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
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
|
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
|
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.
