Антифрикционные материалы
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.
Антифрикционные свойства материалов и их состав
В деятельности человека нередко используются механические устройства. Надежность работы подвижных деталей в любом механизме обеспечивается уменьшением трения и деформации. Для этого применяют особые материалы, называемые антифрикционными. Основное их назначение – уменьшать коэффициент трения, облегчая скольжение подвижных поверхностей механизмов. В этой статье будут рассмотрены антифрикционные свойства различных материалов, используемых для этих целей.
Виды трения
Трение возникает при движении тел, которые соприкасаются друг с другом. Различают два основных вида:
А также различают промежуточные виды трения: полусухое и полужидкостное.
Относительно движения тел отмечаются следующие типы трения:
Вам будет интересно: Уманская Яма: исторические факты, количество погибших, фото
В зависимости от вида трения для поверхностей тел подбирается материал с определенными антифрикционными свойствами.
Виды материалов, которые используют для уменьшения трения
Все антифрикционные материалы, обеспечивающие низкий коэффициент трения, подразделяют на:
Вам будет интересно: Как подобрать рифму к имени Арина
Каждый материал находит свое применение для производства деталей согласно его антифрикционным свойствам.
Сплавы с малым коэффициентом трения
Из таких сплавов изготовляют вкладыши подшипников трения, поэтому они обязаны иметь:
Для удовлетворения перечисленных свойств в структуру сплава должны входить металлы с антифрикционными свойствами, обладающие повышенной мягкостью и пластичностью основы. А в нее уже вкрапляются твердые частицы, состоящие из химических соединений. В таком случае вал быстро прирабатывается к подшипнику, на нем от твердых частиц появляются маленькие канавки, которые заполняются смазкой и по которым удаляются продукты износа. За основу берутся олово, свинец, медь, кадмий, висмут, а вкрапления делают из сплавов сурьмы и меди.
Использование бронзовых сплавов в узлах трения
Бронзой называют сплав меди с различными металлами, в состав которых может входить олово, алюминий, кремний, свинец, бериллий и множество других добавок. В зависимости от процентного содержания того или иного входящего в ее состав элемента бронзу называют оловянной, алюминиевой, свинцовой. Бронзы имеют достаточно широкое применение при изготовлении изделий, которые используются при повышенном трении. Самыми лучшими считаются бронзы с антифрикционными свойствами, изготовленные на основе олова.
Особенно хорошо себя заявили олово-фосфористые, из которых изготовляют вкладыши опор, работающие под значительной нагрузкой и на высокой скорости. Единственный недостаток – это их дороговизна, поэтому на смену им приходят алюминиевые и свинцовые бронзы. При работе в агрессивной среде нередко используют для втулок подшипников бронзы из алюминия. Они, кроме устойчивости к трению, обладают хорошей коррозийной стойкостью. Малый коэффициент трения обеспечивает свинец. Из таких материалов изготовляют вкладыши подшипников для работы при повышенном давлении и большой скорости.
Антифрикционные сплавы: состав и свойства
В промышленности для изготовления трущихся деталей механизмов используются различные сплавы, обладающие небольшим коэффициентом трения:
Свойства масел
Для того чтобы гарантировать надежность и эффективность работы трущихся деталей, снижение трения скольжения используют смазочные масла. Все они классифицируются по:
Смазочные масла выполняют следующие функции:
Антифрикционные свойства масел заключаются в их способности уменьшать количество энергии на трение. Вязкость является основным показателем этих свойств и определяется углеродным и фракционным составом. Для улучшения качества масел выпускаются различные антифрикционные присадки, позволяющие повысить мощность, продлить работу агрегата, снизить нагрузки. Они усиливают свойства масел, увеличивая сроки замены смазочного состава. Антифрикционные присадки способствуют созданию защитного слоя при взаимодействии деталей, выравнивают их поверхности и сглаживают трение. Создавая маслянистую прочную пленку, они снижают износ деталей.
