Материаловеденье и строение металлов. Экзаменационные билеты с ответами

Билет5
1)Фазовый и структурный анализ диаграммы Fe-Fe

C. Влияние углерода на

механические и технологические свойства сталей.

Железо с температурой плавления 1539 имеет 2 модификации: и . Модификация

существует при температурах до 911

и от 1392 до 1539

, имеет ОЦК решетку.

Модификация

существует при температурах от 911 до 1392

, имеет ГЦК решетку.

Переход Feα→Feγ происходит с изменением объѐма (1%)
Углерод существует в двух модификациях: графита и алмаза.
Феррит (Ф или ) – твердый раствор внедрения углерода в

. Различают

низкотемпературный и высокотемпературный феррит. Предельная концентрация
углерода в низкотемпературном феррите составляет 0,02%, в высокотемпературном –
0,1%. Феррит – мягкая, пластичная фаза со следующими механическими свойствами:

Аустенит (А или ) – твердый раствор внедрения углерода в

. Он имеет ГЦК

решетку. Аустенит пластичен, но прочнее феррита (150-200НВ) при н.у.
Цементит (Ц) – карбид железа

, содержит 6,69% С и имеет сложную ромбическую

решетку. При н.у. цементит тверд (800НВ) и хрупок.
Ледебурит – эвтектическая смесь аустенита и цементита (4,3%С). При охлаждении
ледебурита до температур ниже линии SK входящий в него аустенит превращается в
перлит, и при 20-25 ледебурит представляет собой смесь цементита и перлита. В
таком состоянии цементит образует сплошную матрицу, в которой размещается перлит.
Такое строение ледебурита служит причиной его большой твердости (>600НВ) и
хрупкости.
Перлит – эвтектоидная смесь феррита и цементита (0,8%С). Перлит чаще всего имеет
пластинчатое строение и является прочной структурной составляющей:

Железоуглеродистые сплавы разделяют на 2 группы: стали, содержащие до 2,14% С, и
чугуны.

2)Требования, предъявляемые к материалам для зубчатых колес. Выбор сталей и
их упрочняющей термообработки в зависимости от уровня требуемых свойств.

Основным эксплуатационным свойством зубчатых колес является контактная
выносливость. Она определяет габаритные размеры зубчатой передачи и ресурс ее
работы. Так же требуется сопротивление усталости при изгибе, износостойкость
профилей и торцов зубьев, устойчивость к схватыванию. Наиболее полно этим
требованиям удовлетворяют стали, имеющие твердый поверхностный слой, а так же
вязкую и достаточно прочную сердцевину. Такое сочетание достигается химико-
термической обработкой низкоуглеродистых сталей или поверхностной закалкой
среднеуглеродистых сталей.
Для зубчатых колес, работающих при высоких контактных нагрузках, применяют
цементуемые (нитроцементуемые) легированные стали.
Сильно нагруженные зубчатые колеса диаметром 150-600мм и более изготавливают из
хромоникелевых сплавов 20ХН3А, 12Х2Н4А, 18Х2Н4МА и др. Для менее нагруженных
колес применяют хромистые стали 15Х, 15ХФ, 20ХР и др.
Азотирование гарантирует высокую твердость поверхности, но из-за небольшой
толщины упрочненного слоя возможны подслойные разрушения. Азотирование
целесообразно применять для средненагруженных зубчатых колес сложной
конфигурации, шлифование которых затруднено. Для азотированных колес используют
стали 38Х2МЮА, 40Х, 40ХФА и др.
Поверхностной и объемной индукционной закалке с последующим низким отпуском
подвергают зубчатые колеса малых и средних размеров из сталей с содержанием
углерода 0,4-0,5%.
Зубчатые колеса, работающие при невысоких нагрузках, изготавливают из сталей 40,
50, 40Х, 40ХН и др. после нормализации и улучшения.

Билет6
1. Формирование структуры литых металлов. Влияние скорости охлаждения на
величину зерна. Модифицирование.

