Себя

May 27, 2023

9 января 2023 г.

Поделитесь в своей сети:

Порошковая металлургия уже давно используется для производства пористых деталей, таких как самосмазывающиеся подшипники из бронзы и железа, путем прессования и спекания порошка, при этом поры можно заполнить смазочным маслом, чтобы придать пористым подшипникам низкий коэффициент трения ( COF) и высокой износостойкостью в широком диапазоне применений. Теперь исследователи из Университета Восточной Финляндии и Карельского университета прикладных наук в Йоэнсуу, Финляндия, использовали литье под давлением металлов для производства пористых деталей из нержавеющей стали 17-4 PH. Пористые детали из 17-4 PH пропитаны парафином для обеспечения необходимых самосмазывающихся свойств. Исследователи – М. Култамаа, К. Монкконен, Й. Я. Сааринен и М. Суванто – недавно представили результаты своей работы в статье, опубликованной в Tribology International, Vol. 174, 2022 г., в котором указано, что MIM может производить новые типы пористых самосмазывающихся компонентов из нержавеющей стали с низким коэффициентом трения.

Авторы сообщили, что мартенситный, дисперсионно-твердеющий порошок нержавеющей стали полиМИМ 17-4 PH был смешан с хлоридом натрия (NaCl) с гранулометрическим составом 200–315 мкм в качестве материала заполнителя. Количество NaCl колебалось от 10, 20 до 30 мас.%. В смесь также добавляли 1 мас.% парафина для увеличения сыпучести сырья полиМИМ 17-4 PH, содержащего высокие количества добавленного NaCl во время литья под давлением. Параметры литья под давлением прямоугольных образцов с содержанием NaCl и цилиндрического образца без NaCl приведены в таблице 1. Как видно из таблицы, образцы с 30 мас.% NaCl требовали более высокой температуры формования (210°C), а также более длительное время формования и более высокое давление для компенсации более высокой вязкости и более низкой сыпучести смеси сырья. Выбранные параметры обеспечивали полное заполнение полости формы и, как следствие, равномерное качество образцов при различной пористости, что контролировалось количеством NaCl в исходных смесях.

Удаление связующих отформованных деталей сначала проводили на бане с дистиллированной водой при температуре 60°С в течение 20 ч для удаления материала промежуточного держателя NaCl и водорастворимой части связующего материала в исходном порошковом сырье. Затем коричневые части сушили при 100°C в течение 2 часов. Пористость, основанная на потере массы (%) формованных деталей из нержавеющей стали 17-4 PH до и после удаления связующих, приведена в Таблице 2.

Остатки связующего вещества удалялись из деталей на этапе спекания, которое проводилось при температуре до 1350°С в атмосфере водорода. На рис. 1 показаны СЭМ-изображения поперечного сечения внутренней пористой структуры пористых спеченных образцов нержавеющей стали 17-4 PH. Количество материала держателя пространства (NaCl) при 10 мас.% (а) приводило к пористости 23,2%, при 20 мас.% (б) к пористости 38,4%; и при 30 мас.% (с) наблюдалась пористость 48,2%. Пористость спеченных пористых деталей MIM рассчитывали на основе плотностей, а среднюю плотность непористых образцов с концентрацией 0 мас.% принимали за контрольную точку. Плотность использованного парафина составила 0,90 г/см3.

Полученные пористые спеченные детали из нержавеющей стали 17-4 PH впоследствии нагревали до 100°C и погружали в расплавленный парафин на 15 минут, чтобы обеспечить пропитку открытой пористости. Избыток парафина на поверхности пористых, пропитанных образцов 17-4 PH очищали с помощью N-гептана, чтобы гарантировать, что смазка происходит только за счет парафина, хранящегося в открытой пористости образцов.

Динамические значения коэффициента трения пористых и непористых образцов из нержавеющей стали 17-4 PH измеряли в условиях сухого скольжения и парафиновой смазки. В качестве статических партнеров трения использовались цилиндрические непористые штифты 17-4 РН со сферическим наконечником. Каждое испытание проводилось не менее трех раз на разных образцах для обеспечения повторяемости и постоянства результатов. Использовались нормальные нагрузки 10 и 30 Н с расстоянием скольжения 100 м.

Авторы сообщили, что парафин существенно снижает коэффициент трения скольжения для всех спеченных пористых образцов 17-4 PH при нормальной нагрузке 10 Н. Наименьшие значения коэффициента трения зафиксированы для образцов с 20 и 30 мас.% NaCl. Было обнаружено, что парафин, пропитанный открытой пористостью пористых образцов 17-4 PH, является единственной причиной снижения трения скольжения. Авторы также отметили, что, хотя количество парафина, пропитанного пористыми образцами с концентрацией 10 мас.%, было низким по сравнению с образцами с 20 и 30 мас.%, этого было достаточно для значительного снижения трения (COF = 0,15). Значения COF для образцов с концентрацией 20 и 30 мас.% при нормальной нагрузке 10 Н составляли примерно 0,07. Значения коэффициента трения при нормальной нагрузке 30 Н для спеченных пористых образцов 17-4 РН, пропитанных парафином, оказались аналогичны результатам при нагрузке 10 Н.