ОПТИМИЗАЦИЯ КОЛИЧЕСТВЕННОГО СООТНОШЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ, РАЗМЕРОВ ИХ ЧАСТИЦ И РЕЖИМОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ Оптимизация состава и режимов изготовления материалов каркасного типа

Исходя из результатов исследований материалов каркасного ти­па, содержащих фторопласт, компонентом основы выбран бронзо­вый порошок (Бр ОС 6-6) с размером частиц 1—10 мкм и содержа­нием кислорода менее 0,3 %. Наиболее удобным для формирования гранул с ядрами из фторопласта при смешивании порошков - компонентов является порошок фторопласта-4Д1 ГГ с размерами частиц 30—160 мкм, имеющий высокую сыпучесть и поставляемый в таком виде промышленностью. Третьим компонентом использовали графит марки С-2 с размерами частиц до 15 мкм. Порошки смеши­вали последовательно: сначала фторопласт с графитом, а затем по­лученную смесь с порошком бронзы. Это обеспечивало формиро­вание гранул с наружной оболочкой из порошка бронзы.

В эксперименте варьировали количеством фторопласта и графи­та (бронза - остальное), давлением и временем горячего прессова­ния при температуре 550+5 К в среде водорода. Значения уровней и интервалов варьирования факторов выбирали на основе приведен­ных выше результатов (табл. 5.1).

Для получения уравнений (математических моделей) в степен­ном виде кодированные значения факторов определяли по выраже­нию [12]

R. JilniziH-L 1, (5.,)

L 1П Г max - 1П Г min _

Где r - кодированные значения факторов; x., x max, x. min - нату­ральные значения факторов.

Образцы материалов (по 4 штуки) изготовляли по условиям опытов (табл. П1 приложения), составленным в соответствии с матрицей планирования 4-факторного эксперимента (табл. П2 при­ложения). Параметрами оптимизации выбраны: предел прочности при срезе (тср), коэффициент трения (/) и интенсивность изнашива­ния (Д), средние значения которых приведены в табл. П1.

Таблица 5.1

Значения уровней и интервалов варьирования факторов

Факторы

Кодовое обозначе­ние факто­ров

Интервал

Варьиро­

Вания

Уровни факторов

Верх­

Ний

+

Основ­

Ной

0

Нижний

Фф - содержание фторопласта, %

*1

8

52

44

36

Фс - содержание графита, %

*2

2

8

6

4

Р - удельное дав­ление горячего прессования, МПа

*3

75

325

250

175

T - время выдержки при горячем прес­совании на едини­цу высоты, мин/мм

Х4

2

8

6

4

В результате обработки эксперимента и перехода от уравнений регрессий, полученных в кодированном виде к уравнениям в нату­ральном виде получены математические соотношения между пара­метрами и влияющими факторами.

Т^ = 0,0135ф-р1,94ф°,255(1-0,471п ^р5,519(1-0,°8951п р V °,°97, [МПа], (5.2)

Г = 14,87ф -8,6(1-0,1251пфф) р0,082,0,087 (5 3)

1 = Є фф Р ‘ , (5.3)

Т 62,816 -37,086(1-0,1251пфф-0,05031пфс) -4,66(1+0,181пфс) -2,9658(1-0,261п фф) .ч

Ч = е фф ф фс Р. (5.4)

Полученные уравнения позволяют определить количественные соотношения компонентов в композициях, давление и время горяче­го прессования для получения материалов с заданными характери­стиками или прогнозировать характеристики по выбранным режи­мам горячего прессования материалов с известным соотношением входящих порошковых компонентов. Для этого можно пользоваться

Графическими зависимостями характеристик материалов, рассчи­танных по приведенным уравнениям (5.2), (5.3), (5.4), от влияющих на них факторов или таблицами, составленными на основе уравне­ний.

Учитывая возможные варианты математических моделей, кото­рые могут быть получены в результате исследования процессов по­становкой экспериментов по плану второго порядка, зависимости характеристик материалов от влияющих факторов в общем виде можно выразить уравнением

А = сивК ВК2...вКп, (5.5)

Где Аи - значения характеристик материалов; В1, В2, ..., Вп - значе­

Ния влияющих факторов в выбранных пределах; Си - коэффициен­ты, значения которых получают экспериментально; К1', К'2, ., кп - показатели степени, которые имеют вид

К' = а'(1 + р ' 1п В( + ХВ), (5.6)

Где а', в', X' - коэффициенты, зависящие от свойств материалов,

Входящих порошковых компонентов и факторов, зафиксированных на постоянных уровнях, значения коэффициентов получают обра­боткой результатов экспериментов; - индекс фактора в экспери­менте (' = 1, ..., п).