Первичная кристаллизация – переход металла из жидкого состояния в твердое с
образованием кристаллической структуры.
Вторичная кристаллизация – образование новых кристаллов в твердом кристаллическом
веществе.
Кристаллизация происходит в том случае, если термодинамический потенциал вещества
в твердом состоянии будет меньше термодинамического потенциала в жидком
состоянии.
Степень переохлаждения

– разница между равновесной

и реальной

температурой кристаллизации. Степень переохлаждения зависит от природы металла.
Она увеличивается с повышением чистоты металла и ростом скорости охлаждения.

Зависимость числа зародышей кристаллов и скорости их роста от степени
переохлаждения.

При

– число зародышей мало, скорость роста отлична от нуля. В результате

кристаллы вырастают до крупных размеров. При

– число зародышей резко

возрастает, скорость роста увеличивается, но кристаллы из-за большого количества не
успевают вырасти до крупных размеров (структура из мелких кристаллов).
Чем мельче кристаллы в структуре металла, тем выше прочность и твердость, меньше
пластичность. Для малых объемов металла

можно изменять за счет изменения

скорости охлаждения.
Модифицирование – технологическая операция, применяемая для измельчения
структуры металлов и сплавов. Она состоит во введении в жидкий сплав перед
разливкой специальных добавок – модификаторов. В качестве модификаторов
используют поверхностно-активные вещества (в сталях бор, в алюминии натрий), а так
же элементы, образующие тугоплавкие тонкодисперсные частицы (титан, цирконий в
алюминии и его сплавах; алюминий, титан в сталях).
Строение металлического слитка.
Зона I: Высокая скорость охлаждения. Структура – мелкие,
равноосные кристаллы.
Зона II: Быстрое охлаждение, большая разность температур,
мелкие кристаллы, растущие навстречу оттоку тепла.
Игольчатые (столбчатые) дендриты.
Зона III: Центральная часть слитка. Медленное охлаждение.
Форма кристаллов: крупные, равноосные. Чем ближе к центру,
тем больше содержание вредных примесей. Примеси можно
удалить механически,
Зона IV: В верхней части слитка, концентрируется наибольшая часть легких примесей

2)Химико-термическая обработка сталей. Цементация, азотирование,
нитроцементация. Режимы, назначение, достоинства и недостатки.

Химико-термическая обработка – технологические процессы, приводящие к
диффузионному насыщению поверхностного слоя деталей различными элементами.
В результате изменения химического состава поверхностного слоя изменяются его
фазовый состав и микроструктура.
Различают 3 стадии процесса ХТО:

Протекают химические реакции в исходной (окружающей) среде, в результате

образуются активные диффундирующие элементы.

Диффундирующие элементы усваиваются насыщаемой поверхностью металла –

происходит адсорбция.

Диффузионное проникновение элемента вглубь насыщаемого металла, которое

сопровождается образованием твердых растворов или фазовой
перекристаллизацией.

Цементация – технологический процесс диффузионного насыщения углеродом.
Происходит при температуре 910-930 .

Обычно после цементации сталь подвергают закалке и низкому отпуску. В итоге
концентрация углерода на поверхности составляет 0,8-1%, структура низкоотпущенного
мартенсита с мелкими сфероидальными карбидами. Твердость поверхности равна 750-
950НВ. Сердцевина детали остается вязкой.
Азотирование – процесс диффузионного насыщения азотом поверхностной зоны
деталей. Применяют для повышения износостойкости и предела выносливости деталей
машин. Происходит при температуре 500-600 .

До азотирования детали подвергают закалке, высокому отпуску (улучшению) и
чистовой обработке, после азотирования детали шлифуют или полируют.
Нитроцементация – совместное диффузионное насыщение стали азотом и углеродом.
Азот способствует диффузии углерода, поэтому можно понизить температуру
диффузионного насыщения до 850 и получить такое же науглероживание, как при

цементации. Нитроцементированный слой хорошо сопротивляется износу и коррозии.
Нитроцементацию широко применяют на автомобильных и тракторных заводах для
упрочнения поверхностей нешлифуемых деталей.

