Protitorni materiali: pregled, lastnosti, uporaba

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Proces delovanja tehničnih enot, strojev in posameznih elementarnih skupin opreme neizogibno spremlja obraba. Vzajemni mehanski vpliv delov drug na drugega z različnimi stopnjami intenzivnosti vodi do obrabe njihovih površin in uničenja notranje strukture. Poleg tega ima okolje pogosto podoben učinek v obliki erozije in kavitacije. Posledično pride do izgube zmogljivosti opreme ali vsaj do zmanjšanja operativnih lastnosti. Naslednji pregledi praškastih tornih in protitornih materialov vam bodo pomagali razumeti načine za zmanjšanje neželenega trenja. Takšni materiali so priporočljivi za uporabo v industrijski opremi in gospodinjskih aparatih, pa tudi za gradbena orodja.

Razlike med tornimi in protitornimi materiali

Upoštevanje teh materialov v enem kontekstu je posledica dejstva, da je njihova funkcija povezana s splošno značilnostjo delovanja mehanizmov - koeficientom trenja. Če pa so za znižanje te vrednosti odgovorni antifrikcijski elementi in dodatki, potem torni elementi, nasprotno, povečajo. V tem primeru so na primer prašne zlitine s povečanokoeficient trenja zagotavlja odpornost proti obrabi in mehansko trdnost ciljne delovne skupine. Za doseganje takšnih lastnosti se v sestavo tornih surovin uvajajo ognjevzdržni oksidi, bor, silicijevi karbidi itd. Za razliko od antifrikcijskih elementov torni elementi pogosto predstavljajo polnopravne funkcionalne organe v mehanizmih. To so lahko zlasti zavore in sklopke.

Zagotavljajo naloge povečanja trenja, hkrati pa opravljajo posebne tehnične naloge. Hkrati so tako torni kot protitorni materiali pred uporabo podvrženi strogemu laboratorijskemu testiranju. Iste zlitine za zavore so podvržene celotnim in preskusnim preskusom, med katerimi se ugotavlja smotrnost njihove uporabe v praksi. Tehnološko najnaprednejši torni materiali iz polimerov se danes proizvajajo na različne načine. Torej, za mehanizme zavorne skupine se uporablja tehnika stiskanja - na obrazcih so izdelani bloki, plošče in sektorji. Materiali trakov so izdelani s tkano tehniko, prekrivni elementi pa z valjanjem.

Lastnosti protitornih materialov

Deli s funkcijo proti trenju morajo izpolnjevati širok nabor zahtev, ki določajo njihovo osnovno delovanje. Najprej mora biti material združljiv tako s parnim delom kot z delovnim okoljem. V pogojih združljivosti pred in po vtekanju material zagotavlja zahtevano stopnjo zmanjšanja trenja. Tu je treba opozoriti na utekanje kot tako. Ta lastnost opredeljuje zmožnost elementa, da naravno prilagodi geometrijo površine.pod optimalno obliko, ki je primerna za določeno mesto delovanja. Z drugimi besedami, iz dela se izbriše dodatna struktura z mikrohrapavosti, po kateri bo utekanje zagotovilo delovne pogoje z minimalnimi obremenitvami.

Odpornost proti obrabi je tudi pomembna lastnost, ki jo imajo ti materiali. Elementi proti trenju morajo imeti strukturo, ki zagotavlja odpornost na različne vrste obrabe. Hkrati pa del ne sme biti pretirano tog in trd, saj se s tem poveča nevarnost prijema, kar je pri antitornem materialu nezaželeno. Poleg tega tehnologi izpostavljajo takšno lastnost, kot je absorpcija trdnih delcev. Dejstvo je, da lahko trenje do različnih stopenj prispeva k sproščanju majhnih elementov - pogosto kovinskih. Po drugi strani ima protitorna površina sposobnost, da takšne delce "tisne" vase in jih odstrani iz delovnega območja.

Kovinski materiali proti trenju

Izdelki na kovinski osnovi sestavljajo najobsežnejši nabor elementov antifrikcijske skupine. Večina jih je osredotočena na delovanje v načinu tekočega trenja, to je v pogojih, ko so ležaji ločeni od gredi s tanko plastjo olja. In vendar, ko se enota ustavi in zažene, se neizogibno pojavi tako imenovani način mejnega trenja, pri katerem se lahko oljni film uniči pod vplivom visokih temperatur. Kovinske dele, ki se uporabljajo v nosilnih skupinah, lahko razdelimo na dve vrsti: elementi z mehkimistruktura in trdni vložki ter zlitine s togo podlago in mehkimi vložki. Če govorimo o prvi skupini, se lahko kot antifrikcijski materiali uporabljajo babiti, medeninaste in bronaste zlitine. Zaradi mehke strukture se hitro zatečejo in dolgo časa ohranjajo lastnosti oljnega filma. Po drugi strani pa trdni vključki povzročajo povečano odpornost proti obrabi pri mehanskih stikih s sosednjimi elementi - na primer z isto gredjo.

