5.2. Антифрикционные материалы

Антифрикционные материалы предназначены для изготовления подшипников и опор скольжения, которые нашли широкое применение в современных машинах и приборах для обеспечения устойчивости к вибрациям и бесшумности работы. Главное свойство подшипникового материала – это антифрикционность т.е. способность материала обеспечивать низкий коэффициент трения скольжения. Это, в свою очередь, приводит к малой скорости изнашивания сопряженной детали (стального или чугунного вала).

Антифрикционность обеспечивают следующие свойства подшипникового материала:

1. высокая теплопроводность;

2. хорошая смачиваемость смазочным материалом;

3. способность образовывать на поверхности защитные пленки мягкого металла;

4. хорошая прирабатываемость.

Критериями для оценки работоспособности подшипниковых материалов являются коэффициент трения и допустимые нагрузочно-скоростные характеристики (давление, действующее на опору и скорость скольжения).

Для подшипников скольжения используют металлические материалы, неметаллы, комбинированные материалы и минералы (драгоценные и полудрагоценные камни, например рубин).

Металлические антифрикционные материалы по своей структуре подразделяют на два типа сплавов:

1. сплавы с мягкой матрицей и твердыми включениями;

2. сплавы с твердой матрицей и мягкими включениями.

Они предназначены для работы в режиме жидкостного трения, сочетающемся в реальных условиях эксплуатации с режимом граничной смазки.

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 (НВ 300) антифрикционные сплавы на оловянистой или свинцовой основе. Баббиты на оловянистой основе маркируются буквой Б – баббит и цифрами, показывающими процентное содержание олова в сплаве, например: Б83 – содержит 83% олова, остальное сурьма и медь. Баббиты на свинцовой основе, например Б16 – содержит16% олова, остальное свинец, сурьма и медь. Свинец используется для замены дорогостоящего олова, хотя это и приводит к небольшому снижению эксплуатационных характеристик материала.

По антифрикционным свойствам баббиты превосходят все остальные сплавы, но значительно уступают им по сопротивлению усталости. В связи с этим они применяются только для тонкого (менее 1 мм) покрытия рабочей поверхности опоры скольжения.

Оловянистые баббиты из за высокого содержания дорогостоящего олова используют для подшипников ответственного назначения (дизелей, паровых турбин и т.п.), работающих при больших скоростях и нагрузках.

Оловянистые бронзы (например Бр10Ц2) применяют для изготовления монолитных подшипников скольжения турбин, электродвигателей, компрессоров, работающих при значительных давлениях и средних скоростях скольжения.

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

Латуни используют как более дешевый материал для замены бронз.

К сплавам второго типа относятся свинцовистая бронза БрС30, содержащая 30% свинца и алюминиевые сплавы с оловом. Мягкими составляющими в этих сплавах являются включения свинца или олова. В процессе эксплуатации при граничном трении на поверхность твердого вала переносится тонкая пленка этих мягких и легкоплавких металлов, которая защищает его от повреждений.

К сплавам второго типа относятся также серые, высокопрочные и антифрикционные чугуны. Роль мягкой составляющей в них выполняют включения графита. Их применяют для работы при значительных давлениях и малых скоростях скольжения. Марку чугуна выбирают так, чтобы его твердость была ниже твердости сопрягаемой стальной поверхности, это снижает износ последней.

Главным достоинством чугунов, является невысокая стоимость, а недостатками – плохая прирабатываемость и пониженная стойкость к воздействию ударных нагрузок.

Из неметаллических материалов для изготовления подшипников скольжения применяют пластмассы. Например текстолит, из него изготавливают подшипники прокатных станов, гидравлических машин, гребных винтов. Из полимеров наиболее часто применяют полиамиды (капрон, фторопласт). Они отличаются низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью.

Применение комбинированных материалов, состоящих из нескольких металлов и неметаллов, позволят получать самосмазывающиеся подшипники. Их получают методом порошковой металлургии, смешивая в заданных пропорциях порошки твердых материалов, являющихся основой, и мягких материалов, играющих роль смазки. Применяются сочетания: железо – графит, железо – медь, бронза – графит.

Естественные (агат), и искусственные (рубин, корунд) минералы применяют для миниатюрных подшипников скольжения – камневых опор. Их применяют в часах, гироскопах, прецезионных приборах и т.д. Главное достоинство таких опор – низкий и стабильный момент трения.