Билет7
1)Элементарная ячейка кристаллической решетки и ее характеристики.
Полиморфизм, анизотропия, их использование в технике.

Кристаллическое тело характеризуется правильным расположением атомов в
пространстве. У аморфных веществ расположение атомов случайно. Кристаллические
вещества образуют кристаллическую решѐтку.
Кристаллическая решѐтка характеризуется элементарной ячейкой.
Элементарная ячейка – кристаллическая решѐтка наименьшего объѐма,
воспроизведение которой в пространстве множество раз создаѐт пространственную
кристаллическую решѐтку. Атомы в пространстве располагаются упорядоченно,
образуя кристаллическую решѐтку.
Для описания элементарной ячейки кристаллической решетки используют 6 величин:
три отрезка, равные расстояниям a,b,c(периоды решетки) до ближайших частиц по осям
координат, и три угла

между этими отрезками. Соотношения между этими

величинами определяются симметрией, согласно которой все кристаллы подразделяют

на 7 систем.

Координационное число – число ближайших равноудаленных частиц (для ОЦК – К8,
для простой кубической решетки – К6, для ГЦК – К12).
Коэффициент компактности – отношение объема всех частиц, приходящихся на 1
элементарную ячейку, ко всему объему элементарной ячейки (для простой кубической
решетки 0,52, для ОЦК – 0,68, для ГЦК – 0,74).
Кристаллографические индексы:

Индексы направления

– выражаются целыми числами

в единицах отрезков

, заключаются в квадратные скобки

Индексы плоскости

– определяют положение плоскости в пространстве.

Выражаются целыми числами

в единицах отрезков

. За индексы берутся

обратные отрезки:

Основные типы элементарных ячеек:
1. Простая кубическая решѐтка: в узлах кубика атомы касаются друг друга.

2. Кубическая объѐмно-центрированная решѐтка

характерна для тугоплавких

металлов. Feα, Ti, W, Nb.

3. Кубическая гранецентрированная решѐтка

. Характерна для пластичных

металлов. Cu, Feγ, Au.
Анизотропия – это зависимость свойств кристалла от направления, возникающая в
результате упорядоченного расположения атомов в пространстве. Анизотропия
наиболее сильно проявляется в кристаллах со структурами, обладающими малой
симметрией. Резко проявляется у моноклинных и ромбических кристаллов и
практически незаметна у кубических.
Анизотропия свойств проявляется при использовании монокристаллов, полученных
искусственным путем. В природных условиях кристаллические тела – поликристаллы,
т.е. состоят из множества мелких различно ориентированных кристаллов. В этом случае
анизотропии нет.
Полиморфизм – способность в твердом состоянии при различных температурах иметь
различные типы кристаллических решеток. Эти кристаллические структуры называют
аллотропическими формами, или модификациями.

2)Серые, ковкие, высокопрочные, вермикулярные чугуны. Их состав, марки,
структуры, способы получения, свойства.

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,14%С и
затвердевающие с образованием эвтектики.
Белыми

называют чугуны, в которых весь углерод находится в связанном состоянии в

виде цементита. Согласно диаграмме состояния Fe – Fe3С белые чугуны подразделяют
на доэвтектические, эвтектические и завтектические. Из-за большого количества
цементита они твердые (450 – 550 НВ), хрупкие и для изготовления деталей машин не
используются.
Серыми называются чугуны с пластинчатой формой графита. По хим.составу разделяют
на обычные и легированные. Обычные серые чугуны – сплавы сложного состава,
содержащие основные элементы: Fe, C, Si и постоянные примеси: Mn, P, S. Содержание
этих элементов в %: 2,2-3 C; 1-3 Si, 0,2-1,1 Mn; 0,02-0,3 P; 0,02-0,15 S.

Углерод оказывает определяющее влияние на качество чугунов, изменяя количество

графита и литейные свойства. Чем выше концентрация углерода, тем больше выделений
графита и ниже механические свойства чугуна. По этой причине максимальное
содержание углерода ограничивается доэвтектической концентрацией. В то же время
снижение его концентрации отрицательно сказывается на жидкотекучести и,
следовательно, на литейных свойствах чугуна.

