Антифрикционные материалы

Антифрикционные материалы - это специальные материалы, которые применяются для деталей машин, подвергающихся при работе трению и скольжения, но обладающих низким коэффициентом трения. Антифрикционные материалы отличаются низкой способностью к адгезии, теплопроводностью и стабильностью свойств, а самое главное хорошей прирабатываемостью (т.е. способностью трущихся тел в начальный период трения постепенно улучшать контактирование поверхностей за счет их сглаживания).

Антифрикционные материалы используются в различных конструктивных типах узлов трения машин и двигателей. Поэтому в процессе применения подобных материалов в конкретных узлах и условиях приводило к созданию разнообразных антифрикционных материалов. Выделяются такие антифрикционные материалы как сплавы на основе олова или свинца - баббиты, меди - бронза, железа - серый чугун, металлокерамические сплавы - бронзографит, железографит, а также пластмассы текстолит, фторопласт-4, древесноложные пластики и сложные композиции типа "металл-пластмасса".

Подшипниковые материалы - это наиболее распространенные антифрикционные материалы, которые применяемые для различных видов подшипников скольжения. При этом очень важно, чтобы кроме антифрикционных свойств, они обладали необходимой прочностью, сопротивлением коррозии в среде смазки, технологичностью и экономичностью.

Наиболее распространенным видом подшипника является стальной подшипник, у которого основа состоит из прочного конструкционного материала - стали, а поверхность трения состоит из слоя антифрикционного материала - оловянного или свинцового баббита. Подшипники, а также вкладыши и втулки изготовляют методом штамповки, а антифрикционный материал наносится литейным способом на заготовку подшипника или на непрерывно движущуюся стальную ленту. Важно, что процесс нанесения антифрикционных покрытий должен обеспечивать выполнение ряда требований, при этом не ограничивается только толщина покрытия.

Подшипниковые материалы разделяются на металлические и неметаллические. Металлические подшипниковые материалы - это сплавы на основе олова, свинца, меди, цинка, алюминия, а также некоторые чугуны. Неметаллические подшипниковые материалы - это некоторые виды пластмасс, материалы на основе древесины, графито-угольные материалы, резина. Также отдельно выделяются подшипниковые материалы которые сочетают металл и пластмассу.

Чаще всего встречается использование антифрикционных материалов на основе олова или свинца (их называют баббиты). Они применяются в подшипниках в виде слоя, заливающего основу детали из стали. Важно, чтобы сталь прошла специальную очистку и желательно имела углубления или пазы для лучшего сцепления. Именно такие подшипники используются в автомобильной промышленности.

Также в качестве антифрикционных сплавов могут выступать различные виды бронзы (оловянные и безоловянные) и латуни. Бронзовые подшипники бывают 2 видов: монометаллические (используются оловянистые бронзы) и биметаллические.

Менее распространенные, но все же востребованные антифрикционные материалы бывают на основе стали. Их используют в легких условиях работы, когда в процессе работы механизма есть небольшое давление и невысокие скорости скольжения. Сталь более твердый материал и имеет высокую температуру плавления, поэтому она плохо прирабатываются и легко схватывается с сопряженной поверхностью, из-за чего образуются задиры.

Встречается среди антифрикционных материалов и чугун. Некоторые чугуны имеют высокие антифрикционные свойства, благодаря графитовой составляющей ее структуре. Например, чугун с глобоидальной формой графита и с толстыми пластинками более износостоек, чем чугун с тонкими пластинками. Включения графита в чугунах выполняют роль мягкой составляющей. К их недостаткам следует отнести плохую прирабатываемость, чувствительность к недостатку смазки, пониженную стойкость к воздействию ударной нагрузки.

В заключении хотелось отметить, что ряд антифрикционных материалов очень широк, также как и его применение и самым распространенным из всех видов является олово и свинец, а также их сплавы в виде баббитов.

 

(http://www.metallsk.ru/antifri.html)

 

 

4. АНТИФРИКЦИОННЫЕ  МАТЕРИАЛЫ     

Одним из условий нормальной работы узла трения является такой выбор материалов, который обеспечивает приемлемые потери на трение и минимальные затраты на изготовление, обслуживание и ремонт.     

В одних случаях детали пары трения изготовлены из однотипных материалов с примерно одинаковой твердостью (подшипники качения, шестерни зубчатых передач).     

В других - применяются разнотипные материалы с разной твердостью (подшипники скольжения, червячные передачи). Поскольку износ трущихся деталей неизбежен, в подобных случаях  дешевая деталь «приносится в жертву» более дорогостоящей. Например, стальной червяк должен изнашиваться меньше  колеса и выдержать несколько его замен. Вал подшипника должен изнашиваться меньше опоры.    

Материалы, из которых изготавливают более изнашиваемую деталь узла трения, часто называют антифрикционными (АФ). Они должны обладать следующей совокупностью свойств:     

Совместимость -    АФ материал должен иметь малый коэффициент трения, небольшую склонность к заеданию с материалом сопряженной  детали и не изнашивать её. Совместимость может меняться со временем (во время и после приработки) и зависит от режима смазки.    

