Anti-frikcioni materijali: pregled, svojstva, primjena

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

Proces rada tehničkih jedinica, mašina i pojedinih elementarnih grupa opreme neminovno je praćen habanjem. Uzajamni mehanički utjecaj dijelova jedni na druge s različitim stupnjevima intenziteta dovodi do abrazije njihovih površina i uništavanja unutrašnje strukture. Osim toga, okoliš često ima sličan učinak u obliku erozije i kavitacije. Kao rezultat, dolazi do gubitka performansi opreme ili barem smanjenja operativnih svojstava. Sljedeći pregledi praškastih materijala za trenje i anti-frikcione materijale pomoći će vam da shvatite načine da smanjite neželjeno trenje na minimum. Ovakvi materijali se preporučuju za upotrebu u industrijskoj opremi i kućanskim aparatima, kao i za građevinske alate.

Razlike između frikcionih i antifrikcionih materijala

Razmatranje ovih materijala u jednom kontekstu je zbog činjenice da je njihova funkcija vezana za opštu karakteristiku rada mehanizama - koeficijent trenja. Ali ako su antifrikcioni elementi i aditivi odgovorni za snižavanje ove vrijednosti, onda je elementi trenja, naprotiv, povećavaju. U ovom slučaju, na primjer, legure praha s povećanomkoeficijent trenja obezbeđuje otpornost na habanje i mehaničku čvrstoću ciljne radne grupe. Za postizanje takvih kvaliteta u sastav frikcionih sirovina uvode se vatrostalni oksidi, bor, silicijum karbidi itd. Za razliku od antifrikcionih elemenata, frikcioni elementi često predstavljaju punopravne funkcionalne organe u mehanizmima. Ovo, posebno, mogu biti kočnice i kvačila.

Pružajući zadatke povećanja trenja, oni istovremeno obavljaju specifične tehničke zadatke. U isto vrijeme, i frikcioni i antifrikcioni materijali prolaze rigorozno laboratorijsko testiranje prije upotrebe. Iste legure za kočnice podvrgavaju se punim i ispitnim testovima, tokom kojih se utvrđuje svrsishodnost njihove primjene u praksi. Tehnološki najnapredniji frikcioni materijali od polimera danas se proizvode različitim metodama. Dakle, za mehanizme kočione grupe koristi se tehnika presovanja - na obrascima se izrađuju blokovi, ploče i sektori. Materijali trake se proizvode tkanom tehnikom, a prekrivači se proizvode valjanjem.

Svojstva antifrikcionih materijala

Dijelovi sa funkcijom protiv trenja moraju ispuniti širok spektar zahtjeva koji određuju njihove osnovne performanse. Prije svega, materijal mora biti kompatibilan i s dijelom za spajanje i sa radnim okruženjem. U uslovima kompatibilnosti pre i posle uhodavanja, materijal obezbeđuje potreban stepen smanjenja trenja. Ovdje je potrebno napomenuti uhodavanje kao takvo. Ovo svojstvo definira sposobnost elementa da prirodno prilagodi geometriju površine.pod optimalnim oblikom, koji je pogodan za određeno mjesto rada. Drugim rečima, sa dela se briše dodatna struktura sa mikrohrapavostima, nakon čega će uhodavanje obezbediti uslove rada uz minimalna opterećenja.

Otpornost na habanje je također važno svojstvo koje posjeduju ovi materijali. Antifrikcioni elementi moraju imati strukturu koja pruža otpornost na različite vrste habanja. Istovremeno, dio ne smije biti pretjerano krut i tvrd, jer će to povećati rizik od zaglavljivanja, što je nepoželjno za antifrikcioni materijal. Štoviše, tehnolozi izdvajaju takvo svojstvo kao što je apsorpcija čvrstih čestica. Činjenica je da trenje različitog stupnja može doprinijeti oslobađanju malih elemenata - često metala. Zauzvrat, površina protiv trenja ima sposobnost „pritisnuti“takve čestice u sebe, eliminirajući ih iz radnog područja.

Metalni materijali protiv trenja

Proizvodi na metalnoj osnovi čine najširu paletu elemenata antifrikcione grupe. Većina njih je usmjerena na rad u režimu fluidnog trenja, odnosno u uvjetima kada su ležajevi odvojeni od vratila tankim slojem ulja. Pa ipak, kada se jedinica zaustavi i pokrene, neizbježno se javlja takozvani režim graničnog trenja, u kojem se uljni film može uništiti pod utjecajem visokih temperatura. Metalni dijelovi koji se koriste u grupama ležajeva mogu se podijeliti u dvije vrste: elementi sa mekimstrukture i čvrstih umetaka i legura sa krutom bazom i mekim umetcima. Ako govorimo o prvoj grupi, tada se kao antifrikcioni materijali mogu koristiti babiti, legure mesinga i bronze. Zbog svoje mekane strukture, brzo se uvlače i dugo zadržavaju karakteristike uljnog filma. S druge strane, čvrste inkluzije uzrokuju povećanu otpornost na habanje u mehaničkim kontaktima sa susjednim elementima - na primjer, sa istom osovinom.

