Галузеве машинобудування

Скачков В.О., Іванов В.І., Мосейко Ю.В.

Дослідження триботехнІчНих характеристик ПЛАСТИНЧАСТОГО Й ОБ'ЄМНОГО пІрографІтУ

Запорізька державна інженерна академія

Високотемпературний пірографіт, одержаний осадженням із газової фази за температури 2200...2400 °С можна віднести до найбільш стійких матеріалів до зовнішніх умов експлуатації. Під час підвищення температури міцність пірографіту в площині його осадження зростає, сягає максимуму за температури 2800 °С, який складає 320…350 МПа [1].

Структури пластинчастого й об’ємного пірографіту значно відрізняються одна від одної. Пластинчастий пирографит складається з плоских вуглецевих шарів, які мають низькі характеристики міцності в напрямі, перпендикулярному до шарів. Конуси зростання такого пірографіту в площині осадження вуглецю мають сфероподібний вихід і малий ефективний діаметр (1…3 мм), а у площині, що перпендикулярна поверхні осадження, видно окремі шари вуглецю, при цьому деякі з них розділено аморфним вуглецем – сажею.

Об’ємний пірографіт має значно виражені конуси зростання, де атомні вуглецеві площини мають конусоподібний вигляд. У площині, що перпендикулярна до поверхні осадження, структура об’ємного пірографіту подана конусами зростання, які мають куполоподібні , хаотично розташовані вуглецеві шари, а у площині осадження вуглецю вихід конусів зростання також має куполоподібний вигляд, проте їх хаотичний переріз створює вид лінійних багатокутних фігур.

Методом рентгеноструктурного аналізу вивчали міжплощинну відстань d₀₀₂, висоту кристалітів L_c і рівень залишкових мікроструктурних деформацій e_зал. Межу міцності на вигин зразків пірографіту визначали за стандартною методикою на машині FP-100.

У табл. 1 подано залежність межі міцності на вигин s_в об’ємного пірографіту від висоти кристалітів L_c за міжплощинної відстані d₀₀₂ = 3,425.

Таблиця 1 – Залежність межі міцності на вигин від висоти кристалітів

для об’ємного пірографіту

Lc, Å	75	80	85	90	95	100	105	110
sв, МПа	20,0	22,3	23,7	24,3	24,4	24,1	23,4	21,5

На величину триботехнічних характеристик значно впливає рівень залишкових мікроструктурних деформацій e_зал, які, в свою чергу, залежать від висоти кристалітів, міжплощинної відстані та товщини об’ємного пірографіту.

Регресійне рівняння, що визначає рівень залишкових мікроструктурних деформацій від зазначених парметрів, подається у вигляді:

, (1)

Дослідження триботехнічних характеристик пірографіту за умов сухого тертя проводили за схемою «диск-колодка». Диск виконували з сірого чавуну, зразки у вигляді колодки виконували з урахуванням анізотропії обох видів пірографіту. Напрям площини тертя по відношенні до поверхні осадження складав 0, 45 і 90°. Випробування проводили на машині тертя СМТ-1М за стандартною методикою. Коефіцієнти тертя визначали за зміряним моментом тертя при заданому навантаженні на зразок (табл. 2).

З аналізу даних табл. 2 витікає, що із збільшенням питомого тиску величина коефіцієнта тертя змінюється істотно нелінійно. Найбільше значення коефіцієнта тертя відповідає питомому тиску 0,80 МПа. Збільшення питомого тиску до 1,50 МПа обумовлює зниження коефіцієнта тертя на 21…37 % у площині осадження, на 6…10 % під кутом 45° і 0,18…0,20 % під кутом 90°.

Максимальне значення коефіцієнта тертя відповідає площині ковзання, яка спрямована перпендикулярно до поверхні осадження. У цьому напрямі пірографіт не має самозмазувальної спроможності, яка обумовлена зрушенням базових вуглецевих площин одна від одної.

Таблиця 2 – Коефіцієнти тертя об’ємного та пластинчастого пірографіту

Вид зразка пірографіту	Питомий тиск, МПа	Напрям площини тертя
		0о	45о	90о
Об'ємний	0,55	0,070	0,075	0,217
	0,80	0,192	0,200	0,500
	1,50	0,150	0,180	0,400
Пластинчастий	0,55	0,070	0,080	0,270
	0,80	0,192	0,225	0,360
	1,50	0,120	0,210	0,296

Для площин ковзання, розташованих під кутом 45°, з’являється можливість для зрушення окремих базових вуглецевих поверхонь. У роботі [2] показано, що міжплощинна міцність у пірографіті практично зіставлена із рівнем залишкового напруження. Поява сили тертя, спрямованої паралельно або під невеликим кутом до базових вуглецевих шарів, створює умови їх відривання за окремими мікроділянками. Це обумовлює появу явища самозмазування та зниження коефіцієнта тертя практично у 2,0…2,5 разів. У разі збігання площин ковзання та поверхні осадження пірографіту реалізується механізм самозмазування та тертя має мінімальне значення.

Література

1. Свойства конструкционных материалов на основе углерода [Текст] : справочник ; под ред. В. М. Соседова. – М. : Машиностроение, 1975. – 335 с.

2. Скачков, В. А. Исследование остаточного напряженного состояния в пластинчатом пирографите [Текст] / В. А. Скачков, В. И. Иванов, А. В. Карпенко // Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании. Технические науки : сб. научн. трудов. – Одесса : ИМФ Украины, 2008. – Т. 4. - С. 43-45.