CC BY
21
зробити висновок, що ¡з збшьшенням вщсотка фосф1дно1 евтектики, значення термо-ЕРС у високомщних чавунах мае тенденщю до шдвищення.
Таким чином, за допомогою легування ВЧ фосфором у межах 0,02...0,97 % мае. можна досягги шдвищення зносотривкосп. Враховуючи результата досл1-джеиь ¡нших властивостей цих чавушв [5], можна зробити висновок, що при кон-центрацп фосфору 0,15...0,26 % мае. у ВЧ досягасться висока зносотривмсть при несуттевому негативному вплив1 ФЕ на íhují службов1 властивосп.
Лггература
1. Вш1чок I.II., Сюров А.О., Слинько ГЛ. Мжромехашзм руйнування i властивосп фос-форисгих чавушв// Мехашка руйнування MaTcpiajÚB i Miiuiicrb конструкщй (випуск 2): В 3-х т.// Пш jar. ред. Панасюка В В. - Львш; Каменяр, 1999, т. 1. - С. 208-220.
2. Волчок I.I1. Сопротивление разрушению стали и чугуна. - М.. Металлургия, 1993. -
С. 191.
3. Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1977.-С. 646.
4.1>ушш К. 11.,Таран IO.II. Строение чугуна. - М.: Металлургия, 1972.-С. 159.
5. Андрсйко I. М., Слинько Г. I., Осташ О. II., Волчок I.II. Цикшчна тршшноспГшсть cipnx i високомщних чавунш з пщвищеннм bmíctom фосфору// ФХММ. - 2000, № 6. - С. 45-51.
УДК621.336.22 В.В. Широков, д.т.н.; cntu.c. ЮЛ. Василенко;
тж. В.А. Зазуляк, к.т.и. - ФМ1 ш Г.В. Карпенка НАН Украши
ВПЛИВ ЛЕГУЮЧИХ КОМПОНЕНТОВ НА ЗНОСОСТ1ЙК1СТБ АЛЮМ1Н1Ю ПРИ TEPTI 3 М1ДДЮ
Дос.шджсно вплив легування апюмнпю мiддю, кремшем, оловом, свинцем на його знососпйюсть при терт1 у napi з мщним контактним електропроводом i ветановлено. що воио пщвищус зносостшюсть сплавт и зменшуе зное контактного проводу, особливо у випадку використапня додатково! вугле1раф1тово1 вкладки.
К И Shyrokov, Yu.I. Vasylenko, V.A. Zaziilak Influence of alloyed components to wear-resistance of aluminum at the friction
in pair with copper
The inllucncc of copper, silicon, tin, lead on wcar-rcsistancc its alloys with aluminum attached to friction in pair with copper contact electroconductor are investigated. Established, that aluminum add with stated metals raises alloys wear-resistance and diminishes a wear of electro-conducter contact.
В УкраТш, кра'шах СНД на тролейбусах використовують дешев1 вуглегра-фп-OBi вставки струмозшмач1в, як! експлуатуються без змащування мщного контактного дроту, забезпечують мЫмальне його зношення i за експлуатащйними показниками мають перевагу над ¡снуючими металшними аналогами. Однак, вна-слщок низьких опору крихкому руйнуванню та мщносп часто виходять з ладу при ударах, що мають Micue, наприклад, при проходженш кр1плень спецчаетин струмовоУ мережк Вуглеграфггов1 вставки малопридатш для експлуатацм у дощову погоду, при налипанж мокрого CHiry i утворенш на контактних дротах юрки льоду, осюльки у цих випадках Yx зносостшюсть зменшуеться на один, два порядки.
За несприятливих погодних умов застосовують вставки виготовлеш з "м'я-кого" чавуну ¡з вшьними зернами графггу, ¡нод1 сталев1 (l). Пюля руйнування
Ге\налопя та устаткування деревообробннх пипршмо в ] 47
льодово'Г юрки там вставки зшмають, оскшьки вони спричиняють подряпини на поверхш прилягання контактного дроту та його подальше штенсивне зношення. Металокерам1чш, М1дно-свинцево-граф1тов1 вставки з 87 % порошку м1д1, 9% свинцю, 4 % графгту марки "Урал", не пошкоджують др1т 1 за зносостшюстю (0,005-0,013 мм/км), та за спрацюванням контактного дроту (0,00005-0,00025 мм/10000 проход1в) прийнятж для експлуатацп. У дощову погоду зношення таких вставок зростае в 2,2 рази [1-2], що набагато менше пор1вняно з вуглеграфггови-ми. 1х широке застосування обмежено також внаслщок високоУ вартоспп.
