Молекулярно-механическое изнашивание

Примечания:
- из Ti НИКОГДА не будут делать узлы трения;
- стали бывают как схватываемые, так и нет.
Склонность с схватыванию усиливается:
- при контакте двух растворимых друг в друге
металлов;
- при медленном смещении трущихся
поверхностей;
- при нагреве;
- в вакууме.

ОПАСНО !
- ОТЛИЧНО !

§ 2. Износостойкие материалы
Существуют ли износостойкие материалы?
- НЕТ ! Их вообще не существует.
Существуют материалы, устойчивые к износу в конкретных условиях эксплуатации.
А. Материалы, устойчивые против абразивного изнашивания
механический износ
микрорезание
Металл сопротивляется микрорезанию, если твёрдость детали > 0,5-0,7*твёрдость абразива
Материалы должны обладать особо высокой твёрдостью, т.е. содержать в себе очень твёрдые компоненты, иначе, если материал будет полностью супертвёрдым ? он будет суперхрупким.
C (алмаз) – (15000) HB;
BN – (6000) HB;
SiC– (3700) HB;
TiC – (2900) HB;

? твёрдые сплавы (порошковая металлургия)
карбидные частицы (80-95 % от объёма)
+ связка – Co (5-20 %)
смешивание порошков ? прессование в брикет ? спекание
победит ВК-6
ТК-15
карбид W
% Co
карбид Ti
? быстрорежущие стали (выплавка) – обозначение марки «Р+цифра (% W)»
Р18
Р6М5
5 % Mo
~ 0,9 % С + V, Cr
Вывод: против абразивного изнашивания могут устоять материалы особо высокой твёрдости, у которых твёрдость сохраняется при сильном разогреве благодаря большому количеству карбидных частиц.

Б. Материалы, устойчивые против ударно-абразивного изнашивания
должны быть и вязкими и твёрдыми
1900 г. – создание сталей Гадфильда
110Г13Л
1,1 % С
13 % Mn
отливка
А класса; HB~200
«революция» - при ударных нагрузках поверхность наклёпывается до 500-600 HB, а сердцевина остаётся вязкой; чем дольше работает материал, тем он износоустойчевее;
недостаток – очень сильное схватывание (получают только литьём)
ж/д стрелки, гусеницы танков, ковши экскаваторов; отбойные молотки (перформаторы)
В. Материалы, устойчивые против усталостного изнашивания
Процесс усталостного изнашивания (зуб. колёса, подшипники)
начало процесса:
смятие неровностей, формирование языка, расплющивание языка и вдавливание его в поверхность ? формирование трещины

развитие процесса:
При прокатывании точки контакта смазка зажимается в трещине и рывком продвигает трещину
окончание процесса:
усталостное выкрашивание (или «питтинг»)
Итог: для противостояния усталостному изнашиванию необходимо затруднить смятие неровностей, т.е. создать на поверхности высокую твёрдость.
? подшипники
- трение качения ? нет нагрева;
- нет удара (min);
- небольшие размеры;
- ответственное изделие;
- массовое производство
в структуре М
немного Л.Э.;
плавка почище (ЭШП);
важна стоимость
маркировка: «Ш (шарикоподшипниковая сталь (~1 % С)) + Х (% Cr)
1,5 % Cr
Si + Mn
структура: Мотп + карбиды
твёрдость HRC ~ 60-64

? зубчатые колёса
- трение скольжения ? разогрев;
- удар
сердцевина – вязкая; поверхность – твёрдая.
Х.Т.О.
§ 3. Пути дополнительного повышения износостойкости
лазерная обработка поверхности (на абсолютно полностью готовых деталях)
лазерная закалка
- особо мелкокристаллический мартенсит;
- очень высокая твёрдость;
- уменьшение шероховатости;
- длительность работы детали возрастает в 6-11 раз;
- работа без разогрева
лазерное легирование
Наплавка – проплавляется только наплавка;
лазерное легирование – проплавляется и присадка и немного подложки:
- супертвёрдость HV~1500-2000;
- время обработки – секунды (!);
- любая геометрия;
- можно восстановить изношенную часть детали (!!!)
присадка (паста, обмазка)
дисперсные частицы SiC, NbC, TiC, Si, B, C, …

§ 4. Антифрикционные материалы (А.Ф.М.)
«плавающая» опора
особый микрорельеф поверхности
высокая износостойкость (HB – max);
лёгкая прирабатываемость к поверхности вала (HB – min);
отсутствие схватывания со сталью (Cu, Sn и Pb).
А.Ф.М. всегда состоят из разнородных (твёрдое+мягкое) фаз.

А.Ф.М.