Вдосконалення технології виготовлення матеріалів триботехнічного призначення із відходів машинобудівного виробництва

 

 

 1 – зразок, виготовлений із композиційного матеріалу 95% порошок сталі ШХ15, 2% графіту, 3% міді; 2 – зразок, виготовлений із композиційного матеріалу 93% порошок сталі ШХ15, 2% графіту, 5% міді; 3 – зразок, виготовлений із композиційного матеріалу 90% порошок сталі ШХ15, 2% графіту, 8% міді

Подальше збільшення вмісту графіту до 3% в композиції не покращує досягнутих характеристик – межа пружності різко зменшилася і степінь допустимої деформації знизилася.

Встановлено, що таке зниження властивостей міцності викликане: утворенням великих пор, які сформувалися внаслідок рідкої фази евтектичного складу при спіканні; наявністю розшарування внаслідок великої кількості вільного графіту, частинки якого знижують міцність металічного каркаса, подібно порам.

Структура спечених матеріалів, що містять 1-3% графіту і 3-8% міді, є композицією із феритно-перлітною матрицею, структурно-вільним графітом і включеннями міді (рис. 11).

а) б) в)

 

 

а) – зразок, виготовлений із композиційного матеріалу 91% порошок сталі ШХ15, 1% графіту, 8% міді; б) – зразок, виготовлений із композиційного матеріалу 90% порошок сталі ШХ15, 2% графіту, 8% міді; в) – зразок, виготовлений із композиційного матеріалу 89% порошок сталі ШХ15, 3% графіту, 8% міді

Структура зразків із вмістом 1% графіту складається із зерен фериту і перліту, частинок міді та графіту (рис. 11, а). Твердість після спікання складала НV ≈ 1800-2200МПа. Підвищення вмісту графіту до 2% насичує матеріал вуглецем, і структура матриці стає перлітною. Надлишок вуглецю утворює карбідну фазу, що розміщується у вигляді сітки по межі перлітних зерен (рис. 11, б). Твердість після спікання складала НV≈ 2100-2300 МПа. У разі збільшення вмісту графіту в початковій шихті до 3% структура матриці залишається перлітною, проте збільшується кількість карбідної фази порівняно із шихтою з 2% вуглецю. По межі зерен видно карбідну сітку і ділянки, на яких карбіди коагулюються у великі скупчення (рис. 11, в). Твердість після спікання складала НV≈ 2600 МПа.

Зміна вмісту міді суттєво не впливає на структуру спечених зразків. Розподіл пор, графіту, наявність цементитної сітки та характер зміни структури матеріалів із вмістом 3-8% міді аналогічні. Експериментально встановлено, що більш високу зносостійкість (рис. 12) і найменший коефіцієнт тертя, який в середньому становить 0, 09, мають композити із вмістом графіту 3%.

Отримані експлуатаційні характеристики пов’язані з твердістю спечених зразків (табл. 3). Таким чином триботехнічні характеристики спечених порошкових матеріалів в умовах середніх навантажень в більшій мірі залежать від твердості композиції. Саме цим вони подібні до литих однорідних сплавів.

 

 

1- зразок, виготовлений із композиційного матеріалу – 94% порошок сталі ШХ15, 1% графіту, 5% міді; 2- зразок, виготовлений із композиційного матеріалу – 93% порошок сталі ШХ15, 2% графіту, 5% міді; 3- зразок, виготовлений із композиційного матеріалу – 95% порошок сталі ШХ15, 2% графіту, 3% міді; 4- зразок, виготовлений із композиційного матеріалу – 89% порошок сталі ШХ15, 3% графіту, 8% міді.

 

 

Запропоновано технологічну схему отримання виробів триботехнічного призначення: тиск пресування 400-800 МПа, температура спікання 12000С, вміст графіту – 2... 3%, міді – 4... 5%, порошок сталі ШХ15, отриманий із шламових відходів підшипникового виробництва – 94... 92%.

 

 

У дисертаційній роботі проведено дослідження структури та механічних властивостей композиційних матеріалів на основі порошку сталі ШХ15, отриманого переробкою шліфувальних шламових відходів підшипникового виробництва. Розглянуто вплив технологічних параметрів процесу на стадіях отримання порошку сталі, пресування і спікання на механічні і триботехнічні властивості спечених матеріалів. Обґрунтовано вибір атмосфери відновлювального відпалу порошку, спікання можливо проводити в будь-якому захисному середовищі. Дослідження механічних властивостей композитів з добавками міді і графіту дозволили встановити оптимальні параметри пресування, спікання і склад компонентів шихти, які забезпечують найкраще поєднання властивостей міцності та триботехнічних характеристик даних матеріалів. Прикладом успішної реалізації результатів дослідження є спечені матеріали, що мають високі триботехнічні характеристики. Наявність графіту в таких матеріалах забезпечує ефективну змащувальну дію. Регульована пористість дозволяє успішно використовувати рідке змащення, яке заповнює пори і, в міру зношування металу, витискається на поверхню спряження. Крім цього, у деталях високонавантажених вузлів тертя, що виготовлені із спечених матеріалів, зменшується коефіцієнт тертя, зростає твердість композиту, яка позитивно впливає на навантажувальну здатність.

Розроблено технологічну схему переробки підшипникового шламу для отримання високоякісного металевого порошку з частинками регулярної форми та розмірів. Порошки сталі ШХ15, отримані за розробленою схемою, мають у 1, 5 рази вищі технологічні властивості порівняно з аналогічними порошками, отриманими за традиційною технологією.

В результаті аналізу величин, що характеризують хімічний склад, фізичні і технологічні властивості сталевого порошку, отриманого із шліфошламів відновленням у атмосфері ендогазу, встановлено, що вони не поступаються за своїми параметрами аналогічним порошкам, відновленим у середовищі водню. Доцільність відновлення порошків в атмосфері ендогазу зумовлена також наявністю та великим досвідом експлуатації на підшипникових заводах установок виробництва ендогазу для створення