Износ спеченных композитов на основе подшипниковой стали при граничном трении с токосъемом по меди
https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-10-780-786
Аннотация
Изучена возможность создания высокопористых композитов состава сталь – графит путем спекания по максимально простой технологии при температуре ниже 1000 °С в электрической печи без вакуума. Основная цель исследования была оценить способность такого композита проявить высокую износостойкость при скольжении по медному контртелу под воздействием электрического тока контактной плотностью более 100 А/см2. Порошковая сталь была изготовлена путем восстановления из шлифовального шлама производства подшипников. Композиты имели низкие механические свойства и высокое удельное электрическое сопротивление. Высокая сквозная пористость была показана с помощью оптической металлографии. Триботехническое нагружение композитов было осуществлено по схеме контакта типа вал – колодка со скоростью скольжения 5 м/с и при контактном давлении 0,09 МПа. Было отмечено, что сухое трение этих композитов вызвало появление слоя переноса на поверхности скольжения медного контртела. Это привело к уменьшению электропроводности скользящего электрического контакта и увеличению общей шероховатости поверхности скольжения меди. Пропитка индустриальным маслом пористого каркаса композитов приводила к значительному увеличению удельной поверхностной электрической проводимости контакта и к снижению линейной интенсивности изнашивания по сравнению с этими же характеристиками сухого контакта. Катастрофическое изнашивание в этих условиях начиналось при контактной плотности тока 150 – 200 А/см2. Показано, что размещение свинцовой пластины и композита в держатель образца, а также осуществление их совместного скольжения под воздействием электрического тока вызывало дополнительное увеличение электрической проводимости и снижение интенсивности изнашивания до 3 – 11 мкм/км при контактной плотности тока около 250 А/см2. Катастрофическое изнашивание в присутствии свинцовой пластины и индустриального масла в зоне контакта начиналось при контактной плотности тока 250 – 300 А/см2. Установлено, что любой режим трения не приводил к разрушению поверхности скольжения меди. Зависимость характеристик контакта от концентрации графита не наблюдалась в явном виде. Сделан вывод о перспективности применения восстановленной подшипниковой стали для создания токопроводящих материалов, износостойких под воздействием электрического тока высокой контактной плотности.
Ключевые слова
Об авторах
М. И. АлеутдиноваРоссия
Кандидат технических наук, научный сотрудник.
634055, Томск, пр. Академический, 2/4; 636036, Томская обл., Северск, пр. Коммунистический, 65
В. В. Фадин
Россия
Кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник.
634055, Томск, пр. Академический, 2/4
К. А. Алеутдинов
Россия
Студент.
634050, Томск, пр. Ленина, 30
Список литературы
1. Ибатуллин И.Д. Кинетика усталостной повреждаемости и разрушения поверхностных слоев. – Самара: изд. Самар. гос. техн. ун-т, 2008. – 387 с.
2. Rynio C., Hattendorf H., Klöwer J., Eggeler G. The evolution of tribolayers during high temperature sliding wear // Wear. 2014. Vol. 315. P. 1 – 10.
3. Wang X., Wei X., Hong X., Yang J., Wang W. Formation of sliding friction-induced deformation layer with nanocrystalline structure in T10 steel against 20CrMnTi steel // Applied Surface Science. 2013. Vol. 280. P. 381 – 387.
4. Федорченко И.М., Пугина Л.И. Композиционные спеченные антифрикционные материалы. – Киев: Наукова думка, 1980. – 404 с.
5. Порошковая металлургия и напыленные покрытия: Учеб. для вузов / В.Н. Анциферов, Г.В. Бобров, Л.К. Дружинин и др. – М.: Металлургия, 1987. – 792 с.
6. Ma X.C., He G.Q., He D.H, Chena C.S., Hua Z.F. Sliding wear behavior of copper-graphite composite material for use in maglev transportation system // Wear.2008. Vol. 265. P. 1087 – 1092.
7. He D.H., Manory R.A novel electrical contact material with improved self-lubrication for railway current collectors // Wear. 2001. Vol. 249. P. 626 ‒ 636.
8. Зозуля В.Д. Эксплуатационные свойства порошковых подшипников. – Киев: Наукова думка, 1989. – 287 с.
9. Zhang W., Zhang D., Le Y., Li L., Ou B. Fabrication of surface self-lubricating composites of aluminum alloy // Applied Surface Science. 2008. Vol. 255. P. 2671 – 2674.
10. Braunovic M., Konchits V.V., Myshkin N.K. Electrical contacts. Fundamentals, Applications and Technology. – Boca Raton: CRC Press, 2006. 672 p.
11. Senouci A., Zaidi H., Frene J., Bouchoucha A., Paulmier D. Damage of surfaces in sliding electrical contact copper/steel // Applied Surface Science 1999. Vol. 144-145. P. 287 – 291.
12. Argibay N., Sawyer W. G. Low wear metal sliding electrical contacts at high current density // Wear. 2012. Vol. 274-275. P. 229 – 237.
13. Kwok C.T., Wong P.K., Man H.C. and Cheng F.T. Sliding wear and corrosion resistance of copper-based overhead catenary for traction systems. IJR // International Journal of Railway(Korea). 2010. Vol. 3. No. 1. P. 19 ‒ 27.
14. Берент В.Я. Материалы и свойства электрических контактов в устройствах железнодорожного транспорта. – М.: Интекст, 2005. – 408 с.
15. Алеутдинов К.А., Алеутдинова М.И., Фадин В.В. Влияние структуры контртела на характеристики скользящего электроконтакта металлических композитов. ‒ В кн.: Сб. трудов Международной конференции «Материалы и технологии новых поколений в современном материаловедении». ‒ Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2016. С. 231 ‒ 236.
16. Kovalchenko A.M., Blau P.J., Qu J., Danyluk S. Scuffing tendencies of different metals against copper under non-lubricated conditions // Wear. 2011. Vol. 271. P. 2998 – 3006.
17. Алеутдинова М.И., Фадин В.В., Алеутдинов К.А. Структура и изнашивание порошковой подшипниковой стали при скольжении с токосъемом по меди в присутствии смазки // Перспективные материалы. 2017. № 11. С. 55 ‒ 63.
18. Алеутдинова М.И., Борисов М.Д., Фадин В.В., Кочепасов И.И., Колубаев А.В. Структура и механические свойства порошковых материалов на основе подшипниковой стали // Изв. вуз. Черная металлургия. 2001. № 2. С. 31 ‒ 34.
19. Fadin V.V., Aleutdinova M.I., Potekaev A.I., Kulikova O.A. The sur face layer states in metallic materials subjected to dry sliding and electric current // Russian Physics Journal. 2017. Vol. 60 (5). P. 908 ‒ 914.
20. Чичинадзе А.В., Хованский В.Н., Преженцева Н.П. Некоторые особенности расчетно-экспериментальной оценки триботехнических характеристик сильноточных скользящих электрических контактов // Трение и износ. 1992. № 13 (1). С. 138 ‒ 144.
Рецензия
Для цитирования:
Алеутдинова М.И., Фадин В.В., Алеутдинов К.А. Износ спеченных композитов на основе подшипниковой стали при граничном трении с токосъемом по меди. Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2018;61(10):780-786. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-10-780-786
For citation:
Aleutdinova M.I., Fadin V.V., Aleutdinov K.A. Wear of sintered composites based on bearing steel at boundary friction with current collection against copper. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2018;61(10):780-786. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-10-780-786