У Роа'Г, за даними шдприемства "Нов1 технологи1' (м. Новосиб1рськ), усш-шш випробування пройшли металев1 вставки з1 сплав1в А1 - 10-20 % Бп (в мае. %) з розм!щеними по середиш робочоУ дор1жки вкладками з вуглеграфггу. На сього-дш щ вставки використовуються на тролейбусних маршрутах сиб1рських м1ст не-залежно вщ погодних умов. Проте, через високий вм1ст олова вони дороп.
Враховуючи вище наведене, було проведено дослщження спрямоваш на створення бкпьш дешевих 1 зносостшких матер1ал1в для струмозжмач1в електро-транспорту з врахуванням того, що вони запоб1гають пошкодженням контактного дроту, зокрема мш1мально його зношують.
Матер1али 1 методика випробувань
Основш вимоги до вставок:
• тверд1сть, нижча за тверд1сть контактного дроту (з метою запоб1гання його меха-шчного дряпання);
• висока знососпйюсть 1 мпммальне зношення контактного дроту (близьке до зношення його вуглепрафггом);
• низька варпсть 1 висока технолопчшеть отримання вставок ливарним способом;
• висока спйюсть до схоплювання з контактним дротом 1 утворення на ньому наро-спв з наступним вириванням частинок мщк
До таких матер1ал1в належать сплави, до складу яких входять тверд1 1 В1Д-носно тугоплавк1 кристали з р1вном1рними др1бнодисперсними включениями м'я-ких 1 легкоплавких свинцю, олова чи сплав1в цих метагйв, ям практично нероз-чинш в основному меташ. Промисловютю випускаються сплави такого типу на баз1 системи А1 -8п, як1 знайшли широке використання для виготовлення пщшип-ник1в ковзання автотракторних двигушв.
Перспективними можуть виявитись сплави системи А1-РЬ, значно дешевил шж сплави А1-5п, а за триболопчними властивостями повинш бути близьк! до сплав1в А1-8п. Сплави А1-РЬ поки що не випускаються промислов1стю 1 не знай-шли практичного застосування внасшдок сильноТ лжвацц свинцю при отриманш вироб1в, хоча розроблено [4-5] метод Ух отримання, за яким кристалгзащя розпла-ву проходить у взаемоперпендикулярних електричному 1 магнггних полях. Вини-кнення у розплав1 електромагштних об'емних сил, що вибфково впливають на компонента розплаву запежно вщ Ух електропровщност1, дозволили отримати сплави А1-РЬ з р1вном!рним розмщенням по об'ему в1дливка др1бнодисперсних включень свинцю. Проте, на сьогодш ще не розроблена технолопя литва цим методом промислових вироб1в.
Чистий алюмЫй при сухому терти пор1вняно з ¡ншими м'якими металами, найбшыи схильний до схоплювання нав1ть за незначноТ пластичноУ деформащУ. Тому сплави системи А1-РЬ, А1- 8п на основ1 чистого алюмЫю малопридатш для виготовлення тролейбусних вставок. Покращити протизадирш властивосп алю-
148 Збфнпк наукоио-1 ехтчнпх лраиь
мшно можна шдвищенням його твердосл шляхом легування М1ддю та кремшем у межах 2-4 % кожного. Такий матер!ап можна отримати сплавлюванням вщносно дешевих вщход1в дюрагйв та силумЫв з наступною добавкою свинцю чи олова. Однак триболопчш властивост1 подШних сплав1в не дослщжено.
Основна мета дослщження - вивчити властивост! сплав1в систем А1-Си-51-РЬ 1 А1-Си-51-8п та можлив1сть отримання ливарним способом з них тролейбусних вставок без значноУ лжваци свинцю. Х1м1чний склад дослщжуваних сплав1в наведено на пстограмах зношування (рис. 3).
