Механические свойства и назначение порошковых материалов и сплавов цветных металлов

Марка материала	Механические свойства			Области применения
	σв, МПа	δ, %	KСU, МДж/м2
АлПМг6Г4-4	500	5	0,08	Крепежные детали, детали приборов, детали для химического и пищевого машиностроения. Детали приборов судостроения, гай­ки, втулки, червячные винты, фильтры, подшипники. Компрессорные диски, шестерни, трубчатые фильтры, крепеж, шатуны, лопатки турбин, коленчатые валы
АлПМг6-4	300	15	0,15
БрПО-4	300	15	0,15
ЛП80-4	200	25	0,50
ТПАл4-4	650	8	0,15
ТП-4	500	20	0,50
ТГШ6М2-4	900–1000	16–18	0,30

Перспективно использование порошков титана и его сплавов для изготовления тяжело нагруженных деталей. Высокие механические свойства порошковых изделий на основе титана (σ_в = = 650900 МПа, δ = 816 %) позволили применить их для изготовления шатунов автомобильных двигателей. Это дало воз­можность существенно уменьшить массу машины, снизить инерционные силы и повысить мощность двигателя. Из порошков титана орга­низовано серийное производство деталей типа втулок, крышек, труб для химического и пищевого машиностроения, приборо­строения и др.

1.3. Антифрикционные материалы

Для изготовления подшипников скольжения, уплотнений, под­пятников, наряду с литыми сплавами (бронзы, баббиты и чугуны) используют антифрикционные материалы, изготовленные методом порошковой металлургии. Они создаются на основе меди или железа и в своем составе содержат вещества типа твер­дых смазок (графит, сульфиды и др.), что обеспечивает им задан­ные механические и эксплуатационные свойства.

Антифрикционные порошковые материалы характеризуются низким коэффициентом трения, хорошей износостойкостью, способностью легко прирабатываться к валу и выдерживать значительные нагрузки. Они обладают рядом преимуществ по сравнению с обычными антифрикционными материалами. Их износостойкость в несколько раз выше, чем износостойкость бронз и баббитов. Они работают при более высоких скоростях и давлениях. Наличие в структуре пористости, регулируемой в широких пределах (до 35 %), позволяет предварительно пропитывать их смазочными маслами. Во время работы по мере нагревания масло, удерживаемое в порах и мельчайших каналах материала капиллярными силами, постепенно вытесняется наружу и образует смазочную пленку на рабочей поверхности. При остановке и последующем охлаждении подшипника масло частично всасывается обратно в поры. Поэтому пористые подшипники могут работать длительное время без дополнительной смазки. Эффект самосмазываемости в пропитан­ных маслом пористых подшипниках, без подвода смазки извне, может сохраниться в течение 3000–5000 ч.

Композиционные антифрикционные порошковые материалы позволяют иметь равномерно распределенные включения из веществ, играющих роль твердой смазки. К таким веществам относятся графит, сульфиды, пластмассы и некоторые другие соединения.

Такие материалы имеют сравнительно низкий коэффициент трения при работе без жидкой смазки (в режиме сухого трения). Сочетание повышенных антифрикционных свойств твердых смазок и пластмасс со свойствами металлов позволяет получать мате­риалы, способные работать в воде, в агрессивных жидкостях, в бензине, в различных газовых средах, в вакууме, а также в усло­виях высоких и низких температур.

Порошковые антифрикционные материалы могут представлять собой каркасные конструкции, в которых каркас выполнен из прочного материала, а промежутки заполнены более мягким. Наоборот, можно иметь мягкую матрицу с равномерно распределенными твердыми включениями разной степени дисперсности, повышающими работоспособность подшипников. Эти особен­ности позволяют осуществлять нап­равленное регулирование свойств порошковых антифрикционных материалов при­ме­ни­тельно к конкретным условиям эксплуатации.

Широко используют следующие основные группы порошковых антифрикцион­ных материалов.

Антифрикционные материалы на основе железа содержат графит, молибден, сульфиды, серу и т. д., что обеспечивает им заданную прочность, твердость, структуру и эксплуатационные свойства. Для работы в условиях трения без смазки или ограниченной смазки при высоких скоростях, повышенных нагрузках и температурах применяется железографитовый материал ЖГр3ЦС4 (графит – 3 %, цинк сернистый – 4 %). Износостойкость подшипников из такого материала в 3–10 раз больше, чем из литых бронз или баббитов. Высоколегированный железографит марки ЖГр3М15 (графит – 3 %, молибден – 15 %) применяется для работы в режиме самосмазывания, при трении без смазки на воздухе, при температурах до 250–400 °С. Его износостойкость вдвое больше, чем сульфидированных железографитовых материалов. Он находит применение в подшипниках скольжения электрооборудования, в узлах трения компрессоров.

Высокие характеристики приобретает металлографит при вве­дении его в состав стеклопорошка в количестве 5–10 %. Коэффи­циент трения уменьшается почти в два раза при одновременном увеличении допустимой рабочей температуры. На рис. 3 при­ведена зависимость долговечности подшипников из обычного железографита и того же материала со стеклопорошком от давления. Железографит со стеклопорошком применяют в узлах трения, работа­ющих при высоких нагрузках, в условиях глубокого вакуума и при воздействии коррозионных сред. Бронзографитовые мате­риалы БрО(8–10)Гр(2–4) (олово – 810 %, графит – 24 %) при­меняют при работе во влажных и слабоагрессивных средах. По сравнению с подшипниками из железографита, подшипники из бронзографита до­пускают меньшие удельные механические и тепловые нагрузки.

Сульфидированные и сульфоборированные антифрикционные материалы на основе по­рошков коррозионно-стой­ких сталей марок 10Х23Н18Н15, 08Х18Н9, 14Х17Н2 отличаются высокой коррозионной стойкостью, прочностью и жаропрочностью и при­меняются для изготовления подшипников, работающих в воде, в агрессивных жидких и газовых средах, в условиях сгорания топлива при повышенных температурах.

Металлопластмассовые антифрикционные материалы пред­ставляют собой высокопористый металлический каркас из бронзы, железа, коррозионно-стойкой стали и т. д., пропитанный фторо­пластом или пластмассой другого вида. Сочетание повышенных антифрикционных свойств пластмасс со свойствами металлов позволяет получать материалы, способные работать в вакууме, в различных газовых средах, в воде, в агрессивных жидкостях, в бен­зине, некоторых кислотах, а также в условиях низких температур. Для повышения антифрикционных свойств к этим материалам добавляют тонкие порошки свинца, сульфидов, молибдена, стекло­волокна и т. д. Эти наполнители выполняют роль сухой смазки и упрочняют пластмассовый слой. Металлопластмассовые под­шипники работают без смазки при температурах от +280 до –200 °С.

Внедрение порошковых подшипников повышает надежность и долговечность работающего оборудования, снижает трудоем­кость процесса их изготовления, позволяет уменьшить отходы металла в стружку, обеспечивает экономию дефицитных цветных металлов и сплавов.