Materiale anti-fricțiune: prezentare generală, proprietăți, aplicare

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Procesul de funcționare a unităților tehnice, a mașinilor și a grupurilor elementare individuale de echipamente este însoțit inevitabil de uzură. Impactul mecanic reciproc al pieselor unul asupra celuil alt cu diferite grade de intensitate duce la abraziunea suprafețelor lor și distrugerea structurii interne. În plus, mediul are adesea un efect similar sub formă de eroziune și cavitație. Ca urmare, există o pierdere a performanței echipamentului sau cel puțin o scădere a proprietăților operaționale. Următoarele recenzii ale materialelor de frecare sub formă de pulbere și anti-fricțiune vă vor ajuta să înțelegeți modalități de a minimiza frecarea nedorită. Astfel de materiale sunt recomandate pentru utilizare în echipamente industriale și aparate electrocasnice, precum și pentru unelte de construcții.

Diferențe între materialele de frecare și cele antifricțiune

Luarea în considerare a acestor materiale într-un context se datorează faptului că funcția lor este legată de caracteristica generală a funcționării mecanismelor - coeficientul de frecare. Dar dacă elementele antifricțiune și aditivii sunt responsabili pentru scăderea acestei valori, atunci elementele de frecare, dimpotrivă, o măresc. În acest caz, de exemplu, aliaje pulbere cu crescutcoeficientul de frecare asigură rezistența la uzură și rezistența mecanică a grupului de lucru țintă. Pentru a atinge astfel de calitati, in compozitia materiilor prime de frictiune se introduc oxizi refractari, bor, carburi de siliciu etc.. Spre deosebire de elementele antifrictiune, elementele de frictiune reprezinta adesea organe functionale cu drepturi depline in mecanisme. Acestea, în special, pot fi frâne și ambreiaje.

Asigurând sarcinile de creștere a frecării, îndeplinesc simultan sarcini tehnice specifice. În același timp, atât materialele de frecare, cât și cele anti-fricțiune sunt supuse unor teste riguroase de laborator înainte de utilizare. Aceleași aliaje pentru frâne sunt supuse unor teste la scară completă și pe banc, în timpul cărora se determină oportunitatea aplicării lor în practică. Cele mai avansate materiale de frecare din polimeri sunt astăzi fabricate prin diverse metode. Deci, pentru mecanismele grupului de frână se utilizează tehnica de presare - pe forme se realizează blocuri, plăci și sectoare. Materialele de bandă sunt produse folosind o tehnică de țesut, iar suprapunerile sunt produse prin rulare.

Proprietățile materialelor antifricțiune

Piesele cu funcție anti-fricțiune trebuie să îndeplinească o gamă largă de cerințe care le determină performanța de bază. În primul rând, materialul trebuie să fie compatibil atât cu partea de împerechere, cât și cu mediul de lucru. În condiții de compatibilitate înainte și după rulare, materialul asigură gradul necesar de reducere a frecării. Aici este necesar să se noteze rodajul ca atare. Această proprietate definește capacitatea elementului de a regla în mod natural geometria suprafeței.sub forma optimă, care este potrivită pentru un anumit loc de operare. Cu alte cuvinte, o structură suplimentară cu microrugozități este ștearsă de pe piesă, după care rodajul va asigura condiții de lucru cu sarcini minime.

Rezistența la uzură este, de asemenea, o proprietate importantă deținută de aceste materiale. Elementele antifrictiune trebuie sa aiba o structura care sa ofere rezistenta la diferite tipuri de uzura. În același timp, piesa nu trebuie să fie excesiv de rigidă și dură, deoarece acest lucru va crește riscul de gripare, ceea ce este nedorit pentru materialul anti-fricțiune. În plus, tehnologii evidențiază o astfel de proprietate precum absorbția particulelor solide. Faptul este că frecarea în grade diferite poate contribui la eliberarea de elemente mici - adesea metal. La rândul său, suprafața anti-fricțiune are capacitatea de a „presa” astfel de particule în sine, eliminându-le din zona de lucru.

Materiale metalice anti-fricțiune

Produsele pe bază de metal alcătuiesc cea mai extinsă gamă de elemente din grupul antifricțiune. Cele mai multe dintre ele se concentrează pe funcționarea în modul de frecare cu fluid, adică în condițiile în care rulmenții sunt separați de arbori printr-un strat subțire de ulei. Și totuși, atunci când unitatea este oprită și pornită, apare în mod inevitabil așa-numitul mod de frecare la limită, în care pelicula de ulei poate fi distrusă sub influența temperaturilor ridicate. Piesele metalice utilizate în grupurile de rulmenți pot fi împărțite în două tipuri: elemente cu moalestructură și inserții solide și aliaje cu o bază rigidă și inserții moi. Dacă vorbim despre primul grup, atunci pot fi folosite babbits, aliaje de alamă și bronz ca materiale antifricțiune. Datorită structurii lor moale, acestea rulează rapid și își păstrează caracteristicile peliculei de ulei pentru o lungă perioadă de timp. Pe de altă parte, incluziunile solide provoacă o rezistență crescută la uzură în contactele mecanice cu elementele adiacente - de exemplu, cu același arbore.