Вщомо [1], що при терт1 вуглеграфггу по мшному дрот! на останньому утворюеться тонка графггова шпвка, яка запобцае схоплюванню у меташчних парах при терть 3 метою отримання на контактному дрот! такоУ шпвки у дослщних зразках розмщували вуглеграф1тов1 вкладки (рис. 1,в). Вставки з вуглеграф1тови-ми вкладками для натурних дослщжень вщливапи у тонкостшний кокшь ¡з стал1 08X13. Шсля заповнення металом (на протяз1 2-3 секунд) кокшь охолоджували у холодшй водь
I в) II
Рис. 1. Принципова схема установки для випробувшчш електроконтактиих матер1шив на тертя / зное (а); схема навантаження (б); зразки: I -металевий; П-ме-
талографтовий (в)
Для оцшки зносостшкосп пари тертя "контактний др1т-контртшо (вставка)" було сконструйовано та виготовлено установку (рис. 1), яка дозволяе проводите дослщження рЬних матер1ал1 в умовах сухого тертя на повггр1, вод1 1 слаб-ких електрол1тах (¡мггащя кислотних дощ1в) без 1 з проходженням електроструму. Грав1метричним методом вим1рювали втрати маси та пщрахували об'емне зно-шення матер1ашв. ММмальний шлях тертя 27000 м, за навантаження 1 МПа, швидкосп ковзання 17 м/с 1 густини струму 35 А/см2.
Установка складаеться з привщного електродвигуна постшного струму 1, клинорамшноУ передач! 2, шдшипниковоУ опори 3, кр1плення контртша 4, контртша 5, тримача зразка (3 зразком) 6, опори тримача зразка 7, електродвигуна приводу опори 8 системи мехашчного навантаження зразка. Бшьш детально конструкция установки \ 'п особливост! описаш в |7].
Тсхнолопя та устаткування деревообробнмх пщприсмств 149
Результат« експериментальних дослщжень та IX обговорення
УЫ дослщжеш сплави отримували названиям розплаву на 50-100 °С ви-ще температури розшарування (Тро1Ш), витримували за цих температур 10-15 хв | швидко, з метою максимального запоб1гання процесу розшарування, охолоджува-ли у водк ТроЗШ визнамапи на основ! аналпу д1аграм стану сплав1в (рис. 2) |3]. Сплави А1-Вп розливапи теля нагр1ву до 750 °С, А1-РЬ - 1100 °С.
Метапограф1чним анатзом л!кващю по густиш у сплавах не виявлено. Олово у сплавах системи АКБп концентруеться у вигляд1 атки по границях зерен апюмш1ю. Вщсутшсть л^вашУ у вщливках цих сплавт обумовлено вщносно невеликою р1зницею у густиш О складових сплаву (08п/0а1 = 7,29/2,7«2,7), а також близьюстю Трозш до температури кристашзащ! Ткр початку видшення з однорщно-го розплаву кристашв А1, щ кристали сповшьнюють швидюсть опускания крап-лин олова.
м го и я
' 1 ' 1
р
.......
^004% 221'С »1% м
АДЗл
- Р \ ■ _м'/г1'С и% \
Р'М у*
(И*С
.У/* С
А/»РЬ
а) б)
Рис. 2. Дгаграми фазових сташв систем А1-8п (а), А1-РЬ (б)
У сплавах системи А1-РЬ, Орь/С)а1= 11,3/2,7=4,2, тобто цей параметр значно бшьший шж для сплав!в АЬ-Бп. Р1зниця ж Тр^-Т^ складае ~400 °С. При повть-ному охолоджеш в ¡нтервал1 температур "ТрОЗШ-Ткр" однорщний розплав встигае розшаровуватись з утворенням крупних краплин, як1 зпдно з законом Стокса опу-скаються з швидюстю
де: g - прискорення вшьного падшня; ц - коефщ1ент в'язкост1 розплаву А1.
Зменшення умовного рад1усу видшень 'V" досягали швидким охолоджен-ням розплаву у д!апазош температур Трозш-Ткр. В отриманих зливках сплав1в А1-РЬ вкрапления свинцю, розм1ром 20-100 мкм, вщповщним чином розмщеш по об'ему алюмЫевоУ основи. Частина свинцю видшяеться у вигляд1 Ытки по границях зерен алюмЫево'У матриц!.
Пстограму зношування сплавш наведено на рис. 3. Штрихуванням показано р!вень зносостшкосгп сплав1в з вуглеграфгговими вкладками, не заштрихован! - без них р1вень зношування м1дного дроту наведено тшьки для зразюв з вугле-граф1товими вкладками, зразки без них призводять до ¡нтенсиф^кацн його зно-шення у 2-3 рази.
