Файл: Мизери, А. А. Эксплуатация текстильного оборудования с деталями из пористых спеченных материалов.pdf

Рис. 3. Схема экспериментальной установки для исследования пористости и размеров порпористых спеченных материалов:

Рис. 4. Прибор, входящий в вакуумную установку

Рис. 5. Помба для установки высокого давления:

В другой части, представляющей собой установку высокого давления (рис. 2), постепенно повышается давление, под дей­ ствием которого ртуть проникает в поры исследуемого образца. Схема экспериментальной установки представлена на рис. 3.

Прибор (рис. 4), включенный в схему вакуумной установки, со­ стоит из двух деталей шлифа с капиллярной трубкой, на поверх­ ности которой намотана вольфрамовая проволока диаметром 15 мк, и цилиндра, внутри которого плотно притерт шлиф. В рас­ ширенную часть цилиндра помещают исследуемый образец. Ци­ линдр со шлифом находится в корпусе, имеющем специальную емкость, заполненную ртутью. В собранном виде прибор подклю­ чают к вакуумной установке для удаления газов из исследуемого образца, в данном случае из пористого железографитового ма­ териала.

По достижении требуемого вакуума (до 10~3), создаваемого форвакуумным насосом, ртуть из емкости через отверстие зали­ вается в цилиндр. После того как давление в приборе доводится

в приборе. При повышении давления ртуть постепенно заполняет поры исследуемого образца, ее уровень в приборе понижается, а сопротивление вольфрамовой проволоки, являющейся плечом моста Уитстона, растет.

Давление в бомбе вначале повышается путем подачи азота из баллона. Сопротивление электрической цепи фиксируется после достижения равновесия через определенные интервалы.

Максимальное допустимое давление при подаче азота из бал­ лона не должно превышать 80 кгс/см2. После этого поступление азота из баллона прекращается. Дальнейшее повышение давле­ ния в бом’бе осуществляется при включении масляного насоса, который создает давление до 950—1000 кгс/см2.

Объем пор исследуемого образца определяют по данным со­ противления электрической цепи, измеренного при повышении давления.

Построение интегральных кривых распределения пор по размерам

На каждый испытуемый образец составляется протокол, в ко­ тором указываются номер образца, материал, масса образца (в мг) и его объем (в см3). Кроме того, отмечается вакуум, при котором производилось обезгаживание, и соответствующее ему сопротивление электрической цепи. В протоколе предусмотрено семь граф. В первой графе отмечается рост давления (Н), начиная с его значения при вакууме до максимально допустимого давления порядка 900 атм. Во второй графе фиксируется изменение сопро­ тивления электрической цепи при изменении давления.

32

В третьей графе указывается изменение объема ртути, находя­ щейся в приборе над образцом, связанное с прониканием в поры исследуемого образца. Причем объем ртути определяется в каждом отдельном случае по тарировочному графику, построенному в коор­ динатах R —f(V).

В четвертую графу заносятся значения давления (р) в абсо­ лютных атмосферах. Для заполнения пятой графы рассчитывают

Ро

ступеней давления и заносят в седьмую графу протокола.

Построение и анализ порограмм

Для экспериментального исследования пористости и распреде­ ления пор по радиусам испытывались железографитовые втулки, взятые из разных партий с различным содержанием углерода без специального отбора и изготовленные по обще­ принятой технологии. Железографитовые втулки, предназначенные для подшипников скольжения главного и среднего валов автоматических ткац­ ких станков, были получены с Московского за­ вода порошковой металлургии и имели следую­

Уже отмечалось, что пористость по длине об­ разующей втулки не остается постоянной и лишь образцы — кольца, симметрично расположенные относительно середины длины втулки, должны имёть примерно одинаковую пористость.

Таким образом, из каждой втулки удалось получить три вида образцов — колец, а именно: № 1, 5, 2 и 4 и среднее кольцо № 3 (рис. 6).

Измеренные и взвешенные образцы разламы­ вали на небольшие кусочки и закладывали в расширенную часть

прибора вакуумной установки, где производилось обезгаживание образцов. После этого на установке высокого давления осуществ­ лялось вдавливание ртути в поры образца.

Для построения порограмм в виде интегральных кривых необ­ ходимо, пользуясь экспериментальными данными, а также тариро-

33

вочным графиком, рассчитать объемы, занимаемые порами, и опре­ делить радиусы пор.

Изменения величины сопротивления электрической цепи и дав­ ления в системе, зафиксированные в процессе эксперимента, а также расчетные величины 1%, Ѵн и г заносятся в протокол.

