ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ДОБАВОК НА ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛИ 70П

Детали машин должны обладать определенным сочетанием характеристик прочности и пластичности, обеспечивающим возможность их эксплуатации при воздействии динамических и усталостных нагрузок. В настоящее время для изготовления конструкционных деталей часто используется порошковая сталь ПК70-6.8. Даная порошковая сталь имеет удовлетворительные характеристики прочности и пластичности и используется для средненагруженных деталей. Но для ряда деталей ее прочностных характеристик оказывается недостаточно. Поэтому возникает необходимость создания порошковой стали с улучшенными прочностными характеристиками без существенного усложнения технологии ее производства [1].

Методика получения образцов

Технологический процесс изготовления порошковых образцов состоял из следующих основных операций:

·       отжиг железного порошка;

·       приготовление и смешивание компонентов шихты;

·       статическое холодное прессование (СХП);

·       гомогенизирующее спекание в вакууме [3].

Перед использованием железного порошка проводился его отжиг при температуре 873 К длительностью 1 час. Данная операция была предназначена для уменьшения содержания влаги в порошке.

Смешивание проводили в планетарно-центробежной мельнице. Время смешивания – 10 минут.

Образцы изготавливались односторонним прессованием с применением стеарата цинка в качестве смазки для уменьшения трения между прессовкой и стенками матрицы.

Спекание проводилось в вакууме (10-4  мм. рт. ст.) для предотвращения выгорания углерода и окисления образцов при температуре спекания 1273-1473 К и времени спекания от 30 до 120 мин.

Трибологические испытания проводились по схеме «стержень – диск» (Рисунок 1) на автоматизированной высокотемпературной машине трения TRIBOMETER, CSM Instr. Непосредственно в процессе испытаний определяют коэффициент трения трущейся пары. Важную информацию о механизме разрушения дает анализ строения бороздки износа (на образце) и пятна износа (на контртеле – шарике). Комплексное трибологическое исследование включает непрерывную запись значений коэффициента трения при испытании по схеме «неподвижный шарик – вращающийся диск», а так же фрактографическое исследование, в том числе измерения профиля бороздки и пятна износа, по результатам которого проводят расчет износа образца и контртела [2].

d – диаметр пятна износа, мм; r – радиус шарика, мм;

h – высота стесанного сегмента, мм.

Для трибологических испытаний изготавливались цилиндрические образцы диаметром 15мм и массой 5гр, по три образца на точку.

Во время испытания измерялся коэффициент трения (Рисунок 2). После испытания на образце замерялся объем бороздки износа на образце (Рисунок 3) и пятна износа на контртеле – шарике (Рисунок 4)

 Результаты трибологических испытаний представлены в Табл.1. Результаты трибологических испытаний

Таблица 1

Из полученных зависимостей видно, что нанодисперсные частицы могут как повышать, так и понижать коэффициент трения. В частности, добавки нитрида кремния повышают коэффициент трения, что можно объяснить оскольчатой формой его частиц.

Так же видно, что все нанодисперсные добавки увеличивают износостойкость образцов. Больше всего увеличивают износостойкость наноразмерные частицы нитрида кремния.

На износ контртела нанодисперсные добавки влияют по-разному. Нанодисперсный порошок оксида алюминия и углеродный наноматериал «Таунит» снижает износ контртела, а нанодисперсный порошок нитрида кремния повышает. Это можно объяснить формой наноразмерых частиц: оксида алюминия – сферическая; углеродного наноматериала «Таунит» - нитевидная; нитрида кремния – оскольчатая и игольчатая.

На основании полученных результатов можно сделать вывод, что износостойкость образцов, легированных 0,1% нитрида кремния, определявшаяся при температуре 473 К, примерно в 2 раза выше, чем у нелегированных образцов.

Список литературы

1.     Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. – 416с.

2.     Петржик М.И., Филонов М.Р., Печёркин К.А., Левашов Е.А., Олесова В.Н., Поздеев А.И. Износостойкость и механические свойства сплавов медицинского назначения. Известия вузов. Цветная металлургия. 2005, №6, с. 62-69.

3.     Процессы порошковой металлургии. В 2 т. Т.2. Формование и спекание: учебник для вузов / Г.А. Либенсон, В.Ю. Лопатин, Г.В. Комарницкий. − М.: МИСИС, 2002.