Кремний обладает сильным графитизирующим действием; способствует выделению

графита в процессе затвердевания чугунов и разложению выделившегося цементита.

Марганец затрудняет графитизацию чугунов, несколько улучшает их механические

свойства.

Сера – вредная примесь. Она ухудшает механические и литейные свойства чугунов:

понижает жидкотекучесть, увеличивает усадку и повышает склонность к образованию
трещин.

Фосфор в количестве до 0,3% растворяется в феррите, при большой концентрации он

образует с железом и углеродом тройную «фосфидную» эвтектику, она имеет низкую
температуру плавления (950

С), что увеличивает жидкотекучесть чугунов, но высокую

твердость и хрупкость.

Механические свойства серых чугунов зависят от свойств металлической основы и

главным образом от количества, формы и размеров графитных включений. Прочность,
твердость и износостойкость чугунов растут с увеличением перлита в металлической
основе, которая по строению аналогична сталям.

Марка серого чугуна состоит из букв СЧ и цифры, показывающей уменьшенное в 10

раз значение временного сопротивления при растяжении. СЧ10, СЧ15, СЧ25, СЧ35.
Высокопрочными

называют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. Их

получают модифицированием магнием, который вводится в жидкий чугун в количестве
0,02 – 0,08 %.
Чугун после модификации имеет состав, %: 3,0-3,6 C; 1,1-2,9 Si, 0,3-0,7 Mn; до 0,1 P; до
0,02 S.
По структуре металлической основы высокопрочный чугун может быть ферритным или
перлитным. Ферритный чугун в основном состоит из феррита и шаровидного графита;
допускается до 20 % перлита. Структура перлитного чугуна – сорбитообразный или
пластинчатый перлит и шаровидный графит; допускается до 20 % феррита.

Шаровидный графит – менее сильный концентратор напряжений, чем пластинчатый,

поэтому он меньше снижает механические свойства металлической основы. Чугуны с
шаровидным графитом обладают более высокой прочностью и некоторой
пластичностью.

Марка высокопрочного чугуна состоит из букв ВЧ и числа, обозначающего

уменьшенное в 10 раз значение временного сопротивления. ВЧ35, ВЧ45, ВЧ60, ВЧ80,
ВЧ100.

В чугунах с вермикулярным графитом

структура формируется под действием

комплексного модификатора, содержащего магний и редкоземельные металлы. Графит
приобретает шаровидную форму (до 40 %) и вермикулярную – в виде мелких тонких
прожилок – форму.
Чугун после модификации имеет состав, %: 3,1-3,8 C; 2,0-3,0 Si, 0,2-1,0 Mn; до 0,08 P; до
0,025 S.

Чугуны с вермикулярным графитом производят четырех марок: ЧВГ 30, ЧВГ 35, ЧВГ

40, ЧВГ 45 (Число обозначает то же самое, что и раньше).

По механическим свойствам ЧВГ занимают промежуточное положение между

серыми и высокопрочными чугунами.
Ковкие чугуны. Это чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Их
получают отжигом белых доэвтектических чугунов. По этой причине графит ковких
чугунов углеродом отжига. Обладают по сравнению с серыми более высокой
прочностью и пластичностью. Отливки , подвергаемые отжигу на ковкие чугуны,
изготавливают тонкостенными. Сечение <50 мм.
Имеют след.химический состав, %: 2,4-2,9 C; 1,0-1,6 Si, 0,2-1,0 Mn; до 0,18 P; до 0,2 S.
По структуре металлической основы, которая определяется режимом отжига, ковкие
чугуны бывают ферритными и перлитными.
Отжиг на ферритные чугуны проводят по режиму 1, обеспечивающему графитизацию
всех видов цементита белых чугунов. В результате такого отжига (70-80ч) весь углерод
выделяется в свободном состоянии и формируется структура, состоящая из феррита и
углерода отжига.
Перлитный ковкий чугун получают отжигом, который проводят в окислительной среде
по режиму 2. В этом случае увеличивается продолжительность первой стадии
графитизации. Чугун приобретает структуру, состоящую из перлита и углерода отжига.
Отсутствие литейных напряжений, компактная форма и изолированность графитгых
включений обусловливают высокие мех.свойства.
Маркируют ковкие чугуны буквами КЧ и числами как в предыдущих случаях.
Недостаток ковких чугунов – продолжительный дорогостоящий отжиг.