Антифрикционные свойства эпоксиполимеров
Эпоксидные полимеры представляют собой вязкие жидкости, которые затвердевают при добавлении в них различных органических веществ. Они имеют высокую механическую прочность, используются для сцепления бетона, металла, стекла и дерева. Благодаря таким свойствам их применяют для производства металлополимерных деталей, производя втулки, ролики, шестерни, подшипники и муфты.
Наполнители придают изделиям из эпоксидных полимеров высокие антифрикционные характеристики. Детали могут работать без смазки, если использовать смачивание водой. Покрытия устойчивы к атмосферным условиям и к химическим средам.
Неметаллические антифрикционные материалы
Для подшипников скольжения нередко используют пластмассы двух видов:
Для уменьшения трения между деталями вводят различные наполнители в виде твердых смазочных материалов, которые при эксплуатации на поверхности создают структуру из жидких кристаллов. Стоит заметить, что у фторопласта очень маленький коэффициент трения, но недостатком считается плохой отвод тепла и текучесть под нагрузкой, поэтому его применяют совместно с другими материалами.
Заключение
Антифрикционные материалы годятся для изготовления вкладышей и подшипников, которые легко заменяются при их износе. Сырье для изделия должно иметь больший коэффициент трения, т. е. при соприкосновении деталей трудно заменимая часть механизма остается без повреждений. Это происходит только в том случае, когда материал ценной детали наделен отличными антифрикционными свойствами перед аналогом.
Антифрикционные свойства материалов
Антифрикционные свойства материалов
Для правильной работы подшипника в области жидкостной и полужидкостной смазки имеют значение следующие свойства материала вала и подшипника.
Механическая прочность. Максимальные нагрузки, которые может выдержать подшипник, определяются прочностью на сжатие металла подшипника при рабочей температуре. У наиболее мягкого подшипникового металла (баббита) нагрузка на подшипник в значительной мере определяется его пределом выносливости при повышенной температуре. Чрезмерная нагрузка, особенно при недостаточной жесткости вкладыша иди корпуса подшипника, вызывает усталостные трещины.
Смачиваемость маслом. На некоторых материалах смазочное масло образует прочные адсорбированные пленки, которые удерживаются на поверхности металла даже при недостаточном подводе масла и предупреждают наступление сухого трения. Хорошо смачиваются маслом баббиты, несколько хуже бронза, еще хуже латунь; тефлон совершенно не смачивается. Повышают адсорбцию активизирующие присадки (олеиновая и пальмитиновая кислоты), вводимые в масло.
Коэффициент трения. Коэффициент трения в значительной степени определяет тепловыделение при граничной и полужидкостной смазке, а, следовательно, и работоспособность в условиях недостаточной смазки. Наиболее низкий коэффициент трения стали по оловянным баббитам, значительно выше по свинцовистой бронзе и алюминиевым сплавам. Снижают коэффициент трения присадки к маслу коллоидального графита, дисульфида молибдена, серы.
Теплопроводность. Чем больше теплопроводность материала, тем лучше отводится тепло, образующееся в масляном слое, поэтому подшипники, изготовленные из малотеплопроводных материалов (например, пластиков), обладают, как правило, меньшей несущей способностью, чем подшипники из высокотеплопроводных материалов (металлов).
Особенно большое значение имеет теплопроводность при кратковременном местном повышении температуры, происходящем в результате возникновения очагов полужидкостной или граничной смазки. Теплопроводные материалы быстрее отводят теплоту, что позволяет во многих случаях избежать аварии подшипника.
Прирабатываемость. Прирабатываемость заключается в сглаживании микронеровностей и выступающих участков поверхности подшипников, образующихся в результате неточностей изготовления и монтажа.
В подшипниках из мягких материалов (баббиты, отчасти свинцовистой бронзы) основную роль играет пластическая деформация материала под действием повышенных давлений и температур, возникающих на выступающих участках. У таких подшипников приработка сглаживает не только микро-, но и макронеровности (волнистость и другие отклонения от правильной цилиндрической формы), вызывая оседание материала на участках местных повышенных давлений (например, кромочных давлений, обусловленных упругими деформациями вала).
В подшипниках из твердых материалов (бронзы, чугуна) пластическая деформация почти не происходит. Приработка сводится к процессам срезания и выкрашивания микрогребешков. Макронеровности в таких подшипниках приработка не устраняет.