Babiti su legura na bazi olova ili kalaja. Takođe, u cilju poboljšanja individualnih kvaliteta, konstrukciji se mogu dodati legure. Među poboljšanim svojstvima mogu se uočiti otpornost na koroziju, tvrdoća, žilavost i čvrstoća. Promjena jedne ili druge karakteristike određena je legirajućim materijalima koji su korišteni. Babiti protiv trenja mogu se modificirati kadmijumom, niklom, bakrom, antimonom, itd. Na primjer, standardni babbit sadrži oko 80% kalaja ili olova, 10% antimona, a ostatak su bakar i kadmijum.

Legura olova kao sredstvo za smanjenje trenja

Početni nivo antifrikcionih legura su olovni babiti. Pristupačnost određuje specifičnosti rada ovog materijala - u najmanje kritičnim radnim funkcijama. Olovna podloga, u poređenju sa kalajem, daje babbitima manju visoku mehaničku otpornost i nisku zaštitu od korozije. Istina, čak ni u takvim legurama ne može bez kalaja - njegov sadržaj možedostići 18%. Pored toga, kompoziciji se dodaje i komponenta bakra, koja sprečava procese segregacije - neravnomernu raspodelu metala različitih masa u zapremini proizvoda.

Najjednostavniji olovni materijali sa antifrikcionim svojstvima karakteriše visok stepen lomljivosti, pa se koriste u uslovima sa smanjenim dinamičkim opterećenjima. Konkretno, ležajevi za šinske mašine, dizel lokomotive i komponente teške inžinjerije su ciljna niša u kojoj se takvi materijali koriste. Legure protiv trenja koje koriste kalcij mogu se nazvati modifikacijom olovnih legura. U ovom slučaju se primjećuju takve kvalitete kao što su visoka gustoća i niska toplinska provodljivost. Osnova je također olovo, ali je u značajnim omjerima dopunjena i inkluzijama natrijuma, kalcija i antimona. Što se tiče slabih tačaka ovog materijala, one uključuju mogućnost oksidacije, stoga se ne preporučuje upotreba u hemijski aktivnim okruženjima.

Govoreći općenito o babbitima, možemo reći da je ovo daleko od najefikasnijeg rješenja za minimiziranje trenja, ali se po svojoj kombinaciji kvaliteta ispostavlja korisnim sa stanovišta rada. To su materijali čija se antifrikciona svojstva mogu izravnati smanjenom otpornošću na zamor, što pogoršava performanse elementa. Međutim, u nekim slučajevima, nedostatak čvrstoće se kompenzira uključivanjem trupa od čelika ili lijevanog željeza u dizajn.

Karakteristike bronzanih legura protiv trenja

Fizička i hemijska svojstva bronzeorganski su kombinovani sa zahtevima za antifrikcione legure. Ovaj metal, posebno, pruža dovoljne pokazatelje specifičnog pritiska, sposobnosti rada pod udarnim opterećenjima, velike brzine rotacije ležaja itd. Ali i izbor bronce za određene funkcije zavisiće od njegove marke. Isti format za rad košuljica pod udarnim opterećenjima prihvatljiv je za brend BrOS30, ali se ne preporučuje za BrAZh. Postoje i razlike u klasi bronzanih materijala u pogledu mehaničkih svojstava. Ova grupa kvaliteta zavisiće od prirode interfejsa sa kaljenim vratilima i od upotrebe klina, koji može imati dodatno očvršćavanje. I opet, nemoguće je govoriti o čvrstoći strukture legure.

Bronzani predmeti mogu takođe uključivati kalaj, mesing, olovo. Istovremeno, ako se svi navedeni metali mogu koristiti kao osnova babita, antifrikcioni materijali na bazi bakra koriste se izuzetno rijetko. U ovom slučaju, komponenta bakra često djeluje kao isti aditiv s omjerom sadržaja od 2-3%. Kombinacije inkluzija kalaj-olovo smatraju se optimalnim. Oni pružaju dovoljne performanse legure kao antifrikcione komponente, iako gube u odnosu na druge kompozicije u pogledu mehaničke čvrstoće. Kombinovani bronzani materijali se koriste u proizvodnji čvrstih ležajeva za elektromotore, turbine, kompresorske jedinice i druge jedinice koje rade pod visokim pritiskom i malom brzinom klizanja.

Powderfrikcioni materijali

Ovakvi materijali se koriste u kompozicijama namenjenim za transmisione i kočione jedinice guseničnih vozila, automobila, alatnih mašina, građevinskih mehanizama itd. Gotovi proizvodi na bazi praškastih komponenti proizvode se u obliku sektorskih obloga, diskova i jastučića. Istovremeno, polazni materijali za antifrikcioni tip legura praha formiraju se po istoj nomenklaturi kao iu slučaju komponenti trenja - najčešće se koriste željezo i bakar, ali postoje i druge kombinacije.

