Materiály proti treniu: prehľad, vlastnosti, použitie

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Proces prevádzky technických celkov, strojov a jednotlivých elementárnych skupín zariadení je nevyhnutne sprevádzaný opotrebovaním. Vzájomné mechanické narážanie dielov na seba s rôznou intenzitou vedie k obrusovaniu ich povrchov a deštrukcii vnútornej štruktúry. Navyše, prostredie má často podobný vplyv v podobe erózie a kavitácie. V dôsledku toho dochádza k strate výkonu zariadenia alebo aspoň zníženiu prevádzkových vlastností. Nasledujúce recenzie práškových trecích a antifrikčných materiálov vám pomôžu pochopiť spôsoby, ako minimalizovať nežiaduce trenie. Takéto materiály sa odporúčajú na použitie v priemyselných zariadeniach a domácich spotrebičoch, ako aj na stavebné náradie.

Rozdiely medzi trecími a antifrikčnými materiálmi

Uvažovanie o týchto materiáloch v jednom kontexte je spôsobené tým, že ich funkcia súvisí so všeobecnou charakteristikou činnosti mechanizmov - koeficientom trenia. Ak sú však za zníženie tejto hodnoty zodpovedné antifrikčné prvky a prísady, potom trecie prvky naopak zvyšujú. V tomto prípade napríklad práškové zliatiny so zvýšenýmkoeficient trenia poskytuje odolnosť proti opotrebovaniu a mechanickú pevnosť cieľovej pracovnej skupiny. Na dosiahnutie takýchto kvalít sa do zloženia trecích surovín zavádzajú žiaruvzdorné oxidy, bór, karbidy kremíka atď. Môžu to byť najmä brzdy a spojky.

Zabezpečujú úlohy zvyšovania trenia a súčasne vykonávajú špecifické technické úlohy. Zároveň sa trecie aj antifrikčné materiály pred použitím podrobujú prísnym laboratórnym testom. Rovnaké zliatiny pre brzdy prechádzajú kompletnými a skúšobnými testami, počas ktorých sa zisťuje vhodnosť ich použitia v praxi. Technologicky najpokročilejšie trecie materiály z polymérov sa dnes vyrábajú rôznymi metódami. Takže pre mechanizmy brzdovej skupiny sa používa technika lisovania - na formulároch sa vyrábajú bloky, dosky a sektory. Páskové materiály sa vyrábajú tkanou technikou a prekrytia sa vyrábajú valcovaním.

Vlastnosti antifrikčných materiálov

Súčiastky s funkciou proti treniu musia spĺňať široké spektrum požiadaviek, ktoré určujú ich základný výkon. V prvom rade musí byť materiál kompatibilný s protiľahlou časťou a pracovným prostredím. Za podmienok kompatibility pred a po zábehu poskytuje materiál požadovaný stupeň zníženia trenia. Tu si treba všimnúť zábeh ako taký. Táto vlastnosť definuje schopnosť prvku prirodzene upravovať geometriu povrchu.pod optimálnym tvarom, ktorý je vhodný pre konkrétne miesto prevádzky. Inými slovami, z dielu sa vymaže dodatočná štruktúra s mikrodrsnosťami, po ktorých zábeh zabezpečí pracovné podmienky s minimálnym zaťažením.

Odolnosť proti opotrebeniu je tiež dôležitou vlastnosťou týchto materiálov. Antifrikčné prvky musia mať štruktúru, ktorá poskytuje odolnosť voči rôznym druhom opotrebovania. Súčiastka zároveň nesmie byť nadmerne tuhá a tvrdá, pretože sa tým zvýši riziko zadretia, ktoré je nežiaduce pre antifrikčný materiál. Okrem toho technológovia vyzdvihujú takú vlastnosť, ako je absorpcia pevných častíc. Faktom je, že trenie v rôznej miere môže prispieť k uvoľneniu malých prvkov - často kovových. Na druhej strane, antifrikčný povrch má schopnosť „vtlačiť“takéto častice do seba, čím ich eliminuje z pracovnej oblasti.

