Материалы, устойчивые к усталостному виду изнашивания

Эти материалы предназначены для таких изделий массового производства, как подшипники качения и зубчатые колеса. Усталостное выкрашивание на их рабочих поверхностях вызывают циклические контактные напряжения сжатия. Они создают в поверхностном слое мягкое напряженное состояние, которое облегчает пластическое деформирование поверхностного слоя деталей и, как следствие, развитие в нем процессов усталости. В связи с этим высокая контактная выносливость может быть обеспечена лишь при высокой твердости поверхности, необходимой также для затруднения истирания контактных поверхностей при их проскальзывании.

Подшипниковые стали

Подшипники качения работают, как правило, при низких динамических нагрузках, что позволяет изготовлять их из сравнительно хрупких высокоуглеродистых сталей после сквозной закалки и низкого отпуска. Для производства шариков, роликов и колец подшипников применяют недорогие технологичные хромистые стали ШХ4, ШХ15, ШХ15ГС и ШХ20ГС, содержащие примерно 1 % С (ГОСТ 801-78). В обозначении марок буква Ш означает подшипниковую сталь; X — наличие хрома; число — его содержание в процентах (0,4; 1,5; 2,0); ГС — легирование марганцем (до 1,7 %) и кремнием (до 0,85 %).

Прокаливаемость сталей увеличивается по мере повышения кои цен трации хрома. Сталь ШХ15 предназначена для изготовления деталей под шипников поперечным сечением 10 - 20 мм; более легированные стали ШХ15СГ и ШХ20СГ — для деталей, прокаливающихся на большую глу бину (свыше 30 мм).

(/тали поставляют после сфероидизирующею отжита со структурой мелкозернистого перлита (179 217 11В) и повышенными требованиями к качеству металла. В них строго регламентированы карбидная неоднородность и загрязненность неметаллическими включениями, так как, выходя на рабочую поверхность, они служат концентраторами напряжений и способствуют более быстрому развитию усталостного выкрашивания.

Для изготовления высокоскоростных подшипников применяют стали после электрошлакового переплава (к марке таких сталей добавляют букву Ш, например ШХ15-Ш), отличающиеся наибольшей однородностью строения. Такие стали необходимы также для изготовления высокоточных приборных подшипников, детали которых тщательно полируют с тем, чтобы обеспечить минимальный коэффициент трения. Это возможно лишь при высокой чистоте металла по неметаллическим включениям.

Детали подшипников подвергают типичной для заэвтектоидных сталей термической обработке: неполной закалке от 820 — 850 °С и низкому отпуску при 150 — 170°С. После закалки в структуре сталей сохраняется остаточный аустенит (8 - 15%), превращение которого может вызвать изменение размеров деталей подшипников. Для их стабилизации прецизионные подшипники обрабатывают холодом при —70 ... — 80 °С. Окончательно обработанная подшипниковая сталь имеет структуру мартенсита с включениями мелких карбидов и высокую твердость (60 - 64 HRC).

Сталь ШХ4 характеризуется ограниченной прокаливаемостью и предназначена для роликовых подшипников железнодорожного транспор-ia. При закалке ее подвергают сквозному индукционному нагреву и охлаждению водой. Кольца из этой стали толщиной 14 мм закаливаются только с поверхности в слое 2-3 мм, поэтому благодаря сохранению вязкой сердцевины они могут работать при динамической нагрузке.

Детали крупногабаритных роликовых подшипников диаметром 0,5 '.' м (для прокатных станов, электрических генераторов) изготовляют из с 1 алей 12ХНЗА, 12Х2Н4А, подвергая их цементации на большую глубину

(Л 6 мм).

Для подшипников, работающих в агрессивных средах, применяют коррозионно-стойкую хромистую сталь 95X18 (0,95% С, 18% Сг).

