Obrabotka Metallov 2011 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (52) 2011 44 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Результаты исследования и их обсуждение Причиной неудовлетворительной работы про- мышленных аналогов при трении без смазки с высо- кими скоростями скольжения является большое со- держание бронзы в рабочем слое, которое составляет до 75 об.%. Исследования [3–5] триботехнических свойств ЛМФМ показывают, что наилучший период износостойкости проявляется в период трения, ког- да площадь пятен бронзового каркаса не превыша- ет 10…15 % от общей площади контакта трущейся пары. Затем наступает период более интенсивного износа, причем с повышением скорости скольже- ния временная зависимость износа приобретает не- линейный характер, т. е. длительную работу ЛМФМ при трении без смазочного материала с высокими скоростями скольжения можно обеспечить только при наличии высокой объемной доли ПТФЭ. Пра- вило Шарпи для ЛМФМ в полной мере соблюдается тогда, когда содержание твердых включений на по- верхности трения (в данном случае бронзового кар- каса) на порядок меньше содержания более мягкой и податливой окружающей их ПТФЭ композиции. Однако существующие методы не позволяют регули- ровать в больших пределах объем свободного про- странства пористого слоя, получаемого спеканием свободно насыпанного слоя сферической бронзы. Нами ведется работа полученияЛМФМкассетным методом [6…8]. От промышленных методов он отли- чается тем, что изготовление листов идет не в виде непрерывной ленты, а пластинами заданного разме- ра, кратными будущим деталям. Производительность процесса обеспечивается изготовлением материалов пакетами, содержащими несколько десятков пластин одновременно. Универсальность метода позволяет по- лучать на стальной основе антифрикционные покры- тия любой толщины, состава и конструкции. Для создания самосмазывающегося материала изначально было предложено припекать к стальной основе бронзолатунную сетку, выпускаемую для бу- магоделательной промышленности [6]. Это решило проблему получения равномерного по толщине слоя с сообщающейся лабиринтной системой пористого пространства большого объема. Впоследствии уста- новлено, что припекание сетки через промежуточ- ный слой бронзы позволяет обеспечить прочность сцепления бронзового каркаса со стальной основой до 200…250 МПа, улучшить условия теплоотвода за счет увеличения площади контакта бронзового карка- са с подложкой, получить бронзовый каркас с требуе- мым содержанием легирующих элементов, например оловом, а большое свободное пространство сетчатого каркаса удается заполнять сухими порошковыми ком- позициями на основе ПТФЭ методом прямого прес- сования [8…9]. Существенным положительным от- личием кассетного метода также является спекание фторопластовой композиции под давлением, создава- емым предварительным сжатием пакета и расширени- ем ПТФЭ при спекании. Известно, что при спекании ПТФЭ под давлением получают более компактную полимерную матрицу, обладающую лучшими физико- механическими свойствами. Кроме того, при спекании ПТФЭ под давлением, имея ограничения в переме- щении при термическом расширении кроме незапол- ненных при прессовании пор, можно ожидать более прочной связи ПТФЭ композиции с металлическим пористым каркасом за счет механической связи. Рис. 1. Поперечный шлиф ЛМФМ: 1 – стальная основа; 2 – промежуточный слой бронзы; 3 – каркас из бронзолатунной сетки; 4 – фторопластовая композиция Как показали исследования [9] по выбору на- полнителя во фторопластовую композицию, наи- лучшими результатами по преодолению допустимых скоростей скольжения обладают свинецсодержащие композиции. Установлено, что при использовании в качестве наполнителя порошкового свинца более 50 мас. %, при спекании ПТФЭ-композиции под давлением происходит его диспергация полимерной матрицей, образуется каркасная свинцовистая струк- тура внутри матрицы полимерного связующего. Спекание ПТФЭ под давлением определило также пороговую концентрацию свинца в ПТФЭ, которое составляет не более 63…64 мас.%. Выше этой кон- центрации плавящийся при спекании свинец частич- но вытесняется из объема рабочего слоя [9]. Сравнительные трибоиспытания показали, что ресурс ЛМФМ с бронзовым каркасом из сетки пре- вышает ресурс материала DU с каркасом из сфериче- ской бронзы, но они имеют общий недостаток — рост коэффициента трения с течением времени. По мере изнашивания площадь, занимаемая бронзовым карка- сом в рабочем слое материала, изменяется. На рис. 2 представлена графическая зависимость отношения площади, занимаемой бронзой для промышленного аналога, выпускаемого ООО «Фторопласт», г. Бугуль- ма (кривая 1 ) [10] и для ЛМФМ с пористым слоем из сетки, припеченной через слой порошковой бронзы (кривая 2 ). Пунктирной линией 3 показан идеальный вариант, когда площадь, занимаемая бронзой, по мере