Kovové antifrikčné materiály

Výrobky na kovovej báze tvoria najrozsiahlejšiu škálu prvkov z antifrikčnej skupiny. Väčšina z nich je zameraná na prevádzku v režime fluidného trenia, teda v podmienkach, keď sú ložiská oddelené od hriadeľov tenkou vrstvou oleja. A predsa, keď sa jednotka zastaví a naštartuje, nevyhnutne nastáva takzvaný režim hraničného trenia, pri ktorom môže dôjsť k zničeniu olejového filmu pod vplyvom vysokých teplôt. Kovové časti používané v ložiskových skupinách možno rozdeliť do dvoch typov: prvky s mäkkýmštruktúra a pevné vložky a zliatiny s pevnou základňou a mäkkými vložkami. Ak hovoríme o prvej skupine, potom sa ako antifrikčné materiály môžu použiť babbits, mosadz a zliatiny bronzu. Vďaka svojej mäkkej štruktúre sa rýchlo zabiehajú a dlho si zachovávajú vlastnosti olejového filmu. Na druhej strane pevné inklúzie spôsobujú zvýšenú odolnosť voči opotrebovaniu v mechanických kontaktoch so susednými prvkami - napríklad s rovnakým hriadeľom.

Babbits sú zliatina na báze olova alebo cínu. Aby sa zlepšili individuálne vlastnosti, môžu sa do štruktúry pridať legujúce zliatiny. Medzi zlepšené vlastnosti patrí odolnosť proti korózii, tvrdosť, húževnatosť a pevnosť. Zmena jednej alebo druhej charakteristiky je určená tým, aké legovacie materiály boli použité. Antifriction babbits môžu byť modifikované kadmiom, niklom, meďou, antimónom atď. Napríklad štandardný babbit obsahuje asi 80 % cínu alebo olova, 10 % antimónu a zvyšok tvorí meď a kadmium.

Zliatiny olova ako prostriedok na minimalizáciu trenia

Vstupnou úrovňou antifrikčných zliatin sú olovené olovené zliatiny. Cenová dostupnosť určuje špecifiká prevádzky tohto materiálu - v najmenej kritických pracovných funkciách. Olovený základ v porovnaní s cínom poskytuje babbitom menšiu mechanickú odolnosť a nízku ochranu proti korózii. Pravda, ani v takýchto zliatinách sa nezaobíde bez cínu – jeho obsah ánodosiahnuť 18 %. Okrem toho sa do zloženia pridáva aj medená zložka, ktorá zabraňuje segregačným procesom - nerovnomernému rozloženiu kovov rôznych hmotností v objeme produktu.

Najjednoduchšie olovené materiály s antifrikčnými vlastnosťami sa vyznačujú vysokým stupňom krehkosti, preto sa používajú v podmienkach so zníženým dynamickým zaťažením. Najmä ložiská pre traťové stroje, dieselové lokomotívy a komponenty ťažkého strojárstva sú cieľovou oblasťou, kde sa takéto materiály používajú. Zliatiny proti treniu využívajúce vápnik možno nazvať modifikáciou zliatin olova. V tomto prípade sú zaznamenané také vlastnosti, ako je vysoká hustota a nízka tepelná vodivosť. Základom je tiež olovo, no vo výraznom pomere ho dopĺňajú aj inklúzie sodíka, vápnika a antimónu. Medzi slabé stránky tohto materiálu patrí oxidovateľnosť, preto sa neodporúča používať ho v chemicky aktívnom prostredí.