Стали для зубчатых колес

Основным эксплуатационным свойством смазываемых колес, как и подшипников качения, является контактная выносливость. Она опреде-1яст габаритные размеры зубчатой передачи и ресурс ее работы. Кроме высокой контактной выносливости от зубчатых колес требуется сопротивление усталости при изгибе, износостойкость профилей и торцов зубьев,

устойчивость к схватыванию. Наиболее полно этим требованиям удовле творяют стали, имеющие твердый поверхностный слой, а также вязкую и достаточно прочную сердцевину, способную противостоять действию ударных нагрузок. Сочетание твердой поверхности и вязкой сердцевины достигается химико-термической обработкой низкоуглеродистых сталей или поверхностной закалкой среднеуглеродистых сталей. Выбор стали и метода упрочнения зависит от условий работы зубчатой передачи, технологических требований и имеющегося оборудования.

Для зубчатых колес, работающих при высоких контактных нагрузках, применяют цементуемые (нитроцементуемые) легированные стали. Они имеют наиболее высокий предел контактной выносливости, значение которого устанавливают в зависимости от твердости поверхности (табл. 11.1).

Твердость цементованной поверхности при концентрации углерода 0,8 - 1,4% и структуре, состоящей из высокоуглеродистого мартенсита или его смеси с дисперсными карбидами, составляет 58 - 63 HRC. Излишне высокая твердость нежелательна из-за возможности хрупкого разрушения цементованного слоя. При постоянной твердости поверхности контактная выносливость растет с увеличением толщины упрочненного слоя и твердости сердцевины. Толщину цементованного слоя принимают равной (0,20 - 0,26)т (где т — модуль колеса), но не более 2 мм. Твердость сердцевины составляет 30 - 42 HRC.

Сильно нагруженные зубчатые колеса диаметром 150 - 600 мм и более изготовляют из хромоникелевых сталей 20ХНЗА, 12Х2Н4А, 18Х2Н4МА и др. Их используют в редукторах вертолетов, судов, самолетов. Для мелких и средних колес приборов, сельскохозяйственных машин применяют хромистые стали 15Х, 15ХФ, 20ХР и др.

После цементации и последующей термической обработки зубчатые колеса имеют значительную деформацию. Для ее устранения необходимо зубошлифование, что усложняет технологию.

В условиях массового производства (авто- и тракторостроение) применяют экономнолегированные стали 18ХГТ, ЗОХГТ, 25ХГМ, 20ХНМ, 20ХГР и др. Их подвергают нитроцементации, которая проводится при несколько меньшей температуре, чем цементация, и сочетается с подсту-живанием и непосредственной закалкой. Деформация уменьшается, поэтому зубчатые колеса из таких сталей не шлифуют.

В условиях серийного производства получает применение ионная ни-троцементация, которая для хромоникелевых (12Х2Н4А, 18Х2И4МА) и сложнолегированных (20ХЗМВФА и др.) сталей обеспечивает в 2 - 3 раза более высокую контактную выносливость, чем обычная газовая цементация и нитроцементация.

Таблица 11.1. Предел контактной выносливости ац\т,ь

поверхностей зубьев прямозубых передач

(ГОСТ 21354 87)

 

Стали	Термическая и химико-термическая обработка	Твердость поверхности зубьев	Формула для расчета Ctf limb	CHlim Ь, МПа
Легированные Углеродистые и легированные	Цементация и нитроцементация Азотирование Поверхностная закалка Объемная закалка Нормализация, улучшение	> 56 HRC 550 - 750 HV 40 - 50 HRC 38 50 HRC < 350 ИВ	23HRC 17-HRC+200 18-HRC+150 0,2-IIB + 70	> 1290 1050 880 1050 834 1050 < 770

Азотирование гарантирует высокую твердость поверхности, но из »а небольшой толщины упрочненного слоя возможны подслойные разрушения. Азотирование целесообразно применять для средненагруженных зубчатых колес сложной конфигурации, шлифование которых затруднено. Для азотированных колес используют стали 38Х2МЮА, 40Х, 40ХФА и др.

Поверхностной и объемной индукционной закалке с последующим низким отпуском подвергают зубчатые колеса малых и средних размеров и i сталей с содержанием углерода 0,4 - 0,5 %. Для контурной поверхностной закалки на глубину (0,20 - 0,25) m используют стали 40, 45, 50Г, 10Х, ■10X11 и др. Сердцевина при этом не закаливается и остается вязкой. Но м;и рузочной способности эти стали уступают цементуемым сталям.