Babbits sunt un aliaj pe bază de plumb sau staniu. De asemenea, pentru a îmbunătăți calitățile individuale, la structură pot fi adăugate aliaje de aliaj. Printre proprietățile îmbunătățite, pot fi remarcate rezistența la coroziune, duritatea, duritatea și rezistența. Modificarea uneia sau a alteia caracteristici este determinată de ce materiale de aliere au fost utilizate. Babbits anti-frecare pot fi modificați cu cadmiu, nichel, cupru, antimoniu etc. De exemplu, un babbit standard conține aproximativ 80% staniu sau plumb, 10% antimoniu, iar restul este cupru și cadmiu.

Aliajele cu plumb ca mijloc de minimizare a frecării

Nivelul de intrare al aliajelor anti-fricțiune sunt babbits de plumb. Accesibilitatea determină specificul funcționării acestui material - în cele mai puțin critice funcții de lucru. Baza de plumb, în comparație cu staniul, oferă babbiților o rezistență mecanică mai puțin ridicată și o protecție scăzută la coroziune. Adevărat, chiar și în astfel de aliaje nu se poate face fără staniu - conținutul său poateajunge la 18%. În plus, în compoziție se adaugă și o componentă de cupru, care previne procesele de segregare - o distribuție neuniformă a metalelor de diferite mase în volumul produsului.

Cele mai simple materiale de plumb cu proprietăți antifricțiune se caracterizează printr-un grad ridicat de fragilitate, astfel încât sunt utilizate în condiții cu sarcini dinamice reduse. În special, rulmenții pentru mașini de șenile, locomotive diesel și componente grele de inginerie sunt o nișă țintă în care sunt utilizate astfel de materiale. Aliajele anti-fricțiune care utilizează calciu pot fi numite o modificare a aliajelor de plumb. În acest caz, se notează calități precum densitatea ridicată și conductivitatea termică scăzută. Baza este, de asemenea, plumb, dar în proporții semnificative este completată și de incluziuni de sodiu, calciu și antimoniu. În ceea ce privește punctele slabe ale acestui material, acestea includ oxidabilitatea, prin urmare, nu este recomandată utilizarea în medii active chimic.

Vorbind în general despre babbits, putem afirma că aceasta este departe de cea mai eficientă soluție pentru minimizarea frecării, dar din punct de vedere al combinației sale de calități, se dovedește a fi benefică din punct de vedere al funcționării. Acestea sunt materiale ale căror proprietăți antifricțiune pot fi nivelate prin rezistența redusă la oboseală, ceea ce înrăutățește performanța elementului. Cu toate acestea, în unele cazuri, lipsa rezistenței este compensată prin includerea în proiectare a carcasei din oțel sau fontă.

Caracteristici ale aliajelor de bronz anti-frecare

Proprietățile fizice și chimice ale bronzuluisunt combinate organic cu cerințele pentru aliajele anti-fricțiune. Acest metal, în special, oferă suficienți indicatori ai presiunii specifice, capacitatea de a funcționa sub sarcini de șoc, viteză mare de rotație a rulmentului etc. Dar și alegerea bronzului pentru anumite funcții va depinde de marca sa. Același format pentru funcționarea căptușelilor sub sarcini de șoc este acceptabil pentru marca BrOS30, dar nu este recomandat pentru BrAZh. Există, de asemenea, diferențe în clasa materialelor de bronz în ceea ce privește proprietățile mecanice. Acest grup de calități va depinde de natura interfeței cu arbori căliți și de utilizarea unui trunion, care poate avea o întărire suplimentară. Și din nou, este imposibil să vorbim despre soliditatea structurii aliajului.

Articolele din bronz pot include și tablă, alamă, plumb. În același timp, dacă toate metalele enumerate pot fi folosite ca bază pentru babbitt, materialele anti-fricțiune pe bază de cupru sunt folosite extrem de rar. În acest caz, componenta de cupru acționează adesea ca același aditiv cu un raport de conținut de 2-3%. Combinațiile de incluziuni staniu-plumb sunt considerate optime. Ele asigură o performanță suficientă a aliajului ca componentă antifricțiune, deși pierd față de alte compoziții din punct de vedere al rezistenței mecanice. Materialele combinate din bronz sunt folosite la fabricarea rulmenților plini pentru motoare electrice, turbine, unități compresoare și alte unități care funcționează la presiune mare și viteză mică de alunecare.

Pudrămateriale de frecare

Astfel de materiale sunt folosite în compoziții destinate unităților de transmisie și frânare ale vehiculelor caterpillar, automobile, mașini-unelte, mecanisme de construcție etc. Produsele finite pe bază de componente pulbere sunt produse sub formă de căptușeli de sector, discuri și plăcuțe. În același timp, materiile prime pentru aliajele pulbere de tip antifricțiune sunt formate după aceeași nomenclatură ca și în cazul componentelor de frecare - cel mai des se folosesc fier și cuprul, dar există și alte combinații.