Vo všeobecnosti o babbitoch môžeme konštatovať, že to zďaleka nie je najefektívnejšie riešenie na minimalizáciu trenia, no z hľadiska kombinácie vlastností sa ukazuje ako výhodné z hľadiska prevádzky. Ide o materiály, ktorých antifrikčné vlastnosti je možné vyrovnať zníženou odolnosťou proti únave, čo zhoršuje výkon prvku. V niektorých prípadoch je však nedostatok pevnosti kompenzovaný zahrnutím oceľových alebo liatinových trupov do konštrukcie.

Vlastnosti bronzových antifrikčných zliatin

Fyzikálne a chemické vlastnosti bronzusú organicky kombinované s požiadavkami na antifrikčné zliatiny. Najmä tento kov poskytuje dostatočné ukazovatele špecifického tlaku, schopnosti pracovať pri rázovom zaťažení, vysokej rýchlosti otáčania ložísk atď. Ale aj výber bronzu pre určité funkcie bude závisieť od jeho značky. Rovnaký formát pre prevádzku vložiek pri rázovom zaťažení je prijateľný pre značku BrOS30, ale neodporúča sa pre BrAZh. V triede bronzových materiálov sú rozdiely aj z hľadiska mechanických vlastností. Táto skupina vlastností bude závisieť od povahy rozhrania s kalenými hriadeľmi a od použitia čapu, ktorý môže mať dodatočné kalenie. A opäť sa nedá hovoriť o pevnosti zliatinovej štruktúry.

Bronzové položky môžu obsahovať aj cín, mosadz, olovo. Súčasne, ak sa všetky uvedené kovy môžu použiť ako základ babbittu, veľmi zriedkavo sa používajú antifrikčné materiály na báze medi. V tomto prípade medená zložka často pôsobí ako rovnaká prísada s pomerom obsahu 2-3%. Za optimálne sa považujú kombinácie inklúzií cínu a olova. Poskytujú dostatočnú výkonnosť zliatiny ako antifrikčný komponent, hoci strácajú v porovnaní s inými kompozíciami z hľadiska mechanickej pevnosti. Kombinované bronzové materiály sa používajú pri výrobe pevných ložísk pre elektromotory, turbíny, kompresorové jednotky a iné jednotky, ktoré pracujú pri vysokom tlaku a nízkej klznej rýchlosti.

Púdertrecie materiály

Takéto materiály sa používajú v kompozíciách určených pre prevodové a brzdové jednotky pásových vozidiel, automobilov, obrábacích strojov, stavebných mechanizmov atď. Hotové výrobky na báze práškových komponentov sa vyrábajú vo forme sektorových obložení, kotúčov a doštičiek. Zároveň sú východiskové materiály pre antifrikčný typ práškových zliatin tvorené rovnakou nomenklatúrou ako v prípade trecích komponentov – najčastejšie sa používa železo a meď, existujú však aj iné kombinácie.

Napríklad materiály vyrobené z hliníka a cínových bronzov, medzi ktoré patrí grafit a olovo, sa efektívne prejavujú v podmienkach trenia pri rýchlosti kĺzania častí rádovo 50 m/s. Mimochodom, keď ložiská pracujú rýchlosťou 5 m / s, môžu byť kovové práškové výrobky nahradené kovovo-plastovými surovinami. Toto je už antifrikčný kompozitný materiál s flexibilnou pracovnou štruktúrou a zníženou pevnosťou. Najvýhodnejšie z hľadiska použitia v podmienkach zvýšeného zaťaženia sú materiály zo železa a medi. Ako prísady sa používa grafit, oxid kremičitý alebo bárium. Prevádzka týchto prvkov je možná pri tlaku 300 MPa a rýchlosti posuvu až 60 m/s.

Práškové antifrikčné materiály

Produkty proti treniu sa vyrábajú aj z práškových surovín. Vyznačujú sa vysokou odolnosťou proti opotrebeniu, nízkym koeficientom trenia a schopnosťou rýchleho nabehnutia na hriadeľ. Práškové materiály proti treniu majú tiež množstvo výhod v porovnaní so zliatinami, ktoré minimalizujú trenie. Stačí povedať, že ich odolnosť proti opotrebovaniu je v priemere vyššia ako u tých istých babbitov. Porézna štruktúra tvorená práškovými kovmi umožňuje účinnú impregnáciu mazivami.