В последнее время для изготовления зубчатых колес автомобилей и i (инков взамен легированных цементуемых сталей применяют сталь пониженной прокаливаемости 58 (или 55ПП). Это качественная углероди-i 1ая сталь (ГОСТ 1050-88), которая содержит 0,55 - 0,63% С и мини пильное количество примесей (0,15% Сг, 0,20% Мп и 0,30% Si), увеличивающих прокаливаемость. При глубинном индукционном нагреве и ишенсивном охлаждении водой детали из этой стали получают только поверхностную закалку. Закаленный слой, как и при цементации, имеет ю.ццину 1-2 мм и высокую твердость (58 - 62 HRC), плавно снижающуюся к сердцевине. Сердцевина закаливается на троостит или сорбит, имеет твердость 40 - 30 HRC при достаточной вязкости. Применение этой лгшеной стали дает большой экономический эффект.

Зубчатые колеса, работающие при невысоких нагрузках, изготовляют из сталей 40, 50, 40Х, 40ХН и других после нормализации и улучшения. Невысокая твердость материала (< 350 НВ) позволяет нарезать зубья после термической обработки, что упрощает технологию изготовления колес.

Для волновых передач и небольших зубчатых колес, работающих при малых нагрузках и скоростях, применяют неметаллические материалы: текстолиты ПТ и ПТК, древесно-слоистые пластики, полиамиды — капрон, нейлон. Их используют для привода спидометров и распределительных валов автомобилей, киноаппаратов, текстильных и пищевых машин. Достоинство таких зубчатых колес — отсутствие вибраций и шума, высокая химическая стойкость.

11.3.3. Материалы, устойчивые к изнашиванию в условиях больших давлений и ударных нагрузок

Трение при высоком давлении и ударном нагружении характерно для работы траков гусеничных машин, крестовин железнодорожных рельсов, ковшей экскаваторов и других деталей. Их изготовляют из высокомарганцовистой аустенитной стали 110Г13Л, содержащей примерно 1,1 % С и 13 % Мп. Высокая износостойкость этой стали обусловлена способностью аустенита к сильному деформационному упрочнению (наклепу). Сталь плохо обрабатывается резанием, поэтому детали получают литьем (буква Л в марке стали) или ковкой.

Износостойкость стали 110Г13Л максимальна, когда она имеет однофазную структуру аустенита. Такую структуру обеспечивают закалкой в воде с 1100 °С. После закалки сталь имеет низкую твердость (200 НВ) и высокую вязкость разрушения. Если такая сталь во время работы испытывает только абразивное изнашивание, то оказывается неизносостойкой. В условиях же ударного воздействия в поверхностном слое стали образуется большое количество дефектов кристаллического строения (дислокаций, дефектов упаковки). В результате твердость поверхности повышается до 600 НВ, и сталь становится износостойкой.

Изнашивание, связанное с ударным нагружением поверхности, наблюдается также при кавитации, которая возникает при работе гребных винтов, лопастей гидротурбин, цилиндров гидронасосов. Кавитационное изнашивание создают струи жидкости в момент захлопывания пузырьков газа или воздуха. Образующиеся при этом многочисленные микроудары вызывают развитие процессов усталости, которые усиливаются под влиянием коррозии.

В качестве кавитационно-стойких применяют стали 08Х1НН10Т, 30Х10Г10 и другие с нестабильной структурой аустенита. При ударном

воздействии аустенит этих сталей испытывает наклеп и частичное мар гснситное превращение, на развитие которых расходуется энергия удара. Упрочнение поверхности стали в условиях эксплуатации затрудняет образование трещин усталости.

11.4. Антифрикционные материалы

Антифрикционные материалы предназначены для изготовления под шипников (опор) скольжения, которые широко применяют в современных машинах и приборах из-за их устойчивости к вибрациям, бесшумности работы, небольших габаритов.

Основные служебные свойства подшипникового материала - анти-фрикционность и сопротивление усталости. Антифрикционность - это способность материала обеспечивать низкий коэффициент трения скольжения и тем самым низкие потери на трение и малую скорость изнашивания сопряженной детали — стального или чугунного вала.

