Определение сопротивления скольжению твердого сплава на основе карбида титана о мерзлый грунт

Краткие сообщения

УДК 621.89: 620.178.1« В. В. АКИМОВ

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЮ ТВЕРДОГО СПЛАВА НА ОСНОВЕ КАРБИДА ТИТАНА О МЕРЗЛЫЙ ГРУНТ

Представлены результаты экспериментальных исследований по определению сопротивления скольжению твердосплавного композиционного материала и некоторых металлов и сплавов о мерзлый грунт. Установлено, что твердый сплав на основе НС со связующей фазой ТМ и добавкой И имеет относительно малое сопротивление скольжения по сравнению с другими испытанными металлами и сплавами.

Методика исследований. В данной работе приведены результаты экспериментальных исследований по определению сопротивления скольжению твердого сплава TiC-TiNi-Ti, атакже некоторых металлов и сплавов при скольжении по мерзлому грунту. Образцы композиционного материала готовили по следующей технологии. Смешивали мелкие порошки TiC, TiNi, Ti в определенной пропорции, затем их перемешивали в механической мешалке в течении суток при температуре 20°С. В перемешанную смесь порошков TiC-TiNi-Ti добавляли 6% раствор пластификатора (каучук на чистом бензине). Смесь сушили 24 часа при комнатной температуре, а затем просеивали с использованием сита размером 800 мкм. Образцы готовили методом холодного прессования под давлением 100-200 МПа с последующим вакуумным спеканием при температуре 1350°С по известной технологии [1,2].

Также исследовались образцы из свинца, меди, дюралюминия, стали 110 Г 13, безвольфрамовых сплавов ТН-20, КНТ-16, которые имели форму цилиндра с диаметром 10мм и высотой 12 мм. Основании цилиндров, контактирующих с мерзлым грунтом, придавали форму усеченного конуса. Угол между образующей конуса и контактирующей поверхностью образца равен 10°.

Мерзлый грунт, состоящий из глины и песка в объемном отношении 3:2 и доведенный до абсолютной влажности 25%, готовили в ящиках размером 350х хЮООх 150 мм. Грунт уплотняли, разглаживали его поверхность и, установив строго горизонтально, замораживали до температуры -30°С.

Известно, что большинство дорожных и сельскохозяйственных машин работают, как правило, при скоростях 10-12 м/с. Это определило условия проведения экспериментов при работе с мёрзлым грунтом [3,4]. К ящику установки, в котором находится замороженный грунт (рис.1), крепилась лебёдка которая обеспечивала наматывание тросика на барабан с за-

для определения коэффициента трения в твердых сплавах при трении о мерзлый грунт: 1 — кольцо с отверстиями под утлом 120° друг к другу;

2 — образцы из исследуемого материала;

3 — мерзлый грунт; 4 — тросик; 5 — тензодатчик;

6 — электродвигатель с редуктором и муфтой; 7 — магазин сопротивления

данной скоростью. Для скоростей (10—12 м/с) теплопроводность нового твердого сплава удовлетворяет условиям работы при скольжении по мерзлому грунту и приводит к незначительному повышению температуры в зоне трения. Тросик через тензодатчик крепился к кольцу, в гнезде которого через 120° вставлялись образцы (из одного материала) для испытания (рис. 1). Сверху кольцо прижимали силой Рн (табл. 1). Сигнал, снимаемый с тензодатчика поступал на потенциометр, изменял напряжение подаваемое на электродвигатель постоянного тока для поддержания постоянного числа оборотов от нагрузки.

Анализируя полученные значения сопротивления скольжению (табл. 1) можно сделать следующую выводы. Сопротивление скольжению твердого сплава (50Т1С-40Т1Н1- 10X1) об%, в момент разрушения грунта при наибольшей силе нормального давления Рн наименьшее и равно51,45Н, в то время как для сплавов КНТ-16, ТН-20, стали 110Г13, дюралюминия, меди и свинца эти показатели значительно выше.

При анализе состояния изнашивания поверхностей трения образцов было установлено, что микронеровность исследуемой поверхности твердого сплава

Таблица I

Значения сдвигового нагружения при скольжении по мерзлому грунту

FH, Н Сдвиговые нагружения

свинца меди дюралюминия Сталь 110Г13 Сплав ТН-20 Сплав КНТ-16 Сплав TiC-TiNi-Ti

85 9,35 42,5 60,35 10,2 9,35 9,35 8,5

125 58,75 75 102,5 20 16,25 0,14 15

185 101,75 116,55 153,55 55,5 46,25 46,25 27,75

245 104,15 171,5 203,35 115,15 93,1 93,1 51,45

50ГПС-40'П№-10'П об% не изменилась. На других материалах наблюдалось врезание частиц грунта в поверхность образцов. Износ поверхности исследуемого материала при трении о мерзлый грунт проявляется тем выще, чем меньше твердость образца.

Увеличение сопротивления скольжению с ростом нагрузки можно объяснить изменением механической составляющей трения, в зависимости от вида фрикционного взаимодействия. При минимальных нагрузках основную роль играет адгезионная составляющая взаимодействия. С ростом нагрузки к адгезии добавляется упругая, а затем пластическая деформация материала, за счет смятия и оттеснения материала образца абразивными частицами грунта. При дальнейшем росте нормальной нагрузки, возникает более глубокое внедрение абразивных частиц грунта в материал, что вызывает микрорезание, т.е. вырывание материала образца абразивными частицами. Перечисленные фрикционные взаимодействия присущи материалам с твердостью меньшей твердости абразивных частиц. В данном случае это характерно для свинца, меди, дюралюминия. Для стали 110 Г13 с твердостью 60 НЕС, твердых сплавов ТН-20, КНТ-16 с 90 НЛА и нового сплава 50*ПС-40'П№-10Т1 об% с твердостью 87 НЯА разрушение поверхности при абразивном износе носит несколько иной характер, ближе к квазихрупкому разрушению с микропластической деформацией. Это разрушение обусловлено возникновением концентратов напряжений: микротрещин, пор, наличия царапин, скопления большого количества дислокаций, мешающих относительному перемещению других дефектов, при рассеянии энергии и перераспределении нагрузки.

Выводы. Проведённые исследования показывают, что сплав на основе Т1С со связующей фазой "П№

и добавками Ii имеет относительно малое сопротивление скольжению о мерзлый грунт, обладает большой износостойкостью по сравнению с другими испытанными сплавами, сталью и металлами. Это позволяет сделать вывод о его пригодности для изготовления рабочих opj анов строительных, дорожных, горнодобывающих, сельскохозяйственных машин, и повысить, надежность и экономический потенциал техники, работающей в условиях высоких динамических нагрузок.

Библиографический список

1. Акимов В. В., Кульков С.Н., Панин В.Е. и др. Влияние добавок бора на фазовый состав TiC-TiNi // Порошковая металлургия 1985. - №8. - С. 63-65.

2. АкимовВ.В.,Калачевский Б.А., ПластининаМ.В. и др. Изучение процессов спекания и формирование структур сплавов на основе TiC с неравновесным состоянием связующей фазыТПМ) // Омский научный вестник. - 2002. - Вып. 19. - С. 76-78.

3. Фролов К.В. Методы совершенствования машин и современные проблемы машиноведения. М.: Машиностроение, 1984.205с.

4. Кочаев В.П., Дроздов Ю.М. Прочность и износостойкость деталей машин:Учебн. пособие. - М.:Высш. школа, 1991. — 196с.

АКИМОВ Валерий Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология конструкционных материалов».

Поступила в редакцию 26.04.06. ©Акимов В. В.