Покупайте цветной и нержавеющий металлопрокат БЕЗ ПОСРЕДНИКОВ   •   Работаем со всеми регионами РФ   •   Труба из нержавеющей стали зеркальная, матовая и шлифованная   •   Листы нержавеющие   •   Дюралевый круг   •   Алюминиевый круг   •   Нержавеющие прутки   •   Нержавеющая труба AISI 304   •   Нержавеющий отвод AISI 304   •   Алюминиевый рулон/лента   •   Алюминиевые листы   •   Алюминиевый профиль   •   Алюминиевый бокс   •   Алюминиевый уголок   •   Алюминиевый тавр   •   Алюминиевый швеллер   •   Алюминиевые прутки   •   Бронзовые прутки   •   Латунные прутки   •  Медная лента   •   Медные листы   •   Медная кондиционерная труба   •   Латунный шестигранник   •   Латунный лист   •   Бронзовые втулки  • 
Многоканальный телефон отдела продаж: +7 (861) 217-74-75   *   Осуществляем оперативную резку и доставку металлопроката   *   Многоканальный телефон отдела продаж: +7 (861) 217-74-75   *  

Антифрикционные материалы: обзор, свойства, применение

Процесс эксплуатации технических узлов, машин и отдельных элементных групп оборудования неизбежно сопровождается износом. Взаимное механическое воздействие деталей друг на друга с различной степенью интенсивности приводит к истиранию их поверхностей и разрушению внутренней структуры. Кроме того, на эту среду часто влияет окружающая среда в виде эрозии и кавитации. В результате происходит потеря работоспособности оборудования или, по крайней мере, снижение производительности.

Антифрикционные материалы помогут в значительной степени минимизировать нежелательное трение. Такие материалы рекомендуются для использования в промышленном оборудовании и бытовой технике, а также в строительных инструментах.

Различия в трении и антифрикционных материалах

Рассмотрение этих материалов в одном контексте обусловлено тем, что их функция связана с общей производительностью механизмов — коэффициентом трения. Но если за снижение этого значения отвечают антифрикционные элементы и присадки, то фрикционные, наоборот, повышают его. В этом случае, например, порошковые сплавы с повышенным коэффициентом трения обеспечивают износостойкость и механическую прочность целевой рабочей группы. Для достижения этих качеств используются тугоплавкие оксиды, карбиды бора, кремния и др. вводятся в состав фрикционного сырья. В отличие от антифрикционных элементов, фрикционные элементы часто представляют собой также полнофункциональные органы в механизмах. Это, в частности, могут быть тормоза и муфты.

Обеспечивая проблемы увеличения трения, они параллельно выполняют конкретные технические задачи. В то же время, как фрикционные, так и антифрикционные материалы тщательно тестируются перед эксплуатацией. Те же сплавы для тормозов проходят натурные и стендовые испытания, в ходе которых определяется целесообразность их применения на практике. Наиболее технологичные фрикционные материалы из полимеров сегодня изготавливаются различными методами. Итак, для механизмов тормозной группы используется технология прессования — в формах изготавливаются колодки, пластины и сектора. Ленточные материалы изготавливаются методом ткачества, а подкладка - методом вальцовки.

Свойства антифрикционных материалов

Детали с антифрикционной функцией должны соответствовать широкому спектру требований, которые определяют их основные рабочие качества. Прежде всего, материал должен быть совместим как с сопрягаемой деталью, так и с рабочей средой. В условиях совместимости до и после обкатки материал обеспечивает необходимую степень снижения трения. Здесь необходимо отметить технологичность как таковую. Это свойство определяет способность элемента естественным образом изменять геометрию поверхности до оптимальной формы, которая подходит для конкретного места эксплуатации. Другими словами, с детали удаляется лишняя структура с микрошероховатостями, после чего при обкатке будут обеспечены условия работы с минимальными нагрузками.

Износостойкость также является важным свойством, которым обладают эти материалы. Антифрикционные элементы должны иметь структуру, обеспечивающую устойчивость к различным видам износа. В то же время деталь не должна быть чрезмерно жесткой, поскольку в этом случае возрастает риск заедания, что нежелательно для антифрикционного материала. Кроме того, технологи выделяют такое свойство, как поглощение твердых частиц. Дело в том, что трение в разной степени может способствовать высвобождению мелких элементов - часто металлических. В свою очередь, антифрикционная поверхность обладает способностью "вдавливать" в себя такие частицы, удаляя их из рабочей зоны.