Так, при испытании и последующей обработке образца № 3 объемом Уц=2,55 см3, пористостью 25%, при вакуумировании до 5,5- 10~3 мм рт. ст. и сопротивлении вольфрамовой проволоки R =

По данным исследования серии образцов были построены инте­

вые были построены для железографитовых образцов с неодина­ ковой пористостью и с различным содержанием углерода, а также для железных образцов и образцов, вырезанных из фильтров и изготовленных из свободно насыпанных гранул оловянистой

34

бронзы диаметром от 0,2 до 0,3 мм и спеченных при температуре 800° С. На рис. 7 представлены интегральные кривые для железо­ графитового образца пористостью 25% и содержанием углерода около 1%, (кривая 1 для образца № 3 и кривые 2 и 3 для образ­ цов № 1 и 2).

значительно.

Кривая 3 (для образца № 2) почти совпадает с кривой 1 и лишь на некоторых участках отходит от нее.

На рис. 8 представлены интегральные кривые для трех желез­ ных неспеченных образцов пористостью 15, 20 и 25%,.

35

Как видно, кривые 1 и 2 по общему объему и распределению пор по размерам близки одна другой. Кривая 3 несколько сдви­ нута вправо, что характеризует наличие крупных пор, хотя в не­

большом количестве.

На рис. 9 приведена интегральная кривая распределения пор по радиусам для бронзового образца.

Из анализа кривой видно, что в данном случае имеется пори­ стый материал с довольно крупными порами. Так, например, поло­ вина объема всех пор приходится на долю пор радиусом до 50 мк, другую половину составляют поры еще большего радиуса (вплоть до 200 мк).

Рис. 10. Интегральные кривые распределения пор по радиусам железографитовой втулки для на­ жимных валиков

Проведенные исследования железографитовых и других спе­ ченных материалов позволили автору данной работы, применяя метод ртутной порометрии, дать объективное представление о структурном составе материала, о порах и распределении их по размерам. Партия исследуемых железографитовых втулок, пред­ назначенных для нажимных валиков вытяжного прибора, была изготовлена на заводе «Электроконтакт» в г. Кинешме. Завод по­ ставлял эти втулки прядильной фабрике Кренгольмской ману­ фактуры. При установке втулок на прядильных машинах обнару­ жилась нестабильность их в работе. Некоторые втулки оказались недостаточно прочными или чрезмерно хрупкими, наблюдалась различная самосмазываемость втулок при одних и тех же условиях работы.

Применение метода ртутной порометрии позволило найти недо­ статки в технологии производства этих втулок.

При исследовании пористости и распределения пор по разме­ рам различных втулок, а также в различных сечениях одних и тех же втулок наблюдался большой разброс значений пористости как у отдельных втулок, так и по длине каждой втулки (рис. 10).

36

Как показывает анализ интегральных кривых, суммарная по­ ристость в ряде случаев достигает 50—60%, что совершенно недо­ пустимо с точки зрения прочности данного изделия. Колебания пористости по длине втулки также достигают значительных раз­ меров (от 15 до 30% и более). Оценка структурного состава пор особенно важна при производстве таких изделий, как фильтры и самосмазывающиеся подшипники скольжения.

Следовательно, при их производстве, помимо обеспечения об­ щей пористости, необходимо добиваться точного структурного со­ става пор для создания нормальных условий эксплуатации изделий.

Как отмечалось раньше, на условия выделения масла из пор стенки подшипника влияет не только суммарная пористость мате­ риала подшипника, но и размеры самих пор. Самосмазывание пористых подшипников в процессе эксплуатации при отсутствии подвода масла извне является одним из основных требований, предъявляемых к этим подшипникам.

Масло, находящееся в порах, удерживается в них капилляр­ ными силами. Если эти силы малы, то масло удерживается плохо и активно выделяется из пор, создавая тем самым благоприятные условия для работы подшипников.

Однако ресурс работы такого подшипника ограничен, по­ скольку за сравнительно короткий промежуток времени может на­ ступить полное истощение запаса масла. Если капиллярные силы значительны, то масло в процессе эксплуатации подшипников мо­ жет долго в них удерживаться, но при этом ухудшаются условия

риала подшипника маслом. Чем меньше поры и чем выше смачи­ ваемость, тем больше капиллярные силы. Становится очевидным, что выяснение закона распределения пор по размерам очень важно для оценки эксплуатационных свойств и главным образом усло­ вий масловыделения пористых подшипников.

Размеры пор являются случайной величиной, что объясняется самим процессом получения спеченного материала. Поэтому раз­ меры пор должны характеризоваться категорией теории вероят­ ности и в первую очередь законом распределения. Для установле­ ния закона распределения пор по размерам было проведено много экспериментов. Исследовались железографитовые композиции одного и того же состава с содержанием 1,5% углерода из одной и той же шихты, но различной плотности и пористости.

Расчетная пористость образцов составляла 30, 25 и 20%,. Для каждого значения пористости была построена усредненная инте­ гральная кривая распределения пор, после чего были построены гистограммы. Гистограммы распределения были аппроксимиро­ ваны кривой нормального распределения.

Известно, что нормальный закон распределения является пре­ дельным законом, к которому приближаются многие другие за­ коны распределения при определенных условиях.

37