коэффициента трения, было одинаково и составляло около 6 минут.

Результаты испытаний исследуемых сопряжений на прирабатываемость показали, что сопряжения с ИПС-бронзой в сравнении с бронзой БрАЖ9-4 в условиях сухого трения имеют показатель прирабатываемости выше в 1,78 раза, а максимальную несущую способность в 1,09 раз.  В условиях граничного трения сопряжения с ИПС-бронзой в сравнении с бронзой БрАЖ9-4 имеют показатель прирабатываемости меньше в 0,94 раза, а максимальную несущую способность меньше в 0,74 раза. То есть, покрытия с ИПС-бронзой в сравнении с бронзой БрАЖ9-4 лучше прирабатываются и менее склонны к заеданию при работе в условиях сухого трения. При работе в условиях граничного трения показатель прирабатываемости исследуемых сопряжений с ИПС-бронзой в сравнении с бронзой БрАЖ9-4 меньше в 0,94 раза (что практически сопоставимо с БрАЖ9-4), а максимальная несущая способность — меньше в 0,74 раза. Небольшое снижение показателя приработанного сопряжения указывает на склонность к заеданию сопряжений с ИПС-бронзой в сравнении с БрАЖ9-4 в условиях граничного трения.

Длительные испытания на износостойкость исследуемых сопряжений при оптимальных нагрузках, соответствующих минимальному коэффициенту трения, при установившемся режиме трения приработанного сопряжения показали, что фактор износа у сопряжений после ЭИО ИПС-бронзой  при работе в условиях сухого трения в 1,94 меньше, чем у сопряжений с покрытием БрАЖ9-4, а в условиях граничного трения — в 1,29 раза выше.

Заключение и выводы

Экспериментальные исследования показали высокие показатели триботехнических свойств электроискровых покрытий с электродами из спеченных вторичных материалов для сопряжений, работающих в условиях сухого трения, не уступающие показателям искровых покрытий с электродами БрАЖ9-4. То есть переработка порошковых материалов, в том числе для спекания электродов, с помощью электроэрозионного диспергирования открывает большие возможности для получения нового сырья, используемого в технологиях восстановления и упрочнения деталей различной техники.

Незначительное увеличение комплексного показателя коэффициента износа сопряжений после ЭИО ИПС-бронзой по сравнению с сопряжениями с покрытием БрАЖ9-4, то есть ухудшение испытанных в условиях граничного трения триботехнических свойств, скорее всего, связано с выбором смазки, режимов спекания порошковых материалов, подбор материала контртела в комплексе и др. Решение этих вопросов определяет направления дальнейших экспериментальных исследований.

Литература
  1. Латыпов Р.А., Агеев Е.В., Денисов В.А., Латыпова Г.Р. Рециклинг отходов твердых сплавов для восстановления и упрочнения изделий. Курск, Университетская книга, 2017, 184 с.
  2. Верхотуров А.Д., Иванов В.И., Дорохов А.С., Коневцов Л.А., Величко С.А. Влияние природы электродных материалов на эрозию и свойства легированного слоя, Критерии оценки электроискрового легирования. Вестник Мордовского университета, 2018, т. 28, № 3, с. 302–320. https://doi.org/10.15507/0236-2910.028.201803.302-320
  3. Латыпов Р.А., Агеев Е.В., Хардиков С.В., Денисов В.А., Алтухов А.Ю. Рентгеноспектральный микроанализ спеченной стали из порошка, полученного электроэрозионным диспергированием отходов стали ШХ15. Электрометаллургия, 2017, № 2, с. 37–40.
  4. Романов И.В., Задорожний Р.Н. Выделение мелкодисперсной фракции порошков, полученных методом электроэрозионного диспергирования. Технический сервис машин, 2020, № 3 (140), с. 119–127. https://doi.org/10.22314/2618-8287-2020-58-3-119-127
  5. Романов И.В., Задорожний Р.Н. Выбор режимов электроискровой обработки для электродов из спеченной бронзы. Научно-технический вестник Брянского государственного университета, 2021,№ 1, с. 96–106.
  6. Величко С.А., Кравченко И.Н., Мартынов А.В., Мартынова Е.Г. Формирование толстослойных электроискровых покрытий повышенной контактной сплошности. СТИН, 2021, № 4, с. 29–32.
  7. Рещиков Е.О., Романов И.В., Задорожний Р.Н. Повышение надежности узлов трения, изготовленных из титановых сплавов. Технический сервис машин, 2021, № 1 (142), с. 100–106. https://doi.org/10.22314/2618-8287-2021-59-1-100-106
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.