Антифрикционни материали: преглед, свойства, приложение

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Процесът на работа на техническите възли, машини и отделни елементни групи съоръжения е неизбежно съпроводен с износване. Взаимното механично въздействие на части един върху друг с различна степен на интензивност води до износване на техните повърхности и разрушаване на вътрешната структура. Освен това околната среда често има подобен ефект под формата на ерозия и кавитация. В резултат на това има загуба на производителност на оборудването или поне намаляване на експлоатационните свойства. Следните прегледи на прахообразни фрикционни и антифрикционни материали ще ви помогнат да разберете начините за минимизиране на нежеланото триене. Такива материали се препоръчват за използване в промишлено оборудване и домакински уреди, както и за строителни инструменти.

Разлики между триещи се и антифрикционни материали

Разглеждането на тези материали в един контекст се дължи на факта, че тяхната функция е свързана с общата характеристика на действието на механизмите - коефициента на триене. Но ако антифрикционните елементи и добавките са отговорни за понижаването на тази стойност, тогава фрикционните елементи, напротив, я увеличават. В този случай, например, прахови сплави с повишенакоефициент на триене осигурява устойчивост на износване и механична якост на целевата работна група. За постигане на такива качества в състава на фрикционните суровини се въвеждат огнеупорни оксиди, бор, силициеви карбиди и др. За разлика от антифрикционните елементи, триещите елементи често представляват пълноценни функционални органи в механизмите. Това по-специално могат да бъдат спирачки и съединители.

Осигурявайки задачите за увеличаване на триенето, те едновременно изпълняват специфични технически задачи. В същото време, както фрикционните, така и антифрикционните материали се подлагат на строги лабораторни тестове преди употреба. Същите сплави за спирачки се подлагат на пълномащабни и стендови изпитания, по време на които се определя целесъобразността от прилагането им на практика. Най-технологичните фрикционни материали от полимери днес се произвеждат по различни методи. Така че за механизмите на спирачната група се използва техниката на пресоване - върху формите се правят блокове, плочи и сектори. Лентовите материали се произвеждат с помощта на тъкана техника, а наслагванията се произвеждат чрез валцуване.

Свойства на антифрикционните материали

Частите с функция против триене трябва да отговарят на широк спектър от изисквания, които определят тяхната основна производителност. На първо място, материалът трябва да е съвместим както със съединяващата част, така и с работната среда. При условия на съвместимост преди и след вкарване, материалът осигурява необходимата степен на намаляване на триенето. Тук е необходимо да се отбележи и вкарването като такова. Това свойство определя способността на елемента да регулира естествено геометрията на повърхността.под оптимална форма, която е подходяща за определено място на работа. С други думи, от детайла се изтрива допълнителна структура с микрограпавини, след което приработката ще осигури условия на работа с минимални натоварвания.

Устойчивостта на износване също е важно свойство, притежавано от тези материали. Антифрикционните елементи трябва да имат структура, която осигурява устойчивост на различни видове износване. В същото време частта не трябва да бъде прекалено твърда и твърда, тъй като това ще увеличи риска от захващане, което е нежелателно за антифрикционния материал. Освен това технолозите отделят такова свойство като абсорбцията на твърди частици. Факт е, че триенето в различна степен може да допринесе за освобождаването на малки елементи - често метални. От своя страна антифрикционната повърхност има способността да „притиска“такива частици в себе си, елиминирайки ги от работната зона.

Метални антифрикционни материали

Продуктите на метална основа съставляват най-широката гама от елементи от антифрикционната група. Повечето от тях са фокусирани върху работа в режим на флуидно триене, тоест при условия, когато лагерите са отделени от валовете с тънък маслен слой. И все пак, когато уредът е спрян и стартиран, неизбежно възниква така нареченият режим на гранично триене, при който масленият филм може да се разруши под въздействието на високи температури. Металните части, използвани в лагерните групи, могат да бъдат разделени на два вида: елементи с мекиструктура и твърди вложки и сплави с твърда основа и меки вложки. Ако говорим за първата група, тогава като антифрикционни материали могат да се използват бабити, месингови и бронзови сплави. Благодарение на меката си структура, те влизат бързо и запазват характеристиките си на масления филм за дълго време. От друга страна, твърдите включвания причиняват повишена устойчивост на износване при механични контакти със съседни елементи - например със същия вал.