Билет8
1)Виды термической обработки: отжиг, закалка, отпуск, старение. Использование
диаграмм состояния двойных сплавов для определения возможных видов
термической обработки.

1) Отжиг – термическая обработка, заключающаяся в нагреве стали выше

критической температуры (структура аустенит), выдержки и медленном охлаждении.
Задача отжига – получение более или менее равновесной структуры металла.
Существует отжиг первого и второго рода.

Отжиг первого рода направлен на возвращение в равновесное состояние металла,

подвергнутого предварительной пластической деформации.

Отжиг первого рода проходит в две стадии: 1) возврат 2) рекристаллизация. В
результате пластической деформации в металле возникает особая структура, при
которой большинство кристаллов оказывается
деформированными в одном направлении.

Металл, свойства которого были одинаковы

во

всех

направлениях

из-за

произвольной

хаотической ориентации кристаллов приобретает
преимущественные направления распределения свойств. Устранить влияние
пластической деформации на структуру металла можно двумя способами.

1) Возврат – нагрев металла до относительно низких температур. Результат –
искаженная форма кристаллов сохраняется, снимаются внутренние напряжения в
структуре. В результате твердость и прочность незначительно уменьшаются,
уменьшается склонность к хрупкому разрушению.

2) Рекристаллизация – нагрев до высоких температур: чистые металлы – до t

0,2-0,3t

пл

; чистые сплавы – до t

= 0,5-0,6t

пл

; технические сплавы – до t

= 0,8-0,9t

пл

. Под

действием  высоких  температур  происходит  полная  перестройка  кристаллической
структуры  металла.  Вместо  деформированных  кристаллов  в  твердом  состоянии
происходит  зарождение  и  рост  новых  равновесных  кристаллов.  Свойства  металла
возвращаются к исходным – бывшим до деформации.

Отжиг второго рода заключается в нагревании стали выше критической

температуры аустенита, выдержки и охлаждении. Направлен на перевод стали,
находящейся в неравновесном состоянии после предварительной термической
обработки в равновесное состояние.

Левый нижний угол диаграммы железо-цементит.

I. Полный отжиг. Нагрев до температуры 900–1000° C. Как результат: происходит

выравнивание химического состояния (исчезновение ликваций); образуется полностью

равновесная структура. Следы предварительной термообработки полностью

исчезают. Происходит рост зерна аустенита (гомогенизация).

II. Полный отжиг. Структура металла переходит в более равновесное состояние.

Ликвации сохраняются, роста зерна не происходит.

III, IV. Неполный отжиг. Происходит уменьшение степени неравновесности,

частично сохраняются следы предварительной термообработки.
Сорероидизация, применяется для заэвтектоидных сталей (С>0,8%). Цель – образование
сферического цементита.

Исчезает цементный скелет. Кристаллы цементита приобретают правильную
сферическую форму. Результат – улучшение механических свойств металла,
уменьшение хрупкости, увеличение вязкости.

2) Закалка – вид термической обработки, заключающийся в нагреве стали выше

критической температуры (структура аустенит), выдержки при этой температуре и
охлаждении со скоростью выше критической (структура мартенсит). Цель: повышение
твердости и прочности стали.

Критическая скорость охлаждения – минимальная скорость охлаждения стали,

при которой не происходит распада аустенита с образованием перлита (t = 727° C).

При охлаждении со скоростью v

кр

кривая охлаждения касательна к линии начала

распада А. При скорости v

кр

– низкая скорость охлаждения – идет процесс распада А,

закалки не происходит. При v

кр

– происходит закалка с образованием мартенсита.

При v

кр

происходит неполная закалка, часть кристаллов А распадается, часть –

превращается в мартенсит.