Антифрикционность обеспечивают следующие свойства подшипникового материала: высокая теплопроводность; хорошая смачиваемость смазочным материалом; способность образовывать на поверхности защитные пленки мягкого металла; хорошая прирабатываемость, основанная на способности материала при трении легко пластически деформироваться и увеличивать площадь фактического контакта, что приводит к снижению местного давления и температуры на поверхности подшипника.

Критериями для оценки подшипникового материала служат коэффициент трения и допустимые нагрузочно-скоростные характеристики: давление р, действующее на опору, скорость скольжения и, параметр pv, определяющий удельную мощность трения. Допустимое значение пара метра pv тем больше, чем выше способность материала снижать темпе ратуру нагрева и нагруженность контакта, сохранять граничную смазку.

Для подшипников скольжения используют металлические матери а .ил, неметаллы, комбинированные материалы и минералы (полу- и драгоценные камни). Выбор материала зависит от режима смазки и условий работы опор скольжения.

Металлические материалы предназначены для работы в режиме жидкостного трения, сочетающемся в реальных условиях эксплуатации с режимом граничной смазки. Из-за перегрева возможно разрушение граничной масляной пленки. Поведение материала в этот период работы 1анисит от его сопротивляемости схватыванию. Оно наиболее высоко у сплавов, имеющих в структуре мягкую составляющую.

Металлические материалы по своей структуре подразделяю гея на два типа сплавов: 1) сплавы с мягкой матрицей и твердыми включениями; 2) сплавы с твердой матрицей и мягкими включениями.

К сплавам первого типа относятся баббиты и сплавы на основе меди — бронзы и латуни. Мягкая матрица в них обеспечивает не только защитную реакцию подшипникового материала на усиление трения и хорошую прирабатываемость, но и особый микрорельеф поверхности, улучшающий снабжение смазочным материалом участков трения и теплоотвод с них. Твердые включения, на которые опирается вал, обеспечивают высокую износостойкость.

Баббиты — мягкие (30 НВ) антифрикционные сплавы на оловянной или свинцовой основе. В соответствии с ГОСТ 1320-74 к сплавам на оловянной основе относятся баббиты Б83 (83% Sn, 11% Sb, 6% Си) и Б88, на свинцовой основе — Б16 (16 % Sn, 16 % Sb, 2 % Си), БС6 и БН. Особую группу образуют более дешевые свинцово-кальциевые баббиты: БКА и БК2 (ГОСТ 1209-90).

Рис. 11.6. Микроструктура баббита Б83. х400

По антифрикционным свойствам баббиты превосходят все остальные сплавы, но значительно уступают им по сопротивлению усталости. В связи с этим баббиты применяют только для тонкого (менее 1 мм) покрытия рабочей поверхности опоры скольжения. Наилучшими свойствами обладают оловянистые баббиты, у которых pv = (500... 700)10⁵ Па-м/с. Из-за высокого содержания дорогостоящего олова их используют для подшипников ответственного назначения (дизелей, паровых турбин и т.п.), работающих при больших скоростях и нагрузках (табл. 11.2). Структура этих сплавов (рис. 11.6) состоит из твердого раствора сурьмы в олове (мягкая фаза, темный фон) и твердых включений (3 (SnSb) и CusSn.

Таблица 11.2. Характеристики антифрикционных материалов

 

 

Материал	НВ	Коэффициент трения по стали		Допу	стимый режим работы
		без смазоч-	со смазочным	Р,	V,	pv,
		ного ма-	материалом	МПа	м/с	МПам/с
		териала
Баббиты:
Б83	300	0,07-0,12	0,004-0,006	15	50	75
Б16	300			10	30	3
БК2	320			15	15	6
Бронзы:
БрО10Ф1	1000	0,1-0,2	0,004-0,009	15	10	15
Бр05Ц5С5	600			8	3	12
БрСЗО	250			25	12	30
Латуни:
ЛЦ16К4	1000	0,15-0,24	0,009-0,016	12	2	10
ЛЦ38Мц2С2	800			10,6	1	10
Алюминиевый сплав
Л 09-2	310	0,1-0,15	0,008	25	20	100
Л игифрикционные
серые чугуны:
ЛЧС-1	2200	0,12-0,23	0,008	2,5	5	10
АЧС-3	1600		0,016	6	0,75	45
Пластмассы:
капрон	100	0,15-0,21	-	12	5	20
текстолит	350	0,15-0,25	-	15	8	25
Комбинированные
материалы:
железо - графит	800	0,08-0,12	-	8	1
бронза - графит	560	0,04-0,1	-	6	1
металлофторпла-	-	0,03-0,1	-	-		150
пхшая лента
(МФПл)