Незважаючи на мш1мальну зносостшюсть чистого алюмЫю, вш викликае найбшьш ¡нтенсивне зношення м1дного дроту (рис. 3). Встановлено, що вщбува-
150
Зб|[шик науково-техжчннх прань
еться налипания алюм1Н1ю на др1т, а руинування нароете супроводжуеться вщри-вом частинок мщ1.
£
£ ■о
+ ^
<3
63
ж
б
ж
£ ж
б
а)
55 «о
а
£
I I
3
а
ж
§
ЯЛ
б)
Рис. 3. Зношування митер 'нийк (а) та контактного дроту (б) при шляхах тертя 0,4 • м та 1 • 10? м в1дпов1дно (штрихуванням наведено р/вень зношування вставок / дроту ¡з застосуванням вуглеграфтових вкладок)
Нарости алюмЫю не розплющуються по поверхш дроту. Вуглеграф1тов1 вкладки незначно зменшують зношення як зразк1в, так I контактного дроту, але не запоб!гають схопленню. Змщнення алюмш1евоУ основи М1ддю, кремжем 1 пщви-щення в наел ¡до к цього твердосп сприяе зменшенню здатносп до схоплювання та значного шдвищення зносостжкосп трибоспряження у цшому. Р1зницю у зносо-стшкост! зразмв легованих окремо мщдю, кремшем чи обома одночасно (за одна-ковоУ твердосп) не виявлено. Кр1м того, ¡нтенсившсть зношення контактного дроту в останшх випадках близька. Тому, з метою економп вщносно дорогоУ мцц до-цшьно збшьшувати у сплавах вм1ст кремшю.
Добавки у сплави системи А1-Си-81 олова, свинцю у межах 10-15 % мае. лише незначно пщвищують Ух зносостшкють, проте суттево знижують зное контактного дроту (рис. 3, б). СуттевоУ р1знищ у триболопчних характеристиках сплав1в, легованих окремо свинцем чи оловом, не виявлено. Це евщчить про доцЬьшсть застосування свинцю як замшника олова, оскшьки при суттевому зменшенш вар-тост! матер1алу експлуатацшш характеристики залишаються задовшьними.
Технология та устаткування деревообробннх пщприсмств
Незважаючи на те, що добавки олова, свинцю зменшують зное мщного дроту вш, все ж, в 2-3 рази вищий, шж при терт1 з вуглеграф1том. Оскгпьки зношува-шсть дроту повинна бути мЫмальною (внаслшок складносгп й дороговизни замь ни елекромереж1, пор1вняно з замшою струмозншних вставок), перспективш ма-тер1али для вставок дощльно додатково змащувати вуглеграфггом. Зразки з цих сплавт ¡з розм1щеними у них вуглеграф1товими вкладками незначно, як I вугле-граф1тов1, зношують контактний др1т 1 прийнятш для формування тролейбусних вставок.
Рис. 4. Металовуглеграфгтова вставка струмознЫача для натурных випробувань
Вставки для натурних випробувань (рис. 4) виготовляли ¡з сплав1в А1-2 %, Си-2 %, 2,2 % з добавками 10 % Бп, 10 % РЬ 1 5 % Бп +10 % РЬ. Випробування проводили л ¡том на двох тролейбусних маршрутах в умовах м. Львова. Тролейбу-си з дослщними вставками експлуатувались одночасно з оснащеними вуглеграфи товими. Встановлено, що довгов^чшсть перших у суху погоду в 5-8 раз1в, а у до-щову в 2-3 рази вища, шж вуглеграф!тових.
Якщо тролейбусж вставки можуть експлуатуватися без змащування, то у пантографах трамваУв передбачет канавки, наповнеш консистентним мастилом з граф1товим порошком. Лабораторш досшдження в1дповщних трибопар в умовах граничного змащування (рис. 5) показали суттеве зменшення зношення мщного дроту.
3 §
<3
ж +
д
i
JL
д
а) б)
Рис. 5. Зношування Mamepianie (а) та контактного дроту (б) при шляхах тертя 1-Uf м та 2,5 ■105 м eidnoeidno. а) Зношуван1сть досл1джуваних Mamepianie при mepmi по контактному MiduoMy dpomi за умов граничного змащування (шлях тертя 11(Г м). б) Пстограма зношування мiднoгo дроту при mepmi у napi з вставками з доел id. жуван их Mamepianie (шлях тертя 2,5 • 1(?м)
У цьому випадку вщеутш нарости алюм1шю. Найвища зносостшмсть при-таманна сплавам систем Al-Cu-, Al-Si ¡ AL-Cu-Si. Дещо нижча зносостшюсть цих
152
Збфник иауково-техмЫннх ираць
cruiaeiB з добавками олова чи свиншо. Змащувальний ефект добавок свинцю та олова не проявляеться, але суттеве значения мають оптималыл MiiiHicni властиво-CTi сплав1в.