Для определения характеристик материалов или параметров других процессов, описываемых моделью приведенного вида, пользуются программами для расчета значений характеристик по полученным уравнениям.

В табл. 5.2-5.4 приведена часть расчетных значений предела прочности при срезе, коэффициента трения и интенсивности изна­шивания материалов на основе бронзы, содержащих фторопласт - 4ДПТ и графит, изготовленных горячим прессованием в течение 120 мин (из расчета 10 мин/мм).

Прочность материалов уменьшается при увеличении количества фторопласта и графита в композициях (табл. 5.2). Влияние давле­ния горячего прессования зависит от количества графита в мате­риалах. При содержании его до 3 % прочность снижается при удельных давлениях больших 300 МПа. С увеличением графита уменьшается давление, при котором обеспечивается наиболее вы­сокая прочность композиций.

Значения пределов прочности при срезе материалов на основе бронзы

Давление

Горячего

Прессования,

МПа

Содержание графита в композиции,

%

Пределы прочности, МПа, при количестве фторопласта в композиции

30 %

40 %

50 %

60 %

2

84,15

48,16

31,24

21,63

200

6

55,4

31,72

20,7

14,32

10

45,65

26.12

17,03

11,81

2

84,13

48,12

31,2

21,52

300

6

52,54

29,91

19,42

13,38

10

41,89

24,13

15,62

10,76

2

71,56

41,16

26,72

18,73

450

6

42,74

24,58

15,95

11,19

10

32,80

18,86

12,24

8,58

Коэффициент трения уменьшается с увеличением количества фторопласта в композициях, не зависит от количества графита и увеличивается при увеличении давления и времени горячего прес­сования (табл. 5.3).

Таблица 5.3

Значение коэффициентов трения композиций на основе бронзы

Давление

Горячего

Прессования,

МПа

Время горя­чего прессо­вания на единицу высоты, мин/мм

Коэффициент трения при количестве фторопласта в композиции

30 %

40 %

50 %

60 %

2

0,238

0,179

0,162

0,160

200

6

0,258

0,194

0,177

0,174

10

0,269

0,203

0,185

0,182

2

0,246

0,185

0,168

0,164

300

6

0,266

0,201

0,183

0,180

10

0,279

0,210

0,190

0,187

2

0,254

0,191

0,173

0,170

450

6

0,276

0,208

0,188

0,185

10

0,289

0,218

0,195

0,191

Наименьшей интенсивностью изнашивания обладают материа­лы содержащие 50-60 % фторопласта и 2 % графита и 40 % фторо­пласта и 10 % графита, изготовленные при давлении горячего прес­сования 200 МПа (табл. 5.4). С увеличением времени горячего прессования интенсивность изнашивания незначительно уменьша­ется, что связано, вероятно, с повышением прочности.

Таблица 5.4

Интенсивность изнашивания материалов на основе бронзы

Давление

Горячего

Прессования,

МПа

Содержание графита в композиции,

%

Интенсивность изнашивания композиций, (х 10-9) при количестве фторопласта в композиции

30 %

40 %

50 %

60 %

2

3,69

1,11

0,68

0,60

200

6

2,35

1,27

1,22

1,58

10

0,95

0,68

0,81

1,24

2

3,21

1,06

0,70

0,65

300

6

2,04

1,21

1,25

1,71

10

0,83

0,65

0,83

1,34

2

2,80

1,01

0,72

0,70

450

6

1,76

1,15

1,28

1,85

10

0,72

0,62

0,85

1,45

Для материалов, работающих без смазки, по рекомендациям ряда авторов, предел прочности при срезе должен быть не менее 25 МПа. С учетом этого выбран материал, содержащий 48-50 % фторопла­ста и 2 % графита, изготовляемый при 200 МПа удельного давления и 10 мин/мм времени горячего прессования на единицу высоты.

Комментарии закрыты.