3.1.3. Применение металлов и сплавов в качестве антифрикционных материалов (афм)
Как
известно, антифрикционные материалы
(«анти» – против, лат. frictio
– трение) применяются в узлах (парах)
трения для уменьшения работы внешнего
трения, вызывающей нагревание и износ
различных частей механизмов и машин.
Одной из важных характеристик АФМ
является коэффициент трения скольжения.
Коэффициент
трения скольжения (fтр)
численно равен
отношению силы трения к силе нормального
давления:
fтр=Fmp/Fдав
Понятно, что коэффициент трения скольжения детали из АФМ по поверхности сопряженной детали из конструкционного материала должен иметь малую величину. Широко известно применение в качестве АФМ сплавов меди с оловом и другими элементами (бронзы) и сплавов на основе олова или свинца (баббиты). Сплавы указанной природы называются в технике подшипниковыми сплавами.
Коэффициенты трения (со смазкой) баббитов имеют величину fтр=0,004 – 0,007, а антифрикционные бронзы fтр = 0,07 – 0,10.
В последнее время все большее применение находят подшипники, изготовляемые прессованием и спеканием из бронзового или железного порошка, обычно с добавлением графита (1 – 3%). Металлокерамические АФМ из металлических порошков имеют поры (15 – 30% от объема изделия), что способствует удержанию смазки. Наличие графита в материале и запас смазки в порах придают подшипникам свойства самосмазываемости. Срок службы подшипников из порошков по сравнению с литыми больше от 1,5 до 10 раз. Коэффициент трения металлокерамических подшипников fтр =0,04 – 0,06. Они могут работать при скоростях до 6 м/с и нагрузках на подшипник до 600 МПа. При меньших нагрузках скорости скольжения могут достигать 20 – 30 м/с.
3.1.4. Применение металлических сплавов в качестве фрикционных материалов
Надежность работы многих механизмов и машин при возрастании скоростей и нагрузок на рабочие части в значительной мере зависит от качества работы тормозных устройств. В связи с этим создание и применение фрикционных материалов (ФМ) приобретают особую важность.
В настоящее время для оснащения тормозных устройств многих машин и механизмов применяется ФМ на базе полимерных композитов (пластмасс). К таким материалам относятся ферродо, ретинакс, асбоволокниты и асботекстолиты, имеющие fтр = 0,25 – 0,45. Однако эти материалы в тяжелых условиях работы недостаточно износостойки.
Методами порошковой металлургии создаются ФМ, более полно отвечающие требованиям, предъявляемым современной техникой. Эти материалы могут работать при Vтр=50 м/с и нагрузках = 350 – 400 МПа (полимерные материалы – до 50 – 60 МПа). ФМ из порошков имеют коэффициент трения при работе в масле fтр=0,08 – 0,15, а при сухом трении по чугуну fтр=0,3 – 0,5(и даже до 0,7).
Ориентировочный состав типичного ФМ на медной основе для работы в масле таков:
Медь 60 – 70%
Олово 5 – 7%
Свинец 5 – 15%
Цинк 5 – 10%
Железо 5 – 10%
Кремнезем или карбид кремния 2,5 – 3%
Графит 1 – 2%
Разработаны также ФМ на основе железного порошка для работы при трении без смазки. Примерный состав таких материалов приведен ниже:
Железо 64%
Медь 15%
Графит 9%
Асбест 3%
Сернокислый барий 6%
Кремнезем 3%
Из ФМ изготовляют детали тормозных устройств в виде дисков, накладок, лент, колодок и т.д. Эти детали необходимы для производства самолетов, автомобилей, тракторов, тягачей, различного рода станков для механической обработки материалов и множества других механизмов.