Na primer, materijali napravljeni od aluminijuma i limene bronze, koji uključuju grafit i olovo, efektivno se manifestuju u uslovima trenja pri brzini klizanja delova reda veličine 50 m/s. Usput, kada ležajevi rade brzinom od 5 m/s, proizvodi od metalnog praha mogu se zamijeniti metalno-plastičnim sirovinama. Ovo je već kompozitni materijal protiv trenja sa fleksibilnom radnom strukturom i smanjenom čvrstoćom. Najpovoljniji u smislu upotrebe u uvjetima povećanih opterećenja su materijali od željeza i bakra. Kao aditivi se koriste grafit, silicijum oksid ili barijum. Rad ovih elemenata moguć je pri pritisku od 300 MPa i brzini klizanja do 60 m/s.

Puškasti antifrikcioni materijali

Proizvodi protiv trenja se takođe proizvode od praškastih sirovina. Odlikuje ih visoka otpornost na habanje, nizak koeficijent trenja i sposobnost brzog upadanja u osovinu. Takođe, materijali u prahu protiv trenja imaju niz prednosti u poređenju sa legurama koje smanjuju trenje. Dovoljno je reći da je njihova otpornost na habanje u prosjeku veća nego kod istih babbita. Porozna struktura formirana od metala u prahu omogućava efikasnu impregnaciju mazivima.

Proizvođači imaju priliku da formiraju krajnje proizvode u različitim oblicima. To mogu biti okvirni ili matrični dijelovi sa međušupljinama ispunjenim drugim omekšanim sirovinama. I, naprotiv, u nekim područjima traženiji su antifrikcijski prahovi s mekom bazom okvira. U specijalnim saćem obezbjeđuju se čvrste inkluzije različitih nivoa disperzije. Ovaj kvalitet je od velikog značaja upravo sa stanovišta mogućnosti regulisanja parametara koji određuju intenzitet trenja delova.

Polimerni materijali protiv trenja

Moderne polimerne sirovine omogućavaju dobijanje novih tehničkih i operativnih kvaliteta za dijelove koji smanjuju trenje. Kao osnova mogu se koristiti i kompozitne legure i metal-plastični prah. Jedno od glavnih prepoznatljivih svojstava takvih materijala je sposobnost ravnomjerne raspodjele aditiva po strukturi, koji će kasnije obavljati funkciju čvrstog maziva. Grafiti, sulfidi, plastika i drugi spojevi navedeni su na listi takvih supstanci. Radna svojstva polimernih i antifrikcijskih materijala u velikoj mjeri konvergiraju na osnovnom nivou bez upotrebe modifikatora: to je nizak koeficijent trenja, otpornost na kemijski aktivne medije imogućnost rada u vodenom okruženju. Govoreći o jedinstvenim kvalitetama, polimeri mogu obavljati svoje zadatke čak i bez pojačanja posebnim mazivom.

Primjena materijala protiv trenja

Većina elemenata protiv trenja je prvobitno dizajnirana za upotrebu u grupama ležajeva. Među njima su dijelovi dizajnirani za povećanje otpornosti na habanje i komponente koje poboljšavaju klizanje. U mašinogradnji i mašinogradnji se takvi proizvodi koriste u proizvodnji motora, klipova, spojnica, turbina itd. Ovde su osnovu potrošnog materijala antifrikcioni materijali kliznih ležajeva, koji se uvode u konstrukciju pogonskih i stacionarnih oprema.

Građevinska industrija također ne može bez funkcije protiv trenja. Uz pomoć takvih dijelova ojačavaju se inženjerske konstrukcije, montažne konstrukcije i materijali za zidanje. U izgradnji željeznica koriste se za ugradnju konstruktivnih elemenata željezničkih vozila. Rasprostranjena je i upotreba antifrikcionih materijala na bazi polimera, koji svoje mjesto nalaze, na primjer, kao spojna struktura remenica, zupčanika, remenskih pogona, itd.

Zaključak

Zadatak smanjenja trenja samo na prvi pogled može izgledati sekundaran i često neobavezan. Poboljšanje tečnosti za podmazivanje zaista omogućava da se oslobode nekih mehanizama od pomoćnih tehničkih elemenata koji smanjuju habanje glavne radne grupe. Prijelazna karika od klasičnogbabbitt do modificiranog maziva visokih performansi može se nazvati antifrikcionim polimernim materijalima, koji se odlikuju mekšom strukturom i svestranošću u pogledu radnih uvjeta. Međutim, rad metalnih dijelova pod visokim pritiskom i fizičkim udarom i dalje zahtijeva uključivanje čvrstih obloga protiv trenja. Štaviše, ova klasa materijala ne samo da ne postaje stvar prošlosti, već se i razvija poboljšavajući karakteristike čvrstoće, tvrdoće i mehaničke stabilnosti.