Výrobcovia majú možnosť vytvárať konečné produkty v rôznych formách. Môžu to byť časti rámu alebo matrice s medziľahlými dutinami vyplnenými inými zmäkčenými surovinami. A naopak, v niektorých oblastiach sú viac žiadané antifrikčné práškové materiály s mäkkou rámovou základňou. V špeciálnych plástoch sú poskytnuté pevné inklúzie rôznych úrovní disperzie. Táto kvalita má veľký význam práve z hľadiska možnosti regulácie parametrov určujúcich intenzitu trenia dielov.

Polymérové materiály odolné proti treniu

Moderné polymérne suroviny umožňujú získať nové technické a prevádzkové kvality dielov, ktoré znižujú trenie. Ako základ možno použiť ako kompozitné zliatiny, tak aj kov-plastové prášky. Jednou z hlavných charakteristických vlastností takýchto materiálov je schopnosť rovnomerne rozložiť prísady po celej štruktúre, ktoré budú neskôr plniť funkciu tuhého maziva. V zozname takýchto látok sú uvedené grafity, sulfidy, plasty a iné zlúčeniny. Pracovné vlastnosti polymérnych a antifrikčných materiálov sa do značnej miery zbližujú na základnej úrovni bez použitia modifikátorov: ide o nízky koeficient trenia a odolnosť voči chemicky aktívnym médiám amožnosť prevádzky vo vodnom prostredí. Keď už hovoríme o jedinečných vlastnostiach, polyméry dokážu plniť svoje úlohy aj bez vystuženia špeciálnym lubrikantom.

Aplikácia antifrikčných materiálov

Väčšina antifrikčných prvkov je pôvodne navrhnutá na použitie v ložiskových skupinách. Medzi nimi sú diely určené na zvýšenie odolnosti proti opotrebovaniu a komponenty, ktoré zlepšujú kĺzanie. V strojárstve a konštrukcii obrábacích strojov sa takéto výrobky používajú pri výrobe motorov, piestov, spojkových jednotiek, turbín atď. Tu sú základom spotrebného materiálu valivé materiály klzných ložísk, ktoré sa zavádzajú do konštrukcie chodu a stacionárnych vybavenie.

Stavebný priemysel sa tiež nezaobíde bez funkcie proti treniu. Pomocou takýchto častí sa posilňujú inžinierske konštrukcie, montážne konštrukcie a murovacie materiály. Pri stavbe železníc sa používajú pri montáži konštrukčných prvkov koľajových vozidiel. Rozšírené je aj použitie antifrikčných materiálov na polymérnej báze, ktoré nachádzajú svoje miesto napríklad ako spojovacia konštrukcia kladiek, ozubených kolies, remeňových pohonov a pod.

Záver

Úloha znížiť trenie len na prvý pohľad sa môže zdať druhoradá a často voliteľná. Zlepšenie mazacích kvapalín skutočne umožňuje zbaviť sa niektorých mechanizmov z pomocných technických prvkov, ktoré znižujú opotrebovanie hlavnej pracovnej skupiny. Prechodný odkaz od klasikybabbitt na modifikované vysokovýkonné mazivo možno nazvať antifrikčnými polymérnymi materiálmi, ktoré sa vyznačujú mäkšou štruktúrou a všestrannosťou z hľadiska pracovných podmienok. Prevádzka kovových častí pod vysokým tlakom a fyzickým vplyvom si však stále vyžaduje zahrnutie pevných vložiek proti treniu. Navyše sa táto trieda materiálov nielenže nestáva minulosťou, ale rozvíja sa aj zlepšovaním charakteristík pevnosti, tvrdosti a mechanickej stability.