ПОРОШКОВІ АНТИФРИКЦІЙНІ МАТЕРІАЛИ

 

До антифрикційних матеріалів відносяться матеріали, що працюють у вузлах тертя – ковзання. Вони можуть застосовуватися в машинах і механізмах загального призначення, які широко використовуються в народному господарстві і в побуті, а також у спеціальних галузях хімічної та металургійної промисловості (рис. 1).

 

Рис.1 - Порошковий композиційний антифрикційний матеріал для виготовлення вкладишів стартеру автомобілів

 

Порошкові антифрикційні матеріали можуть експлуатуватися як у легконавантажених вузлах, так і у вузлах, що несуть великі навантаження, в агресивних середовищах, в умовах підвищених і знижених температур, при високому тиску і в глибокому вакуумі. Крім того, антифрикційні порошкові матеріали можуть працювати в умовах сухого тертя, а також за наявності рідкого змащування, що подається ззовні або за рахунок самозмазування. У свою чергу, умови роботи матеріалів визначаються галузями їх застосування.

Залежно від застосування та умов роботи до антифрикційні матеріалами ставляться наступні вимоги: низький коефіцієнт тертя, висока зносостійкість, здатність утворювати шари вторинних структур, запобігати схоплюванню, володіти об'ємною та поверхневою міцністю, мати високу несучу здатність, високу теплопровідність та ін.

Коефіцієнт тертя антифрикційних матеріалів для умов сухого тертя повинен складати 0,12-0,30, а для умов тертя з мастилом – 0,04-0,10. Його величина залежить від складу матеріалу, його структури, пористості та умов роботи. Зменшення коефіцієнта тертя сприяє зниженню тепловиділення та зношуванню пар тертя, що сприяє підвищенню довговічності деталей. У порошкових матеріалах низький коефіцієнт тертя і його стабільність багато в чому забезпечуються за рахунок ефекту самозмащування і введення твердих мастил, таких як графіт, сульфіди металів та ін. Істотно знижується коефіцієнт тертя через окислювальні процеси та утворення оксидних плівок на межі розділу робочих поверхонь.

Зносостійкість поряд з іншими властивостями визначає довговічність вузла тертя. На неї впливає міцність матеріалу, його структура та твердість антифрикційного матеріалу. При цьому зносостійкість визначається, головним чином, властивостями вторинних структур, що утворюються на поверхнях тертя.

Вторинні структури утворюються в початковий період роботи за рахунок диспергування матеріалу поверхонь тертя і його змішування з частками оксидів, графіту та інших речовин, що входять в матеріал у вигляді присадок. При цьому під дією локального виділення теплоти і тиску відбувається спікання суміші частинок з отриманням на поверхні антифрикційного матеріалу шару речовини зі структурою, характерною для дисперсно-зміцнених матеріалів. Якщо не утворюється досить міцний і зносостійкий шар вторинних структур, що захищає основний матеріал пари тертя від безпосередньої взаємодії, виникає схоплювання, мікрорізання, шаржування, що викликає зниження працездатності вузла тертя в цілому.

Припрацьовуваність матеріалу також відіграє важливу роль у процесі його експлуатації і залежить від здатності генерувати шари вторинних структур в результаті комплексу фізичних, фізико-хімічних і механічних процесів, що протікають при терті. Вона залежить від властивостей матеріалу, його складу та умов роботи. Так, наприклад, наявність пористості й змащення покращує припрацьовуваність матеріалів.

Об'ємна та поверхнева міцність залежить від виду матеріалу основи, легуючих добавок, структури і виду додаткової термічної або хіміко-термічної обробки. Від фізико-механічних властивостей матеріалу, зокрема від міцності, залежить несуча здатність антифрикційного матеріалу, яка характеризується добутком питомого навантаження Р на швидкість ковзання V в метрах за секунду. Для кожного матеріалу РV має цілком певне значення і визначає умови його роботи. При конструюванні підшипників необхідно враховувати несучу здатність матеріалу і встановлювати для нього значення питомих навантажень і швидкостей тертя в допустимих межах. При високих значеннях питомих навантажень для збереження працездатності матеріалу знижують швидкість тертя, і навпаки. Несуча здатність, крім властивостей самих матеріалів, залежить також від температури навколишнього середовища, характеру мастильних матеріалів і способу їх подачі, стану поверхні тертя та інше.

Важливою умовою стабільної роботи вузла тертя є сталість його температури в межах допустимих значень. Температура вузла тертя багато в чому визначається теплопровідністю антифрикційного матеріалу, яка в основному залежить від природи матеріалу основи і збільшується із зростанням щільності матеріалу і з введенням добавок, що володіють високою теплопровідністю.

Самозмащування є однією з головних переваг антифрикційних порошкових матеріалів. Даний ефект може бути досягнутий або за рахунок масла, що знаходиться в порах матеріалу підшипника, або за рахунок наявності в складі матеріалу речовин, що виконують роль твердого мастила. До таких речовин відносяться графіт, деякі сульфіди (особливо сульфіди молібдену і вольфраму), нітрид бору, деякі оксиди, м'які і легкоплавкі метали, галогеніди, фторопласт, капрон, нейлон та ін. Ці речовини в процесі тертя сприяють утворенню розділових плівок на їх поверхнях.

Ефект самозмащування пористих виробів, просочених маслом, полягає в тому, що при нагріванні пари тертя, об’єм масла в антифрикційному матеріалі збільшується в більшій мірі, ніж об’єм металевого каркаса. У результаті цього масло витікає з пор на поверхню і змащує її. При охолодженні вузла тертя, під дією капілярних сил, масло вбирається в пори.

Термін служби підшипника подовжується при збільшенні кількості мастила в матеріалі. Це може бути забезпечено за рахунок потовщення стінок підшипника, збільшення кількості та розмірів пор шляхом застосування порошків з максимально допустимим розміром часток.