De exemplu, materialele din aluminiu și bronz de staniu, care includ grafit și plumb, se manifestă efectiv în condiții de frecare la o viteză de alunecare a pieselor de ordinul a 50 m/s. Apropo, atunci când rulmenții funcționează cu o viteză de 5 m/s, produsele din pulbere metalică pot fi înlocuite cu materii prime metal-plastic. Acesta este deja un material compozit anti-frecare cu o structură de lucru flexibilă și rezistență redusă. Cele mai avantajoase în ceea ce privește utilizarea în condiții de încărcare crescută sunt materialele din fier și cupru. Grafitul, oxidul de siliciu sau bariu sunt utilizați ca aditivi. Funcționarea acestor elemente este posibilă la o presiune de 300 MPa și o viteză de alunecare de până la 60 m/s.

Materiale antifricțiune cu pulbere

Produsele anti-fricțiune sunt produse și din materii prime pulbere. Se caracterizează prin rezistență ridicată la uzură, coeficient scăzut de frecare și capacitatea de a rula rapid în arbore. De asemenea, materialele sub formă de pulbere anti-fricțiune au o serie de avantaje în comparație cu aliajele care reduc frecarea. Este suficient să spunem că rezistența lor la uzură este în medie mai mare decât cea a acelorași babbi. Structura poroasă formată de metalele pulverizate permite o impregnare eficientă cu lubrifianți.

Producătorii au posibilitatea de a forma produse finite în diferite forme. Acestea pot fi piese de cadru sau matrice cu cavități intermediare umplute cu alte materii prime înmuiate. Și, dimpotrivă, în unele zone, materialele pulbere antifricțiune cu o bază moale sunt mai solicitate. În fagurii speciali sunt prevăzute incluziuni solide cu diferite niveluri de dispersie. Această calitate este de mare importanță tocmai din punctul de vedere al posibilității de reglare a parametrilor care determină intensitatea frecării pieselor.

Materiale polimerice anti-fricțiune

Materiile prime polimerice moderne fac posibilă obținerea de noi calități tehnice și operaționale pentru piesele care reduc frecarea. Ca bază pot fi folosite atât aliajele compozite, cât și pulberile metal-plastic. Una dintre principalele proprietăți distinctive ale unor astfel de materiale este capacitatea de a distribui uniform aditivii în întreaga structură, care ulterior vor îndeplini funcția de lubrifiant solid. Grafitele, sulfurile, materialele plastice și alți compuși sunt notați în lista acestor substanțe. Proprietățile de lucru ale materialelor polimerice și antifricțiune converg în mare parte la nivelul de bază fără utilizarea modificatorilor: acesta este un coeficient scăzut de frecare și rezistență la medii active chimic șiposibilitatea de funcţionare în mediul acvatic. Vorbind despre calități unice, polimerii își pot îndeplini sarcinile chiar și fără armare cu un lubrifiant special.

Aplicarea materialelor anti-fricțiune

Majoritatea elementelor anti-frecare sunt proiectate inițial pentru a fi utilizate în grupuri de rulmenți. Printre acestea se numără piese concepute pentru a crește rezistența la uzură și componente care îmbunătățesc alunecarea. În inginerie mecanică și în construcția de mașini-unelte, astfel de produse sunt utilizate la fabricarea motoarelor, pistoanelor, unităților de cuplare, turbinelor etc. Aici, baza consumabilelor o constituie materialele antifricțiune ale lagărelor simple, care sunt introduse în structura de rulare și staționară. echipament.

De asemenea, industria construcțiilor nu poate face fără o funcție anti-fricțiune. Cu ajutorul unor astfel de piese, structurile de inginerie, structurile de montaj și materialele de zidărie sunt întărite. În construcția căilor ferate, acestea sunt utilizate la instalarea elementelor structurale ale materialului rulant. Este larg răspândită și utilizarea materialelor antifricțiune pe bază de polimer, care își găsesc locul, de exemplu, ca structură de legătură a scripetelor, angrenajelor, transmisiilor cu curele etc.

Concluzie

Sarcina de a reduce frecarea doar la prima vedere poate părea secundară și adesea opțională. Îmbunătățirea fluidelor lubrifiante face într-adevăr posibilă eliminarea unor mecanisme din elementele tehnice auxiliare care reduc uzura grupului principal de lucru. O legătură de tranziție de la clasicbabbitt la un lubrifiant de în altă performanță modificat poate fi numit materiale polimerice anti-fricțiune, care se caracterizează printr-o structură mai moale și versatilitate în ceea ce privește condițiile de lucru. Cu toate acestea, funcționarea pieselor metalice sub presiune ridicată și impact fizic necesită încă includerea de căptușeli anti-fricțiune în stare solidă. Mai mult, această clasă de materiale nu numai că nu devine un lucru din trecut, dar se dezvoltă și prin îmbunătățirea caracteristicilor de rezistență, duritate și stabilitate mecanică.