Бронзы относятся к лучшим антифрикционным материалам. Особое место среди них занимают оловянистые и оловянисто-цинково-свинцовис-тые бронзы. К первым относятся бронзы БрОЮФ1, ВрОL01J.2, ко вторым — Бр05Ц5С5, БрОбЦбСЗ (ГОСТ 613-79). Бронзы применяют для монолитных подшипников скольжения турбин, электродвигателей, компрессоров, работающих при значительных давлениях и средних скоростях скольжения (см. табл. 11.2).

В последнее время бронзы широко используются как компоненты порошковых антифрикционных материалов или тонкостенных пористых покрытий, пропитанных твердыми смазочными материалами.

Латуни применяют в качестве заменителей бронз для опор трения. Однако по антифрикционным свойствам они уступают бронзам. Двухфазные латуни ЛЦ16К4, ЛЦ38Мц2С2, ЛЦ40МцЗА и т.д. (ГОСТ 17711-93) применяют при малых скоростях скольжения (< 2 м/с) и невысоких нагрузках. Их часто используют для опор трения приборов.

К сплавам второго типа относятся свинцовистая бронза БрСЗО, 30 % РЬ (ГОСТ 493 79), и алюминиевые сплавы с оловом, например сплав А09-2 (9 % Sn, 2 % Си). Функцию мягкой составляющей в этих сплавах выполняют включения свинца или олова. При граничном трении на поверхность вала переносится тонкая пленка этих мягких легкоплавких металлов, защищая шейку стального вала от повреждения.

Антифрикционные свойства сплавов достаточно высокие, особенно у алюминиевых сплавов. Из-за хорошей теплопроводности граничный слой смазочного материала на этих сплавах сохраняется при больших скоростях скольжения и высоком давлении (см. табл. 11.2).

Алюминиевый сплав А09-2 применяют для отливки монометаллических вкладышей, бронзу — для наплавки на стальную ленту.

К сплавам второго типа относятся также серые чугуны, роль мягкой составляющей в которых выполняют включения графита. Для работы при значительных давлениях и малых скоростях скольжения (см. табл. 11.2) используют серые чугуны СЧ 15, СЧ 20 и легированные антифрикционные чугуны: серые АЧС-1, АЧС-2, АЧС-3; высокопрочные АЧВ-1, АЧВ-2; ковкие АЧК-1, АЧК-2 (ГОСТ 1585-85). С целью уменьшения износа сопряженной детали марку чугуна выбирают так, чтобы его твердость была ниже твердости стальной цапфы. Достоинство чу-гунов — невысокая стоимость; недостатки — плохая прирабатываемость, чувствительность к недостаточности смазочного материала и пониженная стойкость к воздействию ударной нагрузки.

В настоящее время наибольшее распространение получили многослойные подшипники, в состав которых входят многие из рассмотренных

выше сплавов. Сплавы или чистые металлы в них уложены слоями, каждый из которых имеет определенное назначение.

В качестве примера разберем строение четырехслойного подшипника (рис. 11.7), применяемого в современном автомобильном двигателе. Он состоит из стального основания, слоя (250 мкм) свинцовистой бронзы (БрСЗО), тонкого (~ 10 мкм) слоя никеля или латуни и слоя свинпово-оловянного сплава толщиной 25 мкм. Стальная основа обеспечивает прочность и жесткость подшипника; верхний мягкий слой улучшает прираба-тываемость. Когда он износится, рабочим слоем становится свинцовистая бронза. Слой бронзы, имеющий невысокую твердость, также обеспечивает хорошее прилегание шейки вала, высокую теплопроводность и сопротивление усталости. Слой никеля служит барьером, не допускающим диффузию олова из верхнего слоя в свинец бронзы.

