05 марта 2016г.
Как было показано ранее [1] частицы карбида кремния зеленого SiC, введенные в сплавы на основе алюминия, создавая при этом гетерогенные композиционные структуры, способны существенно улучшить антифрикционные свойства сплавов, даже тех, которые не являются подшипниковыми. В настоящей работе исследован композиционный сплав, основой которого является известный и испытанный подшипниковый сплав баббит Б83 и упрочнить его дополнительно частицами карбида кремния.
За счет введенных частиц SiC баббит должен приобрести большую твердость и следовательно, меньше деформироваться при высоких нагрузках. Композит должен приобрести большую жаропрочность, т.е. допускать работу при более высоких температурах. Для композиционного сплава баббит – карбид кремния могут быть расширены диапазоны допустимых давлений, скоростей и условий смазки при эксплуатации подшипников. Изложенные ожидаемые улучшения свойств должны привести к повышению износостойкости подшипников и надежности работы нефтеперерабатывающего оборудования.
Композиционные сплавы изготавливали по специальной технологии замешивания частиц в жидкий расплав.
Баббит Б83 расплавляли в печи сопротивления СШОЛ в графитовом тигле под слоем древесного угля. Температуру металла измеряли никель-хром-никель-алюминиевой термопарой и регистрировали с помощью электронного потенциометра КСП-4. После достижения заданной температуры с поверхности баббита снимали шлак и окислы и на поверхность расплава высыпали порциями подготовленный порошок карбида кремния.
Подготовка порошка заключалась в прокалке его при температуре 600-650оС для удаления адсорбированных газов и просеивания через сито с ячейкой 0,1 мм.
Порошки SiC вводили при механическом перемешивании в оригинальном смесителе для получения композиционного материала. Он снабжен рабочими лопастями, которые движутся в расплавленном баббите с регулируемой скоростью и создают в нем перепады давлений (перед лопастью и за ней) посредством чего возникает относительное перемещение одних участков жидкости относительно других и следовательно перемешивание. Наблюдаемый во время экспериментов поток жидкости движется в направлении лопастей и перемешивание возможно только в слоях непосредственно контактирующих с рабочими органами.
При увеличении скорости вращения смесителя увеличивается эффективность перемешивания за счет возрастания турбулентности в пограничном слое.
Перетирание, механическое перемешивание частиц в расплаве, разрушение поверхностных пленок на границах раздела должно способствовать лужению поверхности, улучшению смачиваемости и увеличению сил адгезии порошка SiC и металла. Последнее важно не только для достижения более высоких эксплуатационных свойств композита.
Эффективность перемешивания и производительность установки обеспечиваются совмещением перетирания смеси с созданием повышенного давления. Увеличение частоты вращения очевидно будут способствовать увеличению производительности и макро- и микрооднородности композита.
Полученный композиционный сплав выливали в металлическую форму или подвергали жидкой штамповке в пресс-форме под давлением 1500 кгс/см2 на гидравлическом прессе П63. Из полученных слитков вырезали образцы для микроскопических исследований на металлографическом микроскопе ММУ-3 при увеличении х80 и х200, где на нетравленых шлифах определяли степень равномерности распределения частиц по площади шлифа. Степень усвоения порошка определяли как массу введенного порошка по отношению к использованному, выраженную в процентах.
Из этих же слитков вырезали образцы для определения коэффициента трения баббитов Б83 с присадками и без них в зависимости от удельной нагрузки. Результаты представлены на Рисунок 1. Испытания проводили на машине СМТ-1 (2070) по схеме колодка-ролик при скорости 1,31 м/с (500 об/мин, диаметр ролика 50 мм) в условиях ограниченной смазки (1 капля через 10 мин, масло И20А). Для образцов, если не указано особо, материал ролика сталь 40Х HRCэ45. Температуру измеряли в объеме колодки из испытуемого материала термопарой ХА, горячий спай устанавливали на расстоянии 2 мм от поверхности трения. Изменение температуры достигли увеличением (или уменьшением) нагрузки на колодку, т.е. температура генерировалась в системе за счет работы трения, таким образом, она может служить дополнительным и веским показателем антифрикционных свойств.
Сравнение приведенных данных
показывает, что сплавы, подвергнутые перемешиванию в миксере
имеют коэффициент трения
гораздо ниже, чем баббиты залитые
без перемешивания. При этом значительно возросли допустимые нагрузки, при которых может работать баббит. Это положительное влияние
объясняется обработкой исходного сплава механическим перемешиванием, что приводит
к измельчения включений
SnSb (Рисунок 2)
Композиционный сплавов на основе баббита
с частицами SiC не уступают базовому сплаву, значительно превосходя
его по допустимой максимальной нагрузке. Таким образом,
данные, представленные на Рисунке
1 подтверждают возможность изготовления и эффективность использования композиционных материалов системы баббит-карбид кремния.
Список литературы
1. Панфилов А.В., Канг С.Б., Каллиопин И.К., Гопиенко
В.Г., Корогодов ЮД «Технологические особенности получения литых композиционных материалов на основе сплава АК9, содержащего дисперсные частицы карбида кремния
и их свойства», "Цветные металлы", №1, 2001,с.90-91