Противозадирные свойства. Металлы, сходные по атомно-кристаллической решетке и физико-химическим свойствам, в условиях граничной смазки свариваются. Процесс начинается с переноса (наволакивания) частиц одного металла на другой. Прилипшие частицы вызывают наволакивание новых частиц, пока поверхность не становится настолько неровной, что подшипник схватывается. Это явление наблюдается при работе термически необработанного вала по бронзе. Поверхность вала после перегрева и заедания иногда бывает покрыта слоем бронзы.
Хорошо противостоят заеданию многофазные медно-оловянные, медно-алюминиевые, оловянно- сурьмяные подшипниковые сплавы с пластичной основой и твердыми структурными составляющими. Противозадирные свойства сталей повышаются при наличии в структуре неметаллических составляющих (нитриды, сульфиды, силициды).
Благоприятно действуют противозадирные присадки (силиконовые жидкости, трифенилфосфат), вводимые в масло.
Износостойкость. Наиболее точно характеризует сопротивление износу твердость материала. Чем тверже поверхность материала вала, тем выше его износостойкость.
Резко увеличивают износостойкость сульфидирование и силидирование (насыщение поверхностного слоя вала соответственно серой и кремнием). Несмотря на то, что твердость поверхности при этом не увеличивается, как при других видах химико-термической обработки, износостойкость сульфидированных и силицированных валов повышается в 10—20 раз. Вместе с тем уменьшается склонность к задирам и схватыванию.
У подшипниковых материалов прямой зависимости между твердостью и износостойкостью не наблюдается. Высокооловянные баббиты, пластики, резина, несмотря на мягкость, отличаются высокой устойчивостью против изнашивания.
Коррозионная стойкость. Подшипниковые материалы должны быть устойчивы против действия кислот, появляющихся в масле после длительной работы при повышенной температуре. Наиболее склонны к коррозии Pb, Zn, Cd.
Надежно предохраняет от коррозии диффузионное насыщение поверхностного слоя подшипникового материала индием.
Химическая нейтральность. Материал подшипника должен быть химически нейтрален по отношению к маслу. Большинство антифрикционных металлов удовлетворяют этому условию, за исключением Рb и Сu, которые при повышенных температурах каталитически ускоряют окисление масла.
При наличии в подшипниковом сплаве этих металлов целесообразно вводить в масло противоокислительные присадки (металлоорганические соединения S, Р, N).
Обрабатываемость. Гладкость поверхностей трения в известной степени зависят от обрабатываемости материалов. Некоторые подшипниковые материалы (например, твердые бронзы, термопластичные пластмассы) плохо поддаются тонкой обработке режущим инструментом. Хорошо обрабатываются баббиты, пластичные бронзы и алюминиевые сплавы. Стальные валы, как правило, обрабатываются тем лучше, чем тверже их поверхность.