Из неметаллических материалов для изтотовления подшипников скольжения применяют термореактивные и термопластичные пластмассы (более десять видов). Среди термореактивных пластмасс используют текстолит. Из него изготовляют подшипники прокатных станов, гидравлических машин, гребных винтов. Такие подшипники могут работать в тяжелых условиях, смазываются водой, которая хорошо их охлаждает.

Из полимеров наиболее широко применяют полиамиды: ПС10, анид, капрон и особенно фторопласт (Ф4, Ф40). Достоинства полимеров: низкий коэффициент трения, высокая износостойкость и коррозионная стойкость.

Исключительно высокими антифрикционными свойствами обладает (рторопласт, коэффициент трения которого без смазочного материала по стали составляет 0,04 - 0,06. Однако фторопласт «течет» под нагрузкой и, как все полимеры, плохо отводит теплоту. Его можно применять лишь при ограниченных нагрузках и скоростях. Высокие антифрикционные свойства фторопласта реализуют в комбинации с другими материалами, используя его в виде тонких пленок либо как наполнитель.

Комбинированные материалы состоят из нескольких металлов и неметаллов, имеющих благоприятные для работы подшипника свойства. Рассмотрим полтинники двух типов.

1. Самосмазывающиеся подшипники получают методом порошковой
металлургии из материалов различной комбинации: железо — графит,
железо — медь (2 - 3 %) - графит или бронза - графит. Графит вводят
в количестве 1-4%. После спекания в материале сохраняют 15-35%
пор, которые затем заполняют маслом. Масло и графит смазывают тру
щиеся поверхности. При увеличении трения под влиянием нагрева поры
раскрываются полнее, и смазочный материал поступает обильнее. Тем
самым осуществляется автоматическое регулирование подачи смазочного
материала (его запас находится в специальной камере). Такие подшипни
ки работают при небольших скоростях скольжения (до 3 м/с), отсутствии
ударных нагрузок и устанавливаются в труднодоступных для смазки ме
стах.

2. Металлофторопластовые подшипники изготовляют из металло-
фторопластовой ленты (МФПл) в виде свертных втулок методом точной
штамповки. Лента состоит из четырех слоев (рис. 11.8). Первый слой
(приработочный) выполнен из фторопласта, наполненного дисульфидом
молибдена (25%). Толщина слоя 0,01 - 0,05 мм. В тех случаях, когда
допустимый линейный износ достаточно велик, первый слой утолщают
до 0,1 - 0,2 мм. Второй слой (~ 0,3 мм) — бронзофторопластовый. Он
представляет собой слой пористой бронзы БрО10Ц2, полученный спека
нием частиц порошка сферической формы. Поры в этом слое заполнены
смесью фторопласта с 20 % РЬ (или фторопласта и дисульфида молибде
на). Третий слой (0,1 мм) образован медью. Его назначение — обеспе
чить прочное сцепление бронзового пористого слоя с четвертым слоем —
стальной основой. Толщина основы, которую изготовляют из стали 08кп,
составляет 1-4 мм.

При работе такого подшипника пористый каркас второго слоя отводит теплоту и воспринимает нагрузку, а поверхностный слой и питающий его фторопласт выполняют роль смазочного материала, уменьшая трение. Если первый слой в отдельных местах по какой-либо причине изнашивается, то начинается трение стали по бронзе, что сопровождается повышением коэффициента трения и температуры. При этом фторопласт, имеющий более высокий температурный коэффициент линейного расширения, чембронза, выдавливается из пор, вновь создавая смазочную пленку.

Рис. 11.8. Схема строених м#-таллофторопластовой ленты!1 - фторопласт с дисульфидом молибдена; £ - бронза в слое фторопласта; 3 - медь; 4 - сталь

При тяжелых режимах трения, когда температура нагрева превышает 327 °С, происходит плавление свинца. Образующаяся жидкая фаза снижает коэффициент трения и тепловыделение.