Прирабатываемость - способность материала изменять геометрию поверхности, степень микронеровностей и структуру поверхностного слоя. После приработки снижается коэффициент трения и возрастают допустимые нагрузки. 

    Износостойкость - определяет сопротивление различным видам изнашивания.     

Стойкость к заеданию -  Чем выше значения нагрузок и скоростей, при которых происходит схватывание с материалом сопряженной детали, тем выше стойкость к заеданию.      

Способность к поглощению твердых частиц -  Речь идет об абразивных частицах и продуктах износа. Если они способны «вдавливаться» в основу, то абразивное воздействие на сопряженную деталь минимизируется.     

Сопротивление усталости - Чем большее число циклов нагружения при заданной нагрузке выдерживает материал, тем позже развивается усталостное изнашивание. Т.е. сопротивление усталости определяется кривой усталости соответствующего материала.     

Температуростойкость -  Чем меньше зависят от температуры физико-химические и механические свойства АФ материала, тем менее чувствителен он к повышению температуры во время работы. Прежде всего, это важно  с точки зрения предупреждения заедания при перегреве. Кроме этого, желательно, чтобы коэффициент теплопроводности был большим (лучше  отвод тепла), а коэффициент теплового расширения минимальным (стабильность зазоров).     

В червячных и винтовых передачах в качестве антифрикционных материалов применяют всего несколько марок бронз. Перечень антифрикционных материалов для подшипников скольжения намного шире - десятки различных бронз, других сплавов,  неметаллические и композиционные материалы.

http://normis.com.ua

 

Антифрикционные материалы (пористость 15…30 %), широко применяющиеся для изготовления подшипников скольжения, представляют собой пористую основу, пропитанную маслом. Масло поступает из пор на поверхность, и подшипник становится самосмазывающимся, не требуется подводить смазку извне. Это существенно для чистых производств (пищевая, фармацевтическая отрасли). Такие подшипники почти не изнашивают поверхность вала, шум в 3…4 раза меньше, чем от шариковых подшипников. 
 
Подшипники работают при скоростях трения до 6 м/с при нагрузках до 600 МПа. При меньших нагрузках скорости скольжения могут достигать 20…30 м/с. Коэффициент трения подшипников – 0,04…0,06. 
 
Для изготовления используются бронзовые или железные порошки с добавлением графита (1…3 %). 
 
Разработаны подшипниковые спеченные материалы на основе тугоплавких соединений (боридов, карбидов и др.), содержащие в качестве твердой смазки сульфиды, селениды и гексагональный нитрид бора. Подшипники могут работать в условиях вакуума и при температурах до 500oС. 
 
Применяют металлопластмассовые антифрикционные материалы: спеченные бронзографиты, титан, нержавеющие стали пропитывют фторопластом. Получаются коррозионностойкие и износостойкие изделия. Срок службы металлопластмассовых материалов вдвое больше, чем материалов других типов.

 

Антифрикционные материалы. Строение, свойства и применение.

Антифрикционными называются материалы с низким коэффициентом трения. Основными

антифрикционными материалами являются серые чугуны, бронзы, баббиты, материалы на

основе полимеров и металлических порошков с твердыми смазками. Основное требование к

структуре антифрикционных материалов ее специфическая “неоднородность” - мягкая

структура, в которую вкраплены твердые и мягкие включения. Мягкие составляющие

вырабатываются и смазывают вал, твердые - его удерживают.

В конструкциях с парой трения - скольжением применение имеют баббиты -

антифрикционные сплавы олова и свинца с медью и сурьмой с низким коэффициентом трения.

Существуют баббиты оловянные и свинцовые ГОСТ 1320 - 74 и кальциевые ГОСТ 1209 - 78.

Оловянные баббиты содержат кроме олова, 8 - 10 % сурьмы и 3...6 % меди. Марки Б88, Б83,

Б83С (1% Pb). Цифры содержание олова в %. Оловянные баббиты используют для

изготовления подшипников, работающих преимущественно в тяжелых условиях и при больших

окружных скоростях. Свинцовистые баббиты содержат дополнительно Sb, Sn, Cu, а отдельные

марки - Ni, K, Al. Б16, БН, БС6, БКА, БК2.

В настоящее время в машиностроении широкое распространение получают порошковые

спеченные антифрикционные материалы на основе медной и стальных матриц. В композиции

вводят различные добавки - фтористый кальций, графит, турбостратный нитрид бора, 83

обладающие смазывающими и противозадирными свойствами. Сформированная спеканием

пористая структура позволяет в поровых каналах удерживать масла и жидкие смазки. Все это

делает их наиболее эффективными материалами для замены дорогих бронзовых и баббитовых

металлических антифрикционных сплавов. Среди неметаллических материалов для

изготовления деталей пар трения применяют гетинакс и текстолит. Структура их включает

твердые нити или пленки армирующей фазы, например, стеклянных волокон, которые

позволяют работать текстолитам в паре трения со сталью.