Babiti so zlitina na osnovi svinca ali kositra. Tudi za izboljšanje individualnih lastnosti lahko strukturi dodamo legirne zlitine. Med izboljšanimi lastnostmi je mogoče omeniti odpornost proti koroziji, trdoto, žilavost in trdnost. Sprememba ene ali druge lastnosti je odvisna od tega, kateri legirni materiali so bili uporabljeni. Babite proti trenju lahko modificirate s kadmijem, nikljem, bakrom, antimonom itd. Na primer, standardni babit vsebuje približno 80 % kositra ali svinca, 10 % antimona, ostalo pa sta baker in kadmij.

Svinčeve zlitine kot sredstvo za zmanjšanje trenja

Vstopna raven protitornih zlitin so svinčeni babiti. Dostopnost določa posebnosti delovanja tega materiala - v najmanj kritičnih delovnih funkcijah. Svinčena podlaga v primerjavi s kositrom zagotavlja babbitom manjšo mehansko odpornost in nizko korozijsko zaščito. Res je, tudi v takšnih zlitinah ne more brez kositra - njegova vsebina lahkodosegla 18 %. Poleg tega je sestavi dodana tudi bakrena komponenta, ki preprečuje segregacijske procese – neenakomerno porazdelitev kovin različnih mas v prostornini izdelka.

Najenostavnejši svinčeni materiali z antifrikcijskimi lastnostmi so značilni po visoki stopnji krhkosti, zato se uporabljajo v pogojih z zmanjšanimi dinamičnimi obremenitvami. Zlasti ležaji za tirne stroje, dizelske lokomotive in težke inženirske komponente so ciljna niša, kjer se uporabljajo takšni materiali. Zlitine proti trenju, ki uporabljajo kalcij, lahko imenujemo modifikacija svinčevih zlitin. V tem primeru so opažene lastnosti, kot sta visoka gostota in nizka toplotna prevodnost. Osnova je tudi svinec, vendar ga v znatnih deležih dopolnjujejo tudi vključki natrija, kalcija in antimona. Kar zadeva šibke točke tega materiala, vključujejo oksidativnost, zato ga ni priporočljivo uporabljati v kemično aktivnih okoljih.

Če na splošno govorimo o babbitih, lahko trdimo, da to še zdaleč ni najbolj učinkovita rešitev za zmanjšanje trenja, vendar se glede na kombinacijo lastnosti izkaže za koristno z vidika delovanja. To so materiali, katerih antifrikcijske lastnosti je mogoče izravnati z zmanjšano odpornostjo proti utrujenosti, kar poslabša delovanje elementa. Vendar pa se v nekaterih primerih pomanjkanje trdnosti nadomesti z vključitvijo trupov iz jekla ali litega železa v zasnovo.

Lastnosti bronastih protitornih zlitin

Fizikalne in kemijske lastnosti bronaso organsko združene z zahtevami za protitorne zlitine. Zlasti ta kovina zagotavlja zadostne kazalnike specifičnega tlaka, sposobnost delovanja pod udarnimi obremenitvami, visoko hitrost vrtenja ležajev itd. Toda tudi izbira brona za določene funkcije bo odvisna od njegove blagovne znamke. Isti format za delovanje oblog pod udarnimi obremenitvami je sprejemljiv za blagovno znamko BrOS30, vendar ni priporočljiv za BrAZh. Razlike v razredu bronastih materialov so tudi glede mehanskih lastnosti. Ta skupina lastnosti bo odvisna od narave vmesnika s utrjenimi gredmi in od uporabe zatiča, ki ima lahko dodatno utrjevanje. In spet je nemogoče govoriti o trdnosti strukture zlitine.

Bronasti predmeti lahko vključujejo tudi kositer, medenino, svinec. Hkrati pa, če je vse naštete kovine mogoče uporabiti kot osnovo babita, se materiali proti trenju na osnovi bakra uporabljajo izjemno redko. V tem primeru bakrena komponenta pogosto deluje kot isti dodatek z razmerjem vsebnosti 2-3%. Kombinacije vključkov kositer-svinček veljajo za optimalne. Zagotavljajo zadostno zmogljivost zlitine kot antifrikcijske komponente, čeprav glede mehanske trdnosti izgubljajo pred drugimi sestavami. Kombinirani bronasti materiali se uporabljajo pri izdelavi trdnih ležajev za elektromotorje, turbine, kompresorske enote in druge enote, ki delujejo pri visokem tlaku in nizki hitrosti drsenja.

prašektorni materiali

Takšni materiali se uporabljajo v sestavah, namenjenih prenosnim in zavornim enotam goseničnih vozil, avtomobilov, obdelovalnih strojev, gradbenih mehanizmov itd. Končni izdelki na osnovi prašnih komponent se proizvajajo v obliki sektorskih oblog, diskov in ploščic. Hkrati so izhodni materiali za antifrikcijske zlitine prašnih zlitin tvorjeni po isti nomenklaturi kot pri tornih komponentah - najpogosteje se uporabljata železo in baker, obstajajo pa tudi druge kombinacije.

