The friction behavior of the formed antifriction films and their effect on the functional properties of the composite based on the powder nickel alloy EI929 with solid lubricant CaF2 at high temperatures was investigated. An antifriction film was formed on the contact surfaces during the friction process. Such a film was the result of the interaction of the contact surfaces with atmospheric oxygen at high temperatures. It contains oxides of alloying elements from materials of the frictional contact and solid lubricant calcium fluoride. The quantitative ratio of formed oxides depends on the temperature operating conditions of material. The data of thermodynamic simulation of the high-temperature interaction of the composite with oxygen coincide with the experimental data obtained by studying the fine structure of surface antifriction films. Antifriction films consist of oxide phases in combination with solid CaF2 lubricant. Anti-friction films provide high wear resistance of the self-lubricating composite in the range of temperatures 1073–1173 K due to the balance between the rate of their formation and wear. When the temperature exceeds 1200 K, the film loses its lubricating properties and acts as an abrasive substance due to the intense oxidation. Abrasive surfaces of materials were subjected also to microscopic examination, in which the mechanically mixed layer (MML) was described. The study of the friction surface roughness parameters confirmed the presence of the formed friction self-lubricating film and allowed to determine its parameters. The friction mechanism was the formation of an oxide layer combined with a solid lubricant, which provides high antifriction properties in the range of 1073–1273 K.

No abstract

Розроблено антифрикцiйнi композити на основi регенерованих шлiфувальних вiдходiв алюмiнiєвого сплаву АМ4,5Кд з додаванням твердої змащувальної речовини МоS 2 , що призначенi для роботи у контактних парах постдрукарських машин, таких як фальцювально-клейовi машини та машини для вклеювання в пакування. Аналiз структури нового композиту показав, що легуючi елементи металевої основи утворюють змiцнюючi фази, що рiвномiрно розподiленi в матрицi без сегрегацiйних скупчень, що сприяє пiдвищенню конструкцiйної мiцностi. Дисульфiд молiбдену забезпечує ефект самозмащення контактної пари у процесi експлуатацiї, що обумовлює зниження коефiцiєнту тертя i iнтенсивностi зношування порiвняно з композитним матерiалом без твердого мастила. Структурнi дослiдження засвiдчили рiвномiрнiсть розподiлу твердого мастила в усьому об'ємi композиту, що забезпечує пiдвищення триботехнiчних характеристик завдяки формуванню захисних антизадирних плiвок тертя при роботi деталi складної геометричної форми в умовах самозмащення. Аналiз функцiональних властивостей дозволяє рекомендувати антифрикцiйний композит на основi промислових шлiфувальних вiдходiв алюмiнiєвого сплаву АМ4,5Кд з домiшками твердого мастила -дисульфiду молiбдену МоS 2 для деталей контактних з'єднань складної геометричної форми, що працюють при пiдвищених дискретних швидкостях ковзання i навантаженнях без змащування рiдким мастилом в атмосферi повiтря. Триботехнiчнi випробування продемонстрували, що новий композитний зносостiйкий матерiал, одержаний за розробленою технологiєю виготовлення, дозволяє форсувати гранично-допустимi режими навантаження i робочi швидкостi ковзання при стабiльно високих антифрикцiйних властивостях нових композитних тертьових деталей постдрукарських машинКлючовi слова: шлiфувальнi вiдходи, алюмiнiєвий сплав, тверде мастило, структурнi дослiдження, антифрикцiйнi властивостi, постдрукарськi машини UDC 621.002.3:621.89

Стаття присвячена встановленню впливу технологічних режимів ельборового шліфування на параметри якості циліндричних контактних поверхонь самозмащувальних антифрикційних композитних деталей на основі відновлених промислових шліфувальних відходів високолегованої сталі 8Х4В2МФС2 з домішками твердого мастила CaF2, що призначені для оснащення вузлів офсетних, друкарських, формних циліндрів друкарської техніки. Встановлено, що при плоскому, круглому внутрішньому та зовнішньому ельборовому шліфуванні поверхонь нових самозмащувальних антифрикційних композитів системи шліфувальні відходи сталі 8Х4В2МФС2−CaF2 на параметр шорсткості поверхні Ra чинять суттєвий вплив зернистість кругу та матеріал зв’язки. Водночас забезпечення мінімальних величин параметру Ra робочих поверхонь досягається із застосуванням дрібнозернистого (М7−М28) інструменту на еластичних зв’язках (бакелітна, бакелітно-гумова). Аналіз впливу технологічних параметрів тонкої обробки робочих поверхонь при круглому ельборовому шліфуванні (внутрішньому і зовнішньому) нових самозмащувальних композитних деталей системи 8Х4В2МФС2−CaF2 показав, що дотримання мінімальних значень технологічних параметрів різання здатне забезпечити найвищі характеристики обробленої поверхні, що підтверджено профілометричним аналізом. Порівняння значень Ra, одержаних при застосуванні аналогічного ельборового інструменту для обробки відомих композитів, проілюструвало повну їх співставність, що свідчить про доцільність застосування означених ельборових кругів для обробки близьких за хімічним складом антифрикційних композитних деталей. Показано, що використання технологічної схеми ельборового шліфування для фінішної обробки взаємозамінних за складом композитів зі сталевих промислових шліф-відходів може бути ефективно застосовано при виготовленні нових самозмащувальних деталей для оснащення вузлів поліграфічних машин. Це сприятиме збільшенню надійності означеної техніки, що, у свою чергу, впливатиме на стабільність відтворення показників якості друкарської продукції.

The paper is devoted to studying the chemical elements distribution in the material’s structure depending on the manufacturing technological parameters and their effect on properties of a new self-lubricating antifriction composite based on powder nickel alloy EP975 with CaF2 solid lubricant for operation at temperature 800 °C and loads up to 5.0 MPa, in air. The study is focused on the features of alloying elements distribution in the composite matrix, which depends on the manufacturing technology. A uniform distribution of all alloying elements in the studied composite was shown. The chemical elements’ uniform distribution in the material is associated with one of the most important preparatory technological operations in the general manufacturing technology used. This is a technological operation of mixing powders with subsequent analysis of the finished mixture. The uniform distribution of chemical elements determines the uniform arrangement of carbides and intermetallics in the composite. General manufacturing technology, which includes the main operations, such as hot isostatic pressing technology and hardening heat treatment, contributed to the obtainment of a practically isotropic composite with almost the same properties in the longitudinal and transverse directions. Because of the composite’s structural homogeneity, without texturing, characteristics are isotropic. Improving the material’s structural homogeneity helps to keep its mechanical and anti-friction qualities stable at high temperatures and stresses in the air. The performed studies demonstrated the correctness of the developed manufacturing technology that was confirmed by the electron microscopy method, micro-X-ray spectral analysis, mechanical and tribological tests. The developed high-temperature antifriction composite can be recommended for severe operating conditions, such as friction units of turbines, gas pumping stations, and high-temperature units of foundry metallurgical equipment.