231 / 457
Материаловедение, динамика и прочность машин и механизмов
231
Согласно данных ремонтных предприятий, около половины стоимости капитального ремонта
машин приходится на запасные части. Поэтому одним из основных источников снижения себестои-
мости ремонта является сокращение затрат на запасные части. Это может быть достигнуто путем ис-
пользования порошковых композиционных материалов при изготовлении деталей лесных машин [1 -
3]. Благодаря возможности варьирования физико-механическими свойствами порошковых спеченных
композиций их можно использовать как для восстановления малонагруженных деталей машин (ре-
дуктора, транспортеры, насосы, компрессоры), так и применительно к тяжелонагруженным деталям
и узлам машин (шасси лесных автомобилей и тракторов). Анализ достижений современного трибома-
териаловедения позволяет сделать вывод о том, что новые антифрикционные материалы для тяжелых
режимов работы должны иметь гетерогенную структуру и состоять из компонентов, существенно разли-
чающихся по твёрдости. Такому строению в большой степени отвечают композиционные порошковые
материалы, получаемые инфильтрацией медным сплавом каркаса на основе сплавов железа. Процесс
изготовления композиционных материалов довольно сложный и включает целый ряд операций, при ко-
торых формируется структура и фазовый состав, обеспечивающие необходимый комплекс механических
и триботехнических свойств. Механические и триботехнические свойства композиционных материа-
лов, получаемых инфильтрацией медным сплавом каркаса на основе железа, определяются: низкой по-
ристостью, получаемой при высокотемпературной инфильтрации; прочностью каркаса, достигаемой
легированием или микролегированием; морфологией медной фазы, формируемой в процессе изотерми-
ческой выдержки после инфильтрации; составом инфильтрата и его содержанием [3 - 11]. Вместе с тем
сведения о свойствах и структуре композиционных материалов весьма разрозненны и даже противоре-
чивы, отсутствуют данные о систематизированных исследованиях механизма формирования структуры
на всех стадиях получения материала и взаимосвязи ее со свойствами, что сдерживает широкое внедре-
ние таких материалов.
В большинстве случаев инфильтрации подвергают заготовки, изготовленные из порошков
средней дисперсности с преобладающим размером частиц 30 - 150 мкм. Такие материалы достаточно
полно исследованы, теоретически и экспериментально определены параметры технологии и состава
для производства изделий широкой номенклатуры с заданными свойствами. Можно предположить,
что процесс инфильтрации каркасов с порами, размерами менее 1 мкм будет иметь свои особенности,
обусловленные размерными факторами. Это относится к кинетике инфильтрации, процессам взаимо-
действия каркаса и инфильтрата, требованиям к технологическим режимам, размерным изменениям
инфильтрованных изделий, их структуре и физико-механическим характеристикам.
Инфильтрация таких материалов до сих пор не исследована и в настоящее время практически
отсутствуют экспериментальные данные по получению ультрадисперсных композиций на основе же-
леза, получаемых инфильтрацией пористого железного каркаса медью и ее сплавами.
Второй задачей, рассматриваемой данной работе является получение заготовок для инфильт-
рации, разработанные в последние годы, методом, состоящим из формования и специальной термо-
обработки порошковых композиций на основе железа, его оксидов и термореактивных смол, подвер-
гаемых в последующем инфильтрации. Такой подход существенно снижает затраты на оснастку и
технология становится высокоэффективной в условиях мелкосерийного производства, что важно для
ремонтных работ.
Методика экспериментального исследования.
В качестве исходных материалов для полу-
чения заготовок использовались:
- порошок железа марки A100S; изготовитель «Höganäs», Швеция
- порошок оксида железа (II, III) окись Electr Oxide 20 (Fe
3
O
4
), изготовитель «Höganäs», Шве-
ция;
- смола фенолформальдегидная жидкая, марка СФЖ-301Б
- материал инфильтрата – латунь марки Л63.
Технология изготовления образцов описана в работе [3]. На рис. 1. приведена обобщенная
технологическая схема изготовления образцов, которая в зависимости от рецептуры композиций
железный порошок-оксид железа – смола – пластификатор позволяет в широких пределах варьиро-
вать величину пористости и размера пор.
Композиции формовались прямым компрессионным прессованием в бруски размерами
10х10х55 мм.
Все образцы перед инфильтрацией имели один тип структуры из взаимопроникающих карка-
сов:
- из губчатого железа, полученного углеродным восстановлением оксидов железа;
- из частиц железа средней дисперсности.