Na primer, materiali iz aluminija in kositrnega brona, ki vključujejo grafit in svinec, se učinkovito manifestirajo v pogojih trenja pri drseči hitrosti delov velikosti 50 m/s. Mimogrede, ko ležaji delujejo s hitrostjo 5 m / s, je mogoče izdelke iz kovinskega prahu nadomestiti s kovinsko-plastičnimi surovinami. To je že kompozitni material proti trenju s prožno delovno strukturo in zmanjšano trdnostjo. Najbolj ugodni v smislu uporabe v pogojih povečanih obremenitev so materiali iz železa in bakra. Kot dodatki se uporabljajo grafit, silicijev oksid ali barij. Delovanje teh elementov je možno pri tlaku 300 MPa in hitrosti drsenja do 60 m/s.

materiali proti trenju v prahu

Izdelki proti trenju so izdelani tudi iz praškastih surovin. Zanje je značilna visoka odpornost proti obrabi, nizek koeficient trenja in sposobnost hitrega zaletavanja v gred. Prav tako imajo praškasti materiali proti trenju številne prednosti v primerjavi z zlitinami, ki zmanjšujejo trenje. Dovolj je reči, da je njihova odpornost proti obrabi v povprečju višja kot pri istih babbitih. Porozna struktura, ki jo tvorijo kovine v prahu, omogoča učinkovito impregnacijo z mazivi.

Proizvajalci imajo možnost oblikovati končne izdelke v različnih oblikah. To so lahko okvirni ali matrični deli z vmesnimi votlinami, napolnjenimi z drugimi zmehčanimi surovinami. In nasprotno, na nekaterih območjih so bolj povprašeni antifrikcijski praškasti materiali z mehko podlago okvirja. V posebnih satjih so zagotovljeni trdni vključki različnih stopenj disperzije. Ta kakovost je velikega pomena prav z vidika možnosti regulacije parametrov, ki določajo intenzivnost trenja delov.

polimerni materiali proti trenju

Sodobne polimerne surovine omogočajo pridobivanje novih tehničnih in operativnih lastnosti za dele, ki zmanjšujejo trenje. Kot osnovo se lahko uporabijo tako kompozitne zlitine kot kovinsko-plastični prah. Ena glavnih razpoznavnih lastnosti takšnih materialov je sposobnost enakomerne porazdelitve dodatkov po strukturi, ki bodo kasneje opravljali funkcijo trdnega maziva. Na seznamu teh snovi so grafiti, sulfidi, plastika in druge spojine. Delovne lastnosti polimernih in antifrikcijskih materialov se v veliki meri zbližajo na osnovni ravni brez uporabe modifikatorjev: to je nizek koeficient trenja in odpornost na kemično aktivne medije termožnost delovanja v vodnem okolju. Ko že govorimo o edinstvenih lastnostih, lahko polimeri opravljajo svoje naloge tudi brez ojačitve s posebnim mazivom.

Uporaba materialov proti trenju

Večina elementov proti trenju je prvotno zasnovana za uporabo v skupinah ležajev. Med njimi so deli, zasnovani za povečanje odpornosti proti obrabi, in komponente, ki izboljšajo drsenje. V strojništvu in strojegradnji se takšni izdelki uporabljajo pri izdelavi motorjev, batov, sklopk, turbin itd. Tu so osnova potrošnega materiala antifrikcijski materiali drsnih ležajev, ki se vnašajo v konstrukcijo tekalnih in stacionarnih oprema.

Gradbena industrija tudi ne more brez funkcije proti trenju. S pomočjo takšnih delov se krepijo inženirske konstrukcije, montažne konstrukcije in zidani materiali. Pri gradnji železnic se uporabljajo pri vgradnji konstrukcijskih elementov tirnih vozil. Razširjena je tudi uporaba protitornih materialov na osnovi polimerov, ki najdejo svoje mesto na primer kot povezovalna struktura jermenic, zobnikov, jermenskih pogonov itd.

Sklep

Naloga zmanjšanja trenja le na prvi pogled se morda zdi sekundarna in pogosto neobvezna. Izboljšanje mazalnih tekočin resnično omogoča, da se znebite nekaterih mehanizmov iz pomožnih tehničnih elementov, ki zmanjšujejo obrabo glavne delovne skupine. Prehodni člen od klasikebabbitt na modificirano visoko zmogljivo mazivo lahko imenujemo polimerni materiali proti trenju, za katere je značilna mehkejša struktura in vsestranskost glede na delovne pogoje. Vendar pa delovanje kovinskih delov pod visokim pritiskom in fizičnimi udarci še vedno zahteva vključitev trdnih protitornih oblog. Poleg tega ta razred materialov ne samo da ne postane preteklost, ampak se razvija tudi z izboljšanjem lastnosti trdnosti, trdote in mehanske stabilnosti.