Отраслевое машиностроение

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

ОЦІНКА КОЕФІЦІЄНТІВ ТЕРТЯ ВУГЛЕЦЕВИХ МЕТАЛОКЕРАМІЧНИХ БАГАТОКОМПОНЕНТНИХ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ

Запорізька державна інженерна академія

Успіхи сучасного розвитку матеріалознавства значною мірою визначаються вивченням залежностей експлуатаційних характеристик багатокомпонентних композиційних матеріалів на основі вуглецю, яких розробляють, від їх складу та способів одержання.

У роботі виконано експериментальні дослідження коефіцієнтів тертя багатокомпонентних вуглецевих металокерамічних композиційних матеріалів триботехнічного типу, а також розробку математичної моделі прогнозування коефіцієнтів тертя й оцінку її адекватності.

Вуглецеві металокерамічні композиційні матеріали, що розглядаються, характеризуються наявністю твердих компонентів змащуючого типу [лускатий графіт (ЛГ) та порошкоподібні відходи механічної обробки графітованих електродів (Г), середній діаметр частинок – 97 мкм], зміцнюючих компонентів [порошки диоксиду алюмінію (ДА), середній діаметр частинок – 54,9 мкм і карбіду титану (КТ), середній діаметр частинок – 47,0 мкм] і компонентів, що зв’язують [порошок алюмінію (ПАВ) і алюмінієва пудра (ПА)].

Серії дослідних зразків одержували методом двостороннього гарячого пресування за температури 450 ± 10 °С і питомого тиску – 270 МПа.

Експерименти щодо визначення коефіцієнтів тертя виконували на машині тертя СМТ-1М з використанням схеми «диск-колодка». Диск діаметром 30 мм виготовляли із сірого чавуну з полірованою робочою поверхнею, зразок з досліджуваного композиційного матеріалу – у вигляді паралелепіпеда з розмірами 10 х 16 х 11 мм. Сторону з розмірами 16 х 11 мм заздалегідь притирали щодо робочої поверхні диска. Швидкість ковзання складала 3 м/с, температура у зоні тертя – 35 °ЗС.

Коефіцієнти тертя k_тер обчислювали з використанням співвідношення:

, (1)

де М_тер – момент тертя ; F_тер – сила тертя; R – радіус тертя; Р – сила тиску.

Поверхню початкових матеріалів (лускатого графіту, диоксиду алюмінію, карбіду титану та графіту) заздалегідь піддавали активації з використанням хлориду олова перед нанесенням електролітичного нікелевого покриття товщиною 0,7…5,4 мкм.

Склад серій зразків і результати експериментів щодо основних характеристик вуглецевих металокерамічних композиційних матеріалів триботехнічного типу подано у табл. 1.

Таблиця 1 - Характеристики багатокомпонентних композиційних матеріалів триботехнічного типу.

Номер серії	Склад досліджуваних композиційних матеріалів, %						Твер-дість, МПа	Коефіцієнт тертя, kтер
	ЛГ	Г	ДА	КТ	ПАВ	ПА		дослід	розрахунок
1	5,0	-	70,0	-	-	25,0	970	0,12	0,14
2	10,0	20,0	-	-	50,0	20,0	915	0,22	0,21
3	10,0	75,0	-	-	15,0	-	2918	0,14	0,16
4	15,0	30,0	-	-	40,0	15,0	1326	0,20	0,21
5	20,0	19,0	-	48,0	-	13,0	1660	0,19	0,20

Багатокомпонентні вуглецеві металокерамічні композиційні матеріали подавали у вигляді середовища класу В₂, де на елементах другого порядку мализни закладено характеристики всіх компонентів композита: модулі пружності компонентів, їх коефіцієнти тертя та об’ємний вміст [2].

У цьому разі на поверхні тертя формується загальна сила тертя, яка одержана підсумовуванням індивідуальних сил тертя, що створюються кожним компонентом композиційного матеріалу та визначаються як добуток коефіцієнта тертя відповідного компонента на зусилля його притиснення до поверхні тертя.

Розрахункове значення глобального коефіцієнта тертя у формулюванні роботи [2] з інженерною точністю можна розрахувати за формулою:

, (2)

де k_i – коефіцієнт тертя компонента композиційного матеріалу з номером i; Е_i,  Р_i – модуль пружності та об’ємний вміст компонента з номером i відповідно; Е_М – модуль пружності композиційного матеріалу; N – кількість компонентів у матеріалі.

Розрахункові значення коефіцієнтів тертя досліджуваних серій зразків багатокомпонентних вуглецевих металокерамічних композиційних матеріалів подано у табл. 1. Рівень відхилення експериментальних значень коефіцієнтів тертя від розрахункових величин не перевищує 14 %.

Література:

1. Моделювання процесу зношення багатокомпонентних композиційних матеріалів у зоні тертя [Текст] / В. О. Скачков, С. А. Воденніков, В. І. Іванов та ін. // Проблеми трибології. – 2008. – № 2. – С. 56-60.

2. Кузьменко, А. Г. Глобальный и локальный коэффициенты трения и объяснения их зависимости от давления [Текст] / А. Г. Кузьменко // Проблеми трибології. – 2008. – № 2. – С. 69-89.