книги / Прогнозирование триботехнических характеристик порошковых материалов

а

Рис. 4. Фрактограммы об­ разцов из железа марки ПЖ4М2: а - после прессо­ вания, х 500; 6 - П = 18 %, х 200; в - П = 10% ,х700

тости из Железа той же марки ПЖ4 М2 имели К\с* = 2 0 ...21 МН/м3/2 , излом вязкий ямочный, транскристаллитный. Другие механические свойства воз­ растали менее значительно: Стд - с 180 до 320 МПа, сто,2 ~ œ Ю0 до МО МПа

и8 - с 10 до 16 %, излом вязкий транскристаллитный.

ип

?юН

со

С

2

л 6Н

—I

ю15

8 , %

Рис. 5. Корреляционная зависимость между механическими свойствами и вязкостью

разрушения образцов, спеченных в вакууме

Функция К[с (П) для образцов из железа марки ОсЧ 6-2 выше и имеет немонотонный участок при П от 3 до 7 % (см. рис. 2 ). Их разрушение при всех значениях пористости имеет внутризеренный характер (рис. 6-9). Детальное изучение фрактограмм позволило установить, что максимальная доля скола на поверхности излома была у образцов пористостью 3,5-4 %.

Это соответствует точке перегиба зависимости вязкости разрушения от пористости. Как понижение, так и повышение пористости приводит к росту доли ямочной составляющей на поверхности разрушения, и при П = 6 %

участков разрушения сколом не наблюдается. По мере повышения пористости ямки становятся менее глубокими и поверхность напоминает сотовый излом /42/.

G

Рис.6. Фрактограммы образцов из порошкового железа марки ОсЧ-2 пористостью 2 %: а - х 75; б - х 400; в - х 750

а б

Рис. 8. Фрактограммы образцов из порошкового железа марки ОсЧ 6-2 пористостью 5,9 %: а - х 200; б - х 750

б

Рис. 9. Фрактограммы образцов из по­ рошкового железа марки ОсЧ 6-2 порис­ тостью 7,3 % (а, б) и 20 % (в): а - х 100; б - х 750; в - х 750

где g - энергия, необходимая для распространения трещины в матрице; Т -

линейное натяжение фронта трещины; Е - модуль упругости; v - коэффици­

ент Пуассона.

Раскладывая (18) в ряд, поскольку g » Г, находим

где А - удельная работа равномерной деформации.

А_(&е - ° 0 ^ /£ )(°0 ,2 +2ов) , °0,2

здесь / - постоянная, имеющая размерность длины; 8е - равномерная дефор­ мация; GQ,2 и <ув - пределы прочности и текучести соответственно.

Постоянную / находим в пределе П —> 0. Экстраполяция эксперимен­

тальных данных на нулевую пористость даёт К\с = 35 МН/м3/2, аод =

=250 МПа, ов = 350 МПа, 5 = 49 %, 8 е = 26 %. Близкие значения механиче­ ских свойств получены в работах /50, 51, 52/.

Зависимость v = v(IT) установлена в /53/:

В результате аппроксимации экспериментальных данных уравнением (19) определено значение Т - 310-4 Н. Средняя точность аппроксимации 4 % ука­ зывает на хорошую сходимость результатов расчета с экспериментом. Натя­ жение фронта трещины можно определить непосредственно из выражения

b - межатомное расстояние, Ь= 0,246-10 м; Q - расстояние между порами. Тогда при пористости, например, 7,5 % Г= 2,5-25-10-4 Н, что несколь­

ко выше, но имеет один порядок со значением Г, определенным эксперимен­ тально. Совпадение величины натяжения фронта трещины, найденного экс­ периментально и вычисленного по литературным данным, подтверждает справедливость выражения (19).

Как видно из формулы (19), для эффективного взаимодействия трещи­ ны с дефектами необходимо, чтобы расстояние между дефектами было в не­ сколько раз меньше, чем размер трещины, такое же мнение высказано в /56/.

Итак, установлена немонотонная зависимость вязкости разрушения от пористости, и в том случае, когда влияние примесей минимально, показано,

что такой вид К\с (П) является результатом взаимодействия трещины с сис­ темой пор, при этом максимальная доля скола на поверхности излома совпа­ дает с особой точкой зависимости А|с(П).

Предложена модель, объясняющая отклонение от строго монотонного уменьшения вязкости разрушения при возрастании пористости натяжением фронта трещины и позволяющая прогнозировать вязкость разрушения по­ рошковых материалов.

2.2. Влияние пор на коэффициент трения порошкового железа

Физико-механические и антифрикционные свойства структурнонеоднородных порошковых материалов зависят от химического состава, тер­ мической обработки, неоднородности плотности и распределения легирую­ щих элементов, содержания и распределения сопутствующих примесей.

Зависимости от некото­ рых из перечисленных факто­ ров можно избежать приме­ нением однокомпонентных материалов /57, 58, 59/. Одна­ ко использование порошков железа марок ПЖВ и ПЖРВ с высоким содержанием приме­ сей, отсутствие учета, кроме пористости, других характе­ ристик пористой структуры, а

также узкие интервалы варьирования давления испытаний не позволяют с высокой достоверностью определить влияние каждого из измеряемых пара­ метров.

Аналогичные результаты получены для технических марок порошко­

вого железа /57, 58, 59/, а также установлено совпадение наименьших значе­

ний коэффициента трения ДП) с наибольшей интенсивностью износа /(ГТ) и

наоборот. Поскольку между коэффициентом трения и характеристиками из­

носостойкости существует корреляция, а износостойкость, в свою очередь,

связана с размером пор /60/, то можно полагать, что локальный экстремум

ДП) также связан с особенностями пористой структуры.

При обработке экспериментальных данных для каждого значения по­

ристости вычисляется деформационная составляющая силы трения 1Ъ1, в

предположении, что выполняются условия пластического ненасыщенного контакта,