Металлические антифрикционные материалы

Изделия на металлической основе составляют наиболее обширный ассортимент элементов антифрикционной группы. Большинство из них ориентировано на работу в режиме жидкостного трения, то есть в условиях, когда подшипники отделены от валов тонким слоем масла. И все же при остановке и запуске агрегата неизбежно возникает так называемый режим граничного трения, при котором масляная пленка может разрушаться под воздействием высоких температур. 

Металлические детали, используемые в подшипниковых группах, можно разделить на два типа: элементы с мягкой структурой и твердыми вставками и сплавы с жесткой основой и мягкими вставками. Если говорить о первой группе, то в качестве антифрикционных материалов можно использовать баббит, латунные и бронзовые сплавы. Благодаря своей мягкой структуре они быстро обрабатываются и сохраняют характеристики масляной пленки в течение длительного времени. С другой стороны, твердотельные включения обуславливают повышенную износостойкость при механических контактах с соседними элементами - например, с одним и тем же валом.

Под баббитами подразумевается сплав, основу которого образуют свинец или олово. Также для улучшения индивидуальных качеств в конструкцию могут быть добавлены легирующие сплавы. Среди свойств, которые могут быть повышены, - коррозионная стойкость, твердость, вязкость и прочность. Изменение той или иной характеристики определяется использованием легирующих материалов. Антифрикционные баббиты могут быть модифицированы кадмием, никелем, медью, сурьмой и т.д.  Например, стандартный баббит содержит около 80% олова или свинца, 10% сурьмы, а остальное — медь и кадмий.

Свинцовые сплавы как средство минимизации трения

Начальный уровень антифрикционных сплавов представляет собой свинцовые баббиты. Доступность цены определяет специфику эксплуатации этого материала - в наименее важных эксплуатационных функциях. Свинцовая основа, по сравнению с оловом, обеспечивает баббитам меньшую механическую стойкость и меньшую защиту от коррозии. Правда, даже в таких сплавах без олова не обойтись - его содержание может достигать 18%. Кроме того, в состав добавлен медный компонент, который предотвращает процессы сегрегации — неравномерное распределение разных металлов в объеме изделия.

Самые простые свинцовые материалы с антифрикционными свойствами характеризуются высокой степенью хрупкости, поэтому их используют в условиях с пониженными динамическими нагрузками. В частности, подшипники для путевых машин, тепловозов и элементов тяжелой техники составляют целевую нишу, где используются такие материалы. Антифрикционные сплавы с использованием кальция можно назвать модификацией свинцовых сплавов. При этом отмечаются такие качества, как высокая плотность и низкая теплопроводность. Основой также является свинец, но в значительных пропорциях он также дополнен включениями натрия, кальция и сурьмы. Что касается слабых мест этого материала, то к ним относится окисляемость, поэтому в химически активных средах его использовать не рекомендуется.

Говоря в целом о баббитах, можно констатировать, что это далеко не самое эффективное решение для минимизации трения, но по совокупности качеств оно оказывается выгодным с точки зрения эксплуатации. Это материалы, антифрикционные свойства которых могут быть нивелированы снижением сопротивления усталости, ухудшая эксплуатационные характеристики элемента. Тем не менее, в некоторых случаях недостаток прочности компенсируется включением в конструкцию стальных или чугунных корпусов.

Особенности бронзовых антифрикционных сплавов

Физико-химические свойства бронзы органически сочетаются с требованиями, предъявляемыми к антифрикционным сплавам. Этот металл, в частности, обеспечивает достаточные показатели удельного давления, способность работать при ударных нагрузках, высокую скорость вращения подшипника и т.д. Но также выбор бронзы для определенных функций будет зависеть от ее марки. Тот же формат для работы вкладышей при ударных нагрузках приемлем для марки BrO30, но не рекомендуется для BRAJ. Существуют также различия в классе бронзовых материалов по механическим свойствам. Эта группа качеств будет зависеть от характера взаимодействия с закаленными валами и от использования цапфы, которая может иметь дополнительное упрочнение. Опять же, нельзя говорить о монолитной структуре сплава.

Изделия из бронзы могут также содержать олово, латунь, свинец. При этом, если в качестве основы для баббита можно использовать все перечисленные металлы, то антифрикционные материалы на основе меди используются крайне редко. В этом случае медный компонент часто действует как та же добавка с коэффициентом 2-3%. Оптимальными являются оловянно-свинцовые сочетания включений. Они обеспечивают достаточные параметры сплава как антифрикционного компонента, хотя и проигрывают другим композициям в отношении механической прочности. Комбинированные бронзовые материалы используются при изготовлении монолитных подшипников для электродвигателей, турбин, компрессорных установок и других агрегатов, работающих при высоком давлении и низкой скорости скольжения.