Babbits са сплав на основата на олово или калай. Също така, за да се подобрят индивидуалните качества, към структурата могат да се добавят легиращи сплави. Сред подобрените свойства могат да се отбележат устойчивост на корозия, твърдост, здравина и здравина. Промяната в една или друга характеристика се определя от това какви легиращи материали са били използвани. Антифрикционните бабити могат да бъдат модифицирани с кадмий, никел, мед, антимон и др. Например, стандартният бабит съдържа около 80% калай или олово, 10% антимон, а останалото е мед и кадмий.

Оловни сплави като средство за минимизиране на триенето

Входното ниво на антифрикционните сплави са оловни бабити. Достъпността определя спецификата на работата на този материал - в най-малко критичните работни функции. Оловната основа, в сравнение с калай, осигурява на бабите по-малко висока механична устойчивост и ниска защита от корозия. Вярно е, че дори в такива сплави не може без калай - съдържанието му можедостигат 18%. В допълнение към състава е добавен и меден компонент, който предотвратява процесите на сегрегация - неравномерно разпределение на метали с различни маси в обема на продукта.

Най-простите оловни материали с антифрикционни свойства се характеризират с висока степен на крехкост, така че се използват в условия с намалени динамични натоварвания. По-специално лагерите за релсови машини, дизелови локомотиви и тежки инженерни компоненти са целева ниша, където се използват такива материали. Антифрикционните сплави, използващи калций, могат да се нарекат модификация на оловни сплави. В този случай се отбелязват такива качества като висока плътност и ниска топлопроводимост. Основата също е олово, но в значителни пропорции се допълва и от включвания на натрий, калций и антимон. Що се отнася до слабите места на този материал, те включват окисляемост, поради което не се препоръчва използването му в химически активни среди.

Говорейки най-общо за бабити, можем да кажем, че това далеч не е най-ефективното решение за минимизиране на триенето, но по отношение на комбинацията от качества се оказва полезно от гледна точка на експлоатация. Това са материали, чиито антифрикционни свойства могат да бъдат изравнени чрез намалена устойчивост на умора, което влошава работата на елемента. Въпреки това, в някои случаи липсата на здравина се компенсира чрез включването на стоманени или чугунени корпуси в дизайна.

Характеристики на бронзовите антифрикционни сплави

Физични и химични свойства на бронзаса органично съчетани с изискванията за антифрикционни сплави. Този метал, по-специално, осигурява достатъчни показатели за специфично налягане, способност за работа при ударни натоварвания, висока скорост на въртене на лагера и т.н. Но също така изборът на бронз за определени функции ще зависи от неговата марка. Същият формат за работа на облицовки при ударни натоварвания е приемлив за марката BrOS30, но не се препоръчва за BrAZh. Съществуват и разлики в класа на бронзовите материали по отношение на механичните свойства. Тази група от качества ще зависи от естеството на интерфейса със закалени валове и от използването на цапфа, която може да има допълнително втвърдяване. И отново, невъзможно е да се говори за здравината на структурата на сплавта.

Бронзовите артикули могат също да включват калай, месинг, олово. В същото време, ако всички изброени метали могат да се използват като основа на бабит, антифрикционните материали на основата на мед се използват изключително рядко. В този случай медният компонент често действа като същата добавка със съотношение на съдържанието 2-3%. Комбинациите от включвания калай-олово се считат за оптимални. Те осигуряват достатъчна производителност на сплавта като антифрикционен компонент, въпреки че губят спрямо други състави по отношение на механичната якост. Комбинираните бронзови материали се използват при производството на твърди лагери за електрически двигатели, турбини, компресорни агрегати и други агрегати, които работят при високо налягане и ниска скорост на плъзгане.

Прахфрикционни материали

Такива материали се използват в състави, предназначени за трансмисионни и спирачни възли на гъсенични превозни средства, автомобили, металорежещи машини, строителни механизми и др. Готовите продукти на базата на прахообразни компоненти се произвеждат под формата на секторни накладки, дискове и накладки. В същото време изходните материали за антифрикционния тип прахови сплави се образуват по същата номенклатура, както в случая на триещите компоненти - най-често се използват желязо и мед, но съществуват и други комбинации.

