Вдосконалення технології виготовлення матеріалів триботехнічного призначення із відходів машинобудівного виробництва

У другому розділі описані методики та обладнання для проведення експерименту.

В якості початкового матеріалу використовували шліфувальний шлам сталі ШХ15 ГОСТ 801-78, що містить значну кількість оксидів заліза та хрому, продуктів абразивного зносу шліфувальних кругів, а також різних масел, штучних рідин, води, що входять до складу МОР (мастильно-охолоджувальної рідини). Для дослідження використовували два види шламу: шлам після обробки сталі в стані поставки – С (становить 70% об’єму всієї обробки шліфуванням) та шлам після шліфування загартованих деталей (становить 30% об’єму всієї обробки шліфуванням) – З, також суміш цих шламів C+З у співвідношенні 70%: 30%.

Відпал проводили у модернізованій пічці конструкції Інституту газу НАН України в атмосфері продуктів розкладання МОР шліфувальних шламів, температура в робочій зоні – 400 – 850 0С.

Сепарацію проводили за допомогою магнітного сепаратора ЭСШ-500. Розмел проводили у лабораторному кульовому млині спеціальної конструкції із внутрішнім діаметром 170мм. В якості розмольних тіл використовувались сталеві кулі 23мм та 32мм. Масове співвідношення порошку і кульок 1: 0, 75. Коефіцієнт заповнення барабана – 0, 5.

Форму частинок порошку визначали за ГОСТ 18318-73. Характер розвиненості поверхонь часток, розподіл структурних складових в об’ємі матеріалу досліджували на модульному комплексі Dimic 1000.

Гранулометричний склад порошку досліджували методом ситового аналізу згідно ГОСТ 18318-94. Технологічні властивості порошку сталі ШХ15 – насипну густину, текучість, пікнометричну густину, ущільнення порошку визначали за стандартними методиками. Щільність утрушування визначали на гідравлічному вібростолі: частота вібрацій – 22, 3 Гц, час ущільнення – 15 с. Пресування зразків здійснювали за схемою одновісного пресування. Регулювання пористості зразків здійснювали при постійній масі (m=15 г) за рахунок змінного тиску 200-800 МПа.

Композиції на основі порошку сталі ШХ15 готували із використанням порошків міді ПМС-1 ГОСТ 4960 – 75 та графіту ГС 4 ГОСТ / ТУ – 8295. Суміш початкових порошків перемішували у вібромлині протягом 1, 5-2 годин і пресували на гідравлічному пресі при тиску 200-800 МПа. Зразки спікали у вакуумі: температура спікання 1100-1250 0С, час спікання 2 години з моменту встановлення заданої температури.

Механічні характеристики визначалися стандартними методами: мікротвердість – на мікротвердомірі ПМТ-3 при навантаженні 1Н, твердість за Віккерсом – на твердомірі ПТ-7Р-1ПС при навантаженні 50 Н; випробування на стиск на розривній машині ИР 5047-50, швидкість навантаження 17 мкм/с. Границя міцності визначалася за кривими деформування в координатах σ-ε. За критерій руйнування прийнято появу перших тріщин на бокових поверхнях зразка. Для вивчення триботехнічних характеристик матеріалів використовували лабораторну дослідницьку машину моделі СМЦ-2. Дослідження проводили за схемою з відкритим кінематичним контуром, коли один із взірців нерухомий, в режимах граничного тертя і без змащення за схемою контакту вал-вкладиш.

У третьому розділі розроблено технологічну схему отримання якісного порошку сталі ШХ15 із підшипникового шламу. У процесі дослідження властивостей порошків після термічної обробки та магнітної сепарації було встановлено, що вони мають незадовільні хімічні, фізичні та технологічні властивості. Перш за все це пов’язано з формою часток порошку. Проведеним хімічним аналізом встановлено, що порошок містить 94, 5-97, 3% заліза і мінімальну кількість домішок (оксидів, абразиву, компонентів МОР). Вміст вуглецю та сірки в цих порошках значно вищий, ніж у сталі ШХ15, особливо для порошку – С, що пов’язане із наявністю забруднень у порошку та залишків МОР.

Аналіз впливу терміну зберігання шламу на ділянці показує, що гранулометричний склад порошків, а отже, форма і розміри частинок металевої фракції змінюються залежно від часу зберігання. Кількість частинок, для порошків – З, великої фракції (1, 6-1, 0 мм) зменшується в середньому на 20-25% і для дрібних фракцій (0, 05-0, 0 мм) на 30-40%. Інша закономірність спостерігається для порошків – С. Кількість частинок великої фракції (1, 6-1, 0 мм) зменшується на 80-85%. В той же час кількість частинок дрібної фракції (0, 05-0, 0 мм) збільшується на 35-40%. Дослідження процесу утворення частинок порошку під час шліфування свідчить, що під час зберігання шламу на ділянці відстою в першу чергу окислюються субмікронерівності та виступи від шорсткості на поверхні частинок порошку.

Отриманий порошок є дисперсною системою, яка складається з частинок різної величини. Біля 70% частинок порошку мають осколкову форму та деформовані в різних напрямках, з сильно розгалуженою поверхнею. Приблизно 25-30% частинок порошку мають тонку голкоподібну форму, деформовану в різних напрямках. Подекуди спостерігаються також пластинчасті частинки порошку (рис. 1, а).

Для порошків після магнітної сепарації: насипна густина – 1, 54 г/см3, текучість є практично нульовою, кут дійсного нахилу – 400, що пояснюється, перш за все, формою та розмірами частинок порошку, оскільки їх питома поверхня дуже велика, а шорсткість ускладнює їх взаємне переміщення.

Для зміни форми частинок порошку запропоновано проведення додаткової обробки порошку – подрібнення-обкочування, під час якого одночасно відбувається наклепування частинок порошку. Для його зняття