Выбор температуры нагрева стали под закалку.

Условия выбора:
1) Образование аустенитной структуры должно

пройти полностью за относительно непродолжительное
время.

2) Не должно происходить увеличения размеров

зерна аустенита вследствие нагрева.

Результаты закалки при разных условиях:
1) Температура выше оптимальной: превращение

происходит быстро, увеличиваются размеры кристаллов аустенита, следовательно
возможно ухудшение свойств закаленной стали.

2) Температура оптимальная: превращение происходит быстро, результат

качественный.

3) Температура ниже оптимальной: Закалка возможна, но недопустимо сильно

увеличивается время выдержки.

4) Температура ниже критической: Аустенит образуется частично. Результат –

неполная закалка.

Интервал температур определен экспериментально. Для заэвтектоидных сталей

температура  нагрева  на  20–50°  C  выше  линии  SK.  Причина:  углерод  как  легирующий
элемент способствует повышению устойчивости аустенита.
Для  заэвтектоидных  сталей  закалка  с  температурой  выше  линии  SK  приводит  к
высокому содержанию углерода в аустените. После закалки при низких температурах в
структуре  находится  много  остаточного  аустенита,  как  следствие  уменьшается
твердость.

После закалки при температуре на 20–50° C выше линии SK, избыточный углерод

остается в виде цементита, содержание углерода в аустените пониженное, аустенит

Билет9
1)Закалка сталей. Оптимальная температура закалки углеродистых сталей.
Влияние легирующих элементов на критическую скорость закалки. Внутренние
напряжения в закаленных сталях.

Закалка

Конструкционные стали подвергают закалке и отпуску для повышения прочности и

твердости, получения высокой пластичности, вязкости и высокой износостойкости, а
инструментальные – для повышения твердости и износостойкости.

Основными параметрами являются температура нагрева и скорость охлаждения.

Продолжительность нагрева зависит от нагревательного устройства, по опытным
данным на

мм сечения затрачивается: в электрической печи –

1,5…2

мин.; в

пламенной печи –

мин.; в соляной ванне –

0,5

мин.; в свинцовой ванне –

0,1…0,15

мин.

По температуре нагрева различают виды закалки:
–

полная,

с температурой нагрева на

30…50

выше критической температуры

Применяют ее для доэвтектоидных сталей. Изменения структуры стали при нагреве

и охлаждении происходят по схеме:

Неполная закалка доэвтектоидных сталей недопустима, так как в структуре остается

мягкий феррит. Изменения структуры стали при нагреве и охлаждении происходят по
схеме:

–

неполная

с температурой нагрева на

30…50

выше критической температуры

Применяется для заэвтектоидных сталей. Изменения структуры стали при нагреве и

охлаждении происходят по схеме:

После полной закалки заэвтектоидных сталей получают дефектную структуру

грубоигольчатого мартенсита.

Заэвтектоидные стали перед закалкой обязательно подвергают отжигу –

сфероидизации, чтобы цементит имел зернистую форму.

Охлаждение при закалке.
Для получения требуемой структуры изделия охлаждают с различной скоростью,

которая в большой степени определяется охлаждающей средой, формой изделия и
теплопроводностью стали.

Режим охлаждения должен исключить возникновение больших закалочных

напряжений. При высоких скоростях охлаждения при закалке возникают внутренние
напряжения, которые могут привести к короблению и растрескиванию.

Внутренние напряжения, уравновешиваемые в пределах макроскопических частей

тела, называются напряжениями I рода. Они ответственны за искажение формы
(коробление) и образование трещин при термообработке. Причинами возникновения
напряжений являются:

различие температуры по сечению изделия при охлаждении;

разновременное протекание фазовых превращений в разных участках

Закаливаемость –

способность стали приобретать высокую твердость при закалке.

Закаливаемость определяется содержанием углерода. Стали с содержанием углерода

менее

0,20 %

не закаливаются.

Прокаливаемость –

способность получать закаленный слой с мартенситной и

троосто-мартенситной структурой, обладающей высокой твердостью, на определенную
глубину.