Антифрикционные материалы
Полезное
Смотреть что такое «Антифрикционные материалы» в других словарях:
Антифрикционные материалы — (от англ. friction трение) это группа материалов, обладающих низким коэффициентом трения или материалы способные уменьшить коэффициент трения других материалов. Твердые антифрикционные материалы обладают повышенной устойчивостью… … Википедия
антифрикционные материалы — Материалы, использ. для изготовления подшипников скольжения. Они должны обладать: низким коэфф. трения (для снижения потерь на трение); высокой износостойкостью; способностью быстро прирабатываться; повыш. сопротивл. к задирам; достат. прочностью … Справочник технического переводчика
АНТИФРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ — (от анти. и лат. frictio трение) обладают низким коэффициентом трения и применяются для изготовления деталей, работающих главным образом в условиях трения скольжения (подшипники, втулки, вкладыши и т. д.). К антифрикционным материалам относятся … Большой Энциклопедический словарь
антифрикционные материалы — [antifrictional materials] материалы, используемые для изготовления подшипников скольжения. Они должны обладать: низким коэффициентом трения (для снижения потерь на трение); высокой износостойкостью; способностью быстро прирабатываться;… … Энциклопедический словарь по металлургии
АНТИФРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ — (от греч. anti приставка, обозначающая противодействие, и лат. frictio трение), обладают низким коэф. трения и применяются для изготовления деталей, работающих в условиях трения скольжения (подшипников, вкладышей, направляющих втулок и др.).… … Химическая энциклопедия
антифрикционные материалы — (от анти. и лат. frictio трение), обладают низким коэффициентом трения и применяются для изготовления деталей, работающих главным образом в условиях трения скольжения (подшипники, втулки, вкладыши и т. д.). К антифрикционным материалам… … Энциклопедический словарь
Антифрикционные материалы — (от греческого Anti против и лат. Friclio трение) материалы для деталей, работающих в условиях Трения, главным образом скольжения (подшипники, втулки, направляющие). Различают антифрикционные материалы: сплавы на основе Sn, Pb (баббиты), Сu… … Энциклопедический словарь по металлургии
АНТИФРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ — (от греческого anti против и лат. frictio трение) материалы для деталей, работающих в условиях трения, главным образом скольжения (подшипники, втулки, направляющие). Различают антифрикционные материалы: сплавы на основе Sn, Pb (баббиты), Cu… … Металлургический словарь
АНТИФРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ — (от анти. и лат. frictio трение) материалы для деталей, работающих в условиях трения, гл. обр. скольжения (подшипники, втулки, направляющие, вкладыши). Различают A.M.: сплавы на основе олова, свинца (баббиты), меди (бронзы), железа (серый… … Большой энциклопедический политехнический словарь
Материалы — [materials] (Смотри также Сплавы): Абразивные материалы используется в виде зерен, скрепленных связкой в различные по форме и назначению абразивные инструменты, или нанесенные на гибкую основу (ткань, бумагу и др.) в виде шлифовальной бумаги, а… … Энциклопедический словарь по металлургии
Антифрикционные материалы
Антифрикционные присадки
Каждый человек, использующий в процессе своей деятельности механические устройства, хочет, чтобы эти устройства, надежно и долго работали, обходясь без серьезных поломок. Основная причина поломки подвижных деталей любого механизма, заключается в механическом трении, повышении температуры, деформации материала.
Антифрикционные материалы и добавки – это особые соединения, уменьшающие коэффициент трения между подвижными частями механизмов. Они могут различаться по составу и физическим свойствам, как например, металлический баббит, полимерные фторопласты, или неметаллический графитовый порошок. Но, общее назначение их – облегчение скольжения между подвижными поверхностями механизмов. Все подобные материалы должны иметь высокую теплопроводность, для снижения вероятности перегрева рабочих элементов, на которых они используются.
Виды и типы антифрикционных материалов
Прежде чем разбираться с разновидностями антифрикционной продукции, нужно сначала понять, какие бывают виды трения между механизмами и деталями любого механизма:
В зависимости от типа трения детали подбирается антифрикционный материал, покрывающий ее поверхность. Разделяются эти материалы на три основных класса:
Металлические — состоящие из металлических компонентов имеющих низкий коэффициент трения и высокую теплопроводность. Сюда относятся такие сплавы как баббит, латунь, цинковые сплавы. Применяются в основном в подшипниках и опорах.
Неметаллические — большая группа материалов, включает в себя все виды соединений не содержащих металл. Основные подгруппы на сегодня — графитовые и полимерные. Графитовые применяются в основном как дополнительный элемент в подшипниках и втулках. Полимерные — во втулках и в качестве присадок к смазочным материалам, для образования защитной пленки на деталях.
Комбинированные — соединения металлических и неметаллических компонентов, например, металла и графита. Используются для изготовления трущихся сменных деталей, например, вкладышей.
Виды антифрикционных добавок
Антифрикционные добавки — это соединения, добавляемые в основной смазочный материал для улучшения его качества, или образования на поверхности детали дополнительного покрытия, увеличивающего срок ее службы.
Среди антифрикционных добавок выделяют следующие виды:
Принцип работы реметализаторов довольно прост для понимания. При попадании в моторное масло они переносятся вместе с ним к смазываемым узлам. Моторная жидкость с реметаллизаторами проникает вглубь царапин и повреждений двигателя, формируя защитный слой, который по-другому называется плакирующим.