JliTepaTypa
1.Трофнлов A.II. Контактные вставки тонкосъемников троллейбусов. - М.: Строшпдат, 1966.- 138 с.
2. IIbiiii К.В., Трофилов А.Н., 'Энгельс Г.Г. Тонкосъем городского наземного транспорта. М; Издательство литературы по строительству. 1965 - 262 с.
3. Монлольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. М.: Металлургия. 1979.
-640 с.
4. Чашечкнна Ж.Ю., Орлов Д.Б. Антифрикционные алюминиево-свиицовые сплавы для подшипников скольжения// Трение и износ. - 1996, 17, №6. - С. 802-809.
5. Некоторые структурные особенности материаллов на основе системы Zn-Pb и А1-РЬ, полученных в условиях квазиневесомости/ О.В. Абрамов, Ю.М. Гелфгат, С.И. Семин, М.З. Сорокин, Ж.Ю. Чашечкина// Физика и химия обработки материаллов. - 1981,3. - С. 47-52.
6. Буше H.A., Двоекина В.А., Торочников А.Н. Роль мягких структурньк составляющих в антифрикционньк сплавах// инженерно-физический журнал. - 1959, 11, №4. - С. 38-46.
7. Широков В.В., Василенко IO.I. Зносотривюсгь перспективних MarepianiB вставок стру-мозшмачт мкького електротранспорту. "Эффективность реализации научного ресурсного и промышленного потенциала у современных условиях" (Тематическая подборка и Материалы Первой Промышленной международной научно-технической конференции, 19-23 февраля 2001 г., п.Славское, Львовской обл. - С. 130-132.
УДК 621.793.8, 669.268 В. В. Широков, д.т.н.; с т.н. с. Х.Б. Bacimie - ФМ1
iM Г.В. Карпепка 11 АН Украши
ОСОБЛИBOCTI ФОРМУВАННЯ ДИФУ31ЙНИХ ПОКРИТЬ 31 СПОЛУК У МЕТАЛЕВИХ РОЗПЛАВАХ
Аналогично обгрунтовано та експерименталыю пщтверджено дошльшсть застосу-вання оксид1в металт, як джерел дифузаита для отримання вщповщних покрить у розпла-вах на основi лгпю. Апробовано окснди Сг2Оз, М0О3, W2O5 i шдгверджено правом1ршсть i'x використання. Дослщжено структуру, хйм1чннй, фазовий склад та фпнко-мехашчш вла-cthbocti армко-загиза i сталей, хромованих у рочплаш лтю з оксиду хрому. На ochobi ви-вчення кшетики хромування у Л1тп з рпних джерел дифуэанта встановлено, що застосу-вання СГ2О3 дозволяс 11гтенсиф1кувати пронес нанесения покрить в 1.5-2.0 рази.
V. V. Shyrokov, СИ. В. Vasyliv
Peculiarities of formation of diffusion coatings from compounds in metal melts
It is analytically shown and experimentally approved application metal oxides as the sources of a difl'usant for metallisation in lithium. Structure, chemical and phase composition, mechanical and physical properties of chromized in Li-СггОз steels are investigated. It is established that isothermal exposition of steel in lithium with СГ2О3 gives 1.5-2.0 fold increase in the coating thickness in comparison with process in Li with Cr.
Дифузшш покриття широко застосовуються для тдвищення зносо- та ко-розшноУ стшкост! металевих конструкцшних матер1ал1в. Серед багатьох cnoco6ie нанесення покрить лише окрем! забезпечують ефективний захист поверхонь ви-po6ie складноТ конф1гурацмта з внутр1шшми порожнинами [1]. До останшх нале-жить метап}зац1я у розплавах легкоплавких MeTanie, зокрема, лужних [2|. Метод грунтуеться на явищ1 масопереносу розчинених у транспортному розплав1 компо-нент1в покриття до поверхш вироб1в i дозволяе отримувати р1зноман1тн) за xiMi4-
I exiiojioi ill та усгагкуваиии деревиобриЛник 11 i.lII|>)нмс[ь ] J3