Металлофторопластовые подшипники имеют высокие антифрикционные свойства (в диапазоне 200... 280 °С / = 0,03.. .0,1; pv = 1500- 10⁵ Па • м/с). Их используют в узлах трения, работающих без смазочного материала, хотя его введение оказывает благоприятное действие. Они могут работать в вакууме, жидких средах, не обладающих смазочным действием, а также при наличии абразивных частиц, которые легко «утапливаются» в мягкой составляющей материала. Такие подшипники применяют в машиностроительной, авиационной и других отраслях промышленности.

Минералы — естественные (агат) и искусственные (рубин, корунд) — или их заменители — ситаллы (стеклокристаллические материалы) применяют для миниатюрных подшипников скольжения — камневых опор. Камневые опоры используют в прецизионных приборах — часах, гироскопах, тахометрах и т.д. Главное достоинство таких опор — низкий и стабильный момент трения. Низкое трение достигается малыми размерами опор, что уменьшает плечо действия силы трения, а также небольшим коэффициентом трения вследствие слабой адгезии минералов к металлу цапфы. Постоянство момента трения обусловлено высокой износостойкостью минералов, способных из-за высокой твердости выдерживать громадные контактные давления.

11.5. Фрикционные материалы

Фрикционные материалы применяют в тормозных устройствах и механизмах, передающих крутящий момент; они работают в тяжелых условиях изнашивания — при высоких давлениях (до 6 МПа), скоростях скольжения (до 40 м/с) и температуре, мгновенно возрастающей до 1000°С. 1.1Я выполнения своих функций фрикционные материалы должны иметь иысокий и стабильный в широком интервале температур коэффициент i рения, минимальный износ, высокие теплопроводность и теплостойкость, хорошую прирабатываемость и достаточную прочность. Этим требованиям удовлетворяют многокомпонентные неметаллические и металлические (печенные материалы. Их производят в виде пластин или накладок, ко-юрые прикрепляют к стальным деталям, например дискам трения. Ма-н'риал выбирают по предельной поверхностной температуре нагрева и максимальному давлению, которые он выдерживает. Неметаллические материалы применяют при легких (t_nprn < 200°С, р_тах < 0,8 МПа) и

средних («пред = 400 °С, р_тах = 1,5МПа) режимах трения. Из них преимущественно используют асбофрикционные материалы, состоящие из связующего (полимеры каучука), наполнителя и специальных добавок. Основным наполнителем является асбест, который придает материалу теплостойкость, повышает коэффициент трения и сопротивление схватыванию. К нему добавляют медь, алюминий, свинец, латунь в виде стружки или проволоки для повышения теплопроводности; графит для затруднения схватывания (этому же способствует свинец, который, расплавляясь, служит как бы жидким смазочным материалом); оксиды или соли металлов (ZnO, BaSC>4 и др.) для увеличения коэффициента трения.

Из асбофрикционных материалов наибольшей работоспособностью обладает ретинакс (ФК-24А и ФК-16Л), который содержит 25% фенол-формальдегидной смолы, 40 % асбеста, 35 % барита, кусочки латуни и пластификатор. В паре со сталью ретинакс обеспечивает коэффициент трения 0,37-0,40. Его используют в тормозных механизмах самолетов, автомобилей и других машин.

Недостатком неметаллических материалов является невысокая теплопроводность, из-за чего возможны перегрев и разрушение материала.

Металлические спеченные материалы применяют при тяжелых режимах трения («пред < 1200 °С, р_тах < 6 МПа). Их производят на основе железа (ФМК-8 и ФМК-11) и меди (МК-5). Кроме основы и металлических компонентов (Sn, Pb, Ni и др.), обеспечивающих прочность, хорошую теплопроводность и износостойкость, эти материалы содержат неметаллические добавки — асбест, графит, оксид кремния, барит. Они выполняют те же функции, что и в асбофрикционных материалах.

Материалы на основе железа из-за высокой теплостойкости используют в узлах трения без смазочного материала, а материалы на основе меди — при смазывании маслом.

В многодисковой тормозной системе самолетов применяют бериллий из-за его высокой теплоемкости, теплопроводности и малой плотности.

---

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 913; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!