CC BY
8ГОРНОЕ ДЕЛО (MINING INDUSTRY)
УДК 620.171
Илюшин В.В.
канд. техн. наук, доцент кафедры «Технологические машины и технологии машиностроения» Уральский государственный лесотехнический университет (Россия, г. Екатеринбург)
Лысенков К.А.
студент 3 курса обучения, специальность 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства» Уральский государственный лесотехнический университет (Россия, г. Екатеринбург)
ВЛИЯНИЕ МАТЕРИАЛА И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КОНТРТЕЛА НА КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ БРОНЗЫ БРО10
Аннотация: проведена оценка коэффициента трения бронзы БрОЮ при трении в паре с контртелами из стали ШХ-15, азотированной стали 38ХМЮА и цементованной стали 16ХГТ, термически обработанной на различную твердость. Показано, что материал стального контртела может существенно влиять на коэффициент трения в паре с одним и тем же антифрикционным материалом. Твердость контртела как критерий, влияющий на коэффициент трения, может рассматриваться лишь, в случае если разнотвердые контртела изготовлены из одного материала.
Ключевые слова: коэффициент трения, материал контртела, твердость, шероховатость, узел трения, сопряженные материалы.
Работоспособность и триботехнические характеристики узла скольжения зависят не только от антифрикционного материала, его структуры и соответственно свойств, но и от материала сопряженного вала (контртела), его
215
структуры и физико-механических характеристик [1, с.25].
В представленной работе исследовано влияние материала и термической обработки контртела на коэффициент трения сопряженных материалов. Определен коэффициент трения литой бронзы Бр010, в состоянии поставки, по азотированной стали 38ХМЮА и по цементованной стали 16ХГТ, термически обработанной на различную твердость.
Базовым материалом контртела в испытаниях являлась сталь ШХ-15. Для проведения эксперимента были изготовлены контртела из вышеперечисленных сталей. Режимы ХТО, ТО контртел, их твердость и шероховатость, приведены в табл. 1.
Таблица 1 - Режимы термической обработки контртел и их твердость
ХТО ТО > X 2 * г* (и К
Материал °С о закалка закалоч отпуск Л ¿Т-^ % « 2 * ~ £ (и ть и СР С
контртела вид сЗ ч н" °С с а ^ т, -ная среда °С с а ^ т, о га « X СР в Н р а У Е-
ШХ-15 - - - 850 0,5 масло 60 °С 350 2 450 (45) 0,4 7 -
ЬЧ и в н 200 620 (56) 0,4 8 О н
16ХГТ 930 8 800 0,5 масло 20 °С 450 1 510 (50) 0,5 5 Ос
к е е И 600 360 (37) 0,5 2 Ов
нормализация 390 (40) 0,5 4 Н
38ХМЮА азотирование 520 18 без ТО 990 (69) 0,5 5 -
Примечание: условные обозначения, принятые в таблице - ? - температура
процесса, °С; т - продолжительность процесса (выдержка)
Коэффициент трения /тр определяли по отработанной методике [4, с.44] на нагрузочно-скоростных режимах, совпадающим с режимом работы пары
трения поршень-цилиндр в аксиально-поршневом насосе (скорость скольжения V = 4,88 м/с, удельное давление р = 1 МПа, граничное трение).
В графическом виде результаты измерения коэффициента трения представлены на рис. 1.
Рис. 1. Коэффициент трения /тр) литой бронзы БрОЮ по контртелам из сталей 38ХМЮА, ШХ15 и цементованной стали 16ХГТ термически обработанной на различную твердость в зависимости от удельного
давления (р)
Для литой бронзы Бр010 при трении в паре с разными контртелами наблюдается общеизвестная картина снижения коэффициента трения с повышением удельного давления.
Анализируя влияние твердости и шероховатости (табл. 1 и рис. 1), для различных материалов контртел нельзя проследить однозначное влияние этих параметров на коэффициент трения пары скольжения.
Например, значения коэффициентов трения бронзы по контртелу из шарикоподшипниковой стали ШХ15, имеющему твердость 450 HV и шероховатость Яа = 0,47 мкм, /тр = 0,0233 при р = 2 МПа и /тр = 0,0283 при р = 1 МПа, находятся между значениями коэффициентов трения БрОЮ по контртелам из цементованной стали 16ХГТ, имеющим твердость 360 HV (Яа = 0,52 мкм) и 390 НУ (Яа = 0,54 мкм). То есть для трёх анализируемых контртел из сталей ШХ15 и 16ХГТ минимальный коэффициент трения у контртела со средней твердостью и средний коэффициент трения у контртела с максимальной твердостью.
Для контртел, изготовленных из одной марки стали (16ХГТ), характерна прямо пропорциональная зависимость коэффициента трения от твердости контртела, что наиболее ярко проявляется при повышении давления. Исходя из двойственного представления о природе трения [5, с.18 и 3, с.8] механическая составляющая коэффициента трения при пластическом контакте обратно пропорционально зависит от твердости менее твердого из контактирующих материалов. Влияние твердости более твердого материала пары трения на коэффициент трения не находит своего точного отображения в молекулярно-механической теории. Результаты, полученные в рамках представленного исследования, коррелируют с работой [2, с.33], согласно которой коэффициент трения скольжения возрастает с повышением твердости более твердого тела пары трения, что, по нашему мнению, является логичным и обоснованным в том числе и с позиции молекулярно-механической теории трения.
Таким образом, можно утверждать, что твердость контртела как критерий, влияющий на коэффициент трения, может рассматриваться лишь, в случае если разнотвердые контртела изготовлены из одного материала. Минимальный коэффициент трения, среди исследованных, имеет пара трения бронза БрОЮ - сталь 16ХГТ (390 НУ) после нормализации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Гаркунов Д.Н. Триботехника (износ и безысносность): Учебник. 4-е изд., перераб. и доп. М.: МСХА, 2001. 616 с.
2. Геккер Л.В. Динамика машин, работающих без смазочных материалов в узлах трения. М.: Машиностроение, 1983. С. 29-33.
3. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. 526 с.
4. Потехин Б.А., Христолюбов А.С., Жиляков А.Ю., Илюшин В.В. Особенности формирования структуры композитных бронз, армированных стальными дендритами // Вопросы материаловедения. 2013. № 4 (76). С 43-49.
5. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) / Чичинадзе А.В., Берлинер Э.М., Браун Э.Д. и др.; Под общ. ред. А.В. Чичинадзе. М.: Машиностроение, 2003. 576 с.
Iliushin V.V.
Associate Professor of the Department Technological machines and engineering technologies Ural State Forest Engineering University (Russia. Ekaterinburg)
Lysenkov K.A.
Student
Ural State Forest Engineering University (Russia, Ekaterinburg,)
INFLUENCE OF THE MATERIAL AND THERMAL CHEMICAL TREATMENT OF THE COUNTERBODY ON THE COEFFICIENT OF
FRICTION OF BRONZE BRSN10
Abstract: the coefficient of friction of bronze BrSn10 during friction in pair with a counterbody made of ball bearing steel, nitrided steel 38CrMoAl and carburized steel 16CrMnTi, heat-treated for different hardness, was evaluated. It is shown that the material of the steel counterbody can significantly affect the coefficient of friction paired with the same antifriction material. The hardness of the counterbody as a criterion affecting the coefficient of friction can only be considered if counterbodies of different hardness are made of the same material.
Keywords: coefficient of friction, counterbody material, hardness, roughness, friction unit, mating materials.