Порошковые фрикционные материалы

Такие материалы используются в составах, предназначенных для трансмиссионных и тормозных узлов машин Caterpillar, автомобилей, станков, строительной техники и т.д. Готовые изделия на основе порошковых компонентов изготавливаются в виде секторных накладок, дисков и прокладок. В то же время сырье для порошковых сплавов антифрикционного типа формируется по той же номенклатуре, что и в случае компонентов трения, чаще всего из железа и меди, но существуют и другие комбинации.

Например, материалы из алюминия и оловянной бронзы, в состав которых входят графит и свинец, эффективно проявляют себя в условиях трения при скорости скольжения деталей порядка 50 м/с. Кстати, при работе подшипников со скоростью 5 м/с изделия из металлического порошка можно заменить металлопластиковым сырьем. Это уже антифрикционный композит с гибкой рабочей структурой и пониженной прочностью. Наиболее выгодными с точки зрения использования в условиях высоких нагрузок являются материалы из железа и меди. В качестве добавок используется графит, оксид кремния или барий. Работа этих элементов возможна при давлении 300 МПа и скорости скольжения до 60 м/с.

Порошкообразные антифрикционные материалы

Из порошкового сырья производятся антифрикционные изделия. Они характеризуются высокой износостойкостью, пониженным коэффициентом трения и способностью быстро набегать на вал. Кроме того, антифрикционные порошковые материалы имеют ряд преимуществ перед сплавами, которые минимизируют трение. Достаточно сказать, что показатели их износостойкости в среднем выше, чем у тех же баббитов. Пористая структура, образованная порошкообразными металлами, обеспечивает эффективную пропитку смазочными материалами.

Производители могут изготавливать конечные изделия различных типов. Это могут быть каркасные или матричные детали с промежуточными полостями, заполненными другим размягченным сырьем. И, наоборот, в некоторых сферах более востребованы антифрикционные порошковые материалы, имеющие каркас с мягкой оболочкой. В специальных сотах содержатся твердые включения разного уровня дисперсности. Это качество имеет большое значение именно с точки зрения возможности регулирования параметров, определяющих интенсивность трения деталей.

Антифрикционные полимерные материалы

Современное полимерное сырье позволяет получать новые технические и эксплуатационные качества для деталей, снижающих трение. В качестве основы могут быть использованы композитные сплавы и металлопластиковые порошки. Одним из основных отличительных свойств таких материалов является способность равномерно распределять присадки по всей структуре, которые в будущем будут выполнять функцию твердой смазки. В списке таких веществ отмечены графиты, сульфиды, пластмассы и другие соединения. Рабочие свойства полимерных и антифрикционных материалов в значительной степени сходятся на базовом уровне без использования модификаторов: это и небольшой коэффициент трения, и устойчивость к химически активным средам, и возможность эксплуатации в водной среде. Если говорить об уникальных качествах, то полимеры могут выполнять свои задачи даже без армирования специальной смазкой.

Применение материалов для защиты от трения

Большинство антифрикционных элементов изначально рассчитаны для использования в подшипниковых группах. Среди них есть детали, предназначенные для повышения износостойкости, и компоненты, улучшающие скольжение. В машиностроении и станкостроении такие изделия используются при изготовлении двигателей, поршней, узлов сцепления, турбин и т.д. Здесь основу расходных материалов составляют антифрикционные материалы подшипников скольжения, которые внедряются в конструкцию ходового и стационарного оборудования.

Строительная индустрия также не лишена антифрикционной функции. С помощью таких деталей укрепляются инженерные сооружения, монтажные конструкции и кладочные материалы. В строительстве железных дорог они используются для сборки конструктивных элементов подвижного состава. Также часто используются антифрикционные материалы на полимерной основе, которые находят свое место, например, в качестве соединительной конструкции шкивов, шестерен, ременных передач и т.д.

Заключение

Проблема снижения трения только на первый взгляд может показаться второстепенной и часто ненужной. Усовершенствование смазочных жидкостей действительно позволяет избавить некоторые механизмы от вспомогательных технических элементов, которые снижают износ основной рабочей группы. Переход от классического баббита к модифицированной высокоэффективной смазке можно назвать антифрикционными полимерными материалами, которые характеризуются более мягкой структурой и универсальностью с точки зрения условий работы. Тем не менее, обработка металлических деталей при высоком давлении и физическом воздействии по-прежнему требует применения твердых антифрикционных прокладок. И этот класс материалов не просто не уходит в прошлое, но и развивается благодаря улучшению характеристик прочности, твердости и механической стабильности.

WhatsApp Позвонить
WhatsApp