Из-за этого металлы, входящие в состав реметаллизаторов, имеют больший показатель мягкости в отличие от тех, из которых сделана деталь агрегата. Со временем защитный слой будет изнашиваться, пока вовсе не исчезнет. В таких случаях придется снова производить добавку этих материалов в масло, иначе никакой пользы двигатель не получит.
Добавки на основе тефлона также должны постоянно присутствовать в составе масляной жидкости для двигателя. Такие автомобильные присадки оседают на неподвижных частях механизмов двигателя. Это объясняется способностью тефлона равномерно оседать на металлической поверхности.
Восстановительные порошки минерального характера имеют в своем химическом составе змеевик, т. е. разветвленную макромолекулу, содержащюю присоединенные атомы металла, например молибдена. При попадании в масло, связующая часть такой макромолекулы, начинает распадаться на составные элементы. Высвобождающиеся атомы металла притягиваются к горячим стенкам рабочего элемента, например, поршня, и заполняют имеющиеся на нем микротрещины. Не стоит злоупотреблять применением таких присадок, так как они могут накапливаться на рабочих поверхностях, изменяя их размеры.
Полимеры, как антифрикционная добавка, были изобретены для постоянного заливания в масляную систему двигателей. Они повышают защитные свойства масел, грубо говоря улучшая их качество. Помимо уменьшения трения и износа, они повышают уровень мощности двигателя, существенно снижая расход бензина при движении. Однако если постоянно пользоваться присадками из полимеров, то со временем они начинают скапливаться в излишнем количестве в масляном фильтре, что приводит к его «забивке» и, как следствие, возможному выходу из строя масляного насоса.
Сферы применения
Все области механики, любой механизм, имеющий подвижные детали. Даже в часовом производстве используют эти соединения, для уменьшения коэффициента трения между валами и шестеренками. Любые двигатели, подвижные шарниры, передаточные механизмы и редукторы будут иметь в своей конструкции элементы облегчающие скольжение.
Конкретный тип таких элементов определяется предприятием разработчиком и вноситься в конструкторскую документацию. В ней же указывается расчетный срок службы узлов содержащих антифрикционные материалы, условия их эксплуатации, порядок обслуживания и процесс замены.
Применение антифрикционных добавок, не входящих в изначальный состав механизма, может быть рекомендовано заводом изготовителем. Следует обратить внимание на рекомендации не только производителя детали или узла, но и на замечания изготовителя используемых в нем смазочных, или охлаждающих материалов.
Для подбора материалов, изменяющих коэффициент трения, самостоятельно, необходимо всесторонне изучить рекомендации разработчиков оборудования, определить максимальные значения параметров, влияющих на свойства материалов, а именно — температуру, рабочую нагрузки и т. д. Следует помнить, что неправильный выбор антифрикционного материала, скорее всего, приведет в заклиниванию или разрушению узла
Достоинства и недостатки
К несомненным плюсам использования антифрикционных добавок и материалов можно отнести следующие преимущества:
Использование таких составов существенно снижает общий уровень износа деталей и агрегатов, заметно увеличивая срок их эксплуатации.
Эти добавки снижают вероятность отказа механизма во время работы, надежно защищая поверхности деталей.
За счет более хорошего скольжения элементов, снижается шумовой эффект при работе агрегата.
Расход топлива, при правильном применении добавок в двигателях внутреннего сгорания уменьшается, что благоприятно сказывается на финансах владельца техники. Смазки также требуется в меньших объемах.
К недостаткам можно отнести тот факт, что отдельные составляющие антифрикционных добавок и материалов могут негативно влиять на некоторые другие элементы механизма, например, забивать каналы систем фильтрации, или технологические отверстия масло съемных устройств.
Таким образом, антифрикционные материалы и добавки являются важной частью отрасли промышленной химии и машиностроения. Они помогут повысить качество работы агрегатов и узлов техники, но использовать их или нет — личное дело каждого потребителя.