Например, материалите, изработени от алуминий и калаен бронз, които включват графит и олово, ефективно се проявяват в условия на триене при скорост на плъзгане на части от порядъка на 50 m/s. Между другото, когато лагерите работят със скорост от 5 m/s, продуктите от метален прах могат да бъдат заменени с металопластични суровини. Това вече е антифрикционен композитен материал с гъвкава работна структура и намалена якост. Най-изгодните по отношение на използване в условия на повишени натоварвания са материалите, изработени от желязо и мед. Като добавки се използват графит, силициев оксид или барий. Работата на тези елементи е възможна при налягане от 300 MPa и скорост на плъзгане до 60 m/s.

Прахови антифрикционни материали

Антифрикционните продукти също се произвеждат от прахообразни суровини. Характеризират се с висока износоустойчивост, нисък коефициент на триене и способност за бързо навлизане в вала. Също така, антифрикционните прахови материали имат редица предимства в сравнение с минимизиращите триенето сплави. Достатъчно е да се каже, че тяхната устойчивост на износване е средно по-висока от тази на същите бабити. Порестата структура, образувана от прахообразните метали, позволява ефективно импрегниране със смазочни материали.

Производителите имат възможност да формират крайни продукти в различни форми. Това могат да бъдат рамкови или матрични части с междинни кухини, пълни с други омекотени суровини. И, напротив, в някои области антифрикционните прахови материали с мека основа на рамката са по-търсени. В специални пчелни пити се осигуряват твърди включвания с различни нива на дисперсия. Това качество е от голямо значение именно от гледна точка на възможността за регулиране на параметрите, които определят интензивността на триенето на частите.

Антифрикционни полимерни материали

Съвременните полимерни суровини дават възможност за получаване на нови технически и експлоатационни качества за части, които намаляват триенето. За основа могат да се използват както композитни сплави, така и металопластични прахове. Едно от основните отличителни свойства на такива материали е способността за равномерно разпределение на добавките в цялата структура, които по-късно ще изпълняват функцията на твърда смазка. В списъка на тези вещества са отбелязани графити, сулфиди, пластмаси и други съединения. Работните свойства на полимерните и антифрикционните материали до голяма степен се сближават на основно ниво без използването на модификатори: това е нисък коефициент на триене и устойчивост на химически активна среда ивъзможност за работа във водна среда. Говорейки за уникални качества, полимерите могат да изпълняват задачите си дори без подсилване със специален лубрикант.

Прилагане на антифрикционни материали

Повечето от антифрикционните елементи първоначално са проектирани за използване в лагерни групи. Сред тях има части, предназначени да увеличат устойчивостта на износване, и компоненти, които подобряват плъзгането. В машиностроенето и машиностроенето такива продукти се използват при производството на двигатели, бутала, съединителни възли, турбини и др. Тук основата на консумативите са антифрикционни материали на плъзгащи лагери, които се въвеждат в конструкцията на ходови и стационарни оборудване.

Строителната индустрия също не може без функция против триене. С помощта на такива части се укрепват инженерни конструкции, монтажни конструкции и материали за зидария. При изграждането на железопътни линии те се използват при монтажа на конструктивни елементи на подвижния състав. Широко разпространено е и използването на антифрикционни материали на полимерна основа, които намират своето място например като свързваща структура на шайби, зъбни колела, ремъчни задвижвания и др.

Заключение

Задачата за намаляване на триенето само на пръв поглед може да изглежда второстепенна и често незадължителна. Подобряването на смазочните течности наистина дава възможност да се отърват от някои механизми от помощни технически елементи, които намаляват износването на основната работна група. Преходно звено от класическотоbabbitt към модифицирана високоефективна смазка може да се нарече антифрикционни полимерни материали, които се характеризират с по-мека структура и гъвкавост по отношение на работните условия. Въпреки това, работата на метални части под високо налягане и физическо въздействие все още изисква включването на твърди антифрикционни облицовки. Освен това, този клас материали не само не се превръща в нещо от миналото, но и се развива чрез подобряване на характеристиките на якост, твърдост и механична стабилност.