За глубину закаленной зоны принимают расстояние от поверхности до середины

слоя, где в структуре одинаковые объемы мартенсита и троостита.

Чем меньше критическая скорость закалки, тем выше прокаливаемость. Укрупнение

зерен повышает прокаливаемость.

Если скорость охлаждения в сердцевине изделия превышает критическую то сталь

имеет сквозную прокаливаемость.

Нерастворимые частицы и неоднородность аустенита уменьшают прокаливаемость.
Характеристикой прокаливаемости является

критический диаметр.

Критический диаметр

– максимальное сечение, прокаливающееся в данном

охладителе на глубину, равную радиусу изделия.

С введением в сталь легирующих элементов закаливаемость и прокаливаемость

увеличиваются (особенно молибден и бор, кобальт – наоборот).

2)Антифрикционные материалы, используемые в узлах скольжения. Факторы,
влияющие на коэффициент трения и пути его уменьшения.

Антифрикционные материалы (пористость 15…30 %),

широко применяющиеся для

изготовления  подшипников  скольжения,  представляют  собой  пористую  основу,
пропитанную маслом. Масло поступает из пор на поверхность, и подшипник становится
самосмазывающимся,  не  требуется  подводить  смазку  извне.  Это  существенно  для
чистых производств (пищевая, фармацевтическая отрасли). Такие подшипники почти не
изнашивают  поверхность  вала,  шум  в  3…4  раза  меньше,  чем  от  шариковых
подшипников.

Подшипники работают при скоростях трения до 6 м/с при нагрузках до 600 МПа.

При меньших нагрузках скорости скольжения могут достигать 20…30 м/с.
Коэффициент трения подшипников – 0,04…0,06.

Для изготовления используются бронзовые или железные порошки с добавлением

графита (1…3 %).

Разработаны подшипниковые спеченные материалы на основе тугоплавких

соединений (боридов, карбидов и др.), содержащие в качестве твердой смазки
сульфиды, селениды и гексагональный нитрид бора. Подшипники могут работать в
условиях вакуума и при температурах до 500

С.

Применяют металлопластмассовые антифрикционные материалы: спеченные

бронзографиты, титан, нержавеющие стали пропитывют фторопластом. Получаются
коррозионностойкие и износостойкие изделия. Срок службы металлопластмассовых
материалов вдвое больше, чем материалов других типов.

Фрикционные материалы (пористость 10…13 %)

предназначены для работы в

муфтах сцепления и тормозах. Условия работы могут быть очень тяжелыми: трущиеся
поверхности мгновенно нагреваются до 1200

С, а материал в объеме – до 500…600

С.

Применяют спеченные многокомпонентные материалы, которые могут работать при
скоростях трения до 50 м/с на нагрузках 350…400 МПа. Коэффициент трения при
работе в масле – 0,08…0,15, при сухом трении – до 0,7.

По назначению компоненты фрикционных материалов разделяют на группы:
а) основа – медь и ее сплавы – для рабочих температур 500…600

С, железо, никель и

сплавы на их основе – для работы при сухом трении и температурах 1000…1200

С;

б) твердые смазки – предотвращают микросхватывание при торможении и

предохраняют фрикционный материал от износа; используют свинец, олово, висмут,
графит, сульфиты бария и железа, нитрид бора;

в) материалы, обеспечивающие высокий коэффициент трения – асбест, кварцевый

песок, карбиды бора, кремния, хрома, титана, оксиды алюминия и хрома и др.

Примерный состав сплава: медь – 60…70 %, олово – 7 %, свинец – 5 %, цинк –

5…10%, железо – 5…10 %, кремнезем или карбид кремния – 2…3 %, графит – 1…2 %.

Из фрикционных материалов изготавливают тормозные накладки и диски. Так как

прочность этих материалов мала, то их прикрепляют к стальной основе в процессе
изготовления (припекают к основе) или после (приклепывают, приклеивают и т.д.).

Материаловеденье и строение металлов. Экзаменационные билеты с ответами - часть 2