Get Adobe Flash player

Материалы деталей трибосопряжений и узлов трения, их применение

Цель: Изучить различные материалы, применяемые для трибосопряжений, их физические и механические свойства, классификацию, марки-ровку, область применения

Задание :

1.     Изучить теоретический материал
2.     Описать в отчете два вида материалов, применяемых для трибосопряжений и узлов трения, привести марки

Теоретический материал

Чугун – железоуглеродистый сплав, содержащий более 2,14 % С. Чугуны обладают хорошими механиче-скими свойствами и превосходно обрабатываются. Графит в чугунах придает хорошие антифрикционные свойства, формируя включения различной фор-мы. Антифрикционные свойства чугуна в большой степени определяются структурой графитовой составляющей (формой и распределением в основной структуре). Графитовые включения можно рассматривать как пустоты (де-фекты) структуры. Около таких дефектов при нагружении концентрируются 25 напряжения. Графит пластинчатой формы разупрочняет металл. Наиболее благоприятной для механических свойств чугуна является хлопьевидная, а оптимальной – шаровидная форма графита. В зависимости от формы вклю-чений графита: чугун с пластинчатым графитом - серый чугун; чугун с ша-ровидным графитом - высокопрочный чугун; вертикулярный чугун – серый, с волокнистой червеобразной формой графита; чугун с хлопьевидным графи-том - ковкий чугун.

Стали - это железоуглеродистый сплав, содержащий не более 2,14%С. Стали используются как антифрикционные материалы только в случае очень легких условий работы при малых контактных давлениях и скоростях сколь-жения. Обладая высокой твердостью и имея высокую температуру плавле-ния, сталь плохо прирабатывается и склонна к схватыванию с сопрягаемым телом. Большое значение стали для трибологии объясняется ее широким применением в качестве контртела для подшипниковых материалов любых типов – от баббитов до керамики. Применяются углеродистые конструкци-онные стали (углерод от 0,6 до 0,8 %); легированные стали. В термически обработанном состоянии легированные стали имеют вы-сокий предел текучести и твердость, что обеспечивает их высокую износо-стойкость в широком диапазоне эксплуатации. Упрочнение от действия дис-персных частиц упрочняющей фазы достигается за счет подбора состава ста-ли и оптимальной термической или химико-термической обработки. Упрочняющими фазами в легированных сталях могут быть карбиды разного состава: нитриды, карбонитриды, интерметаллиды, чистые и мало-растворимые металлы в железе (например, чистая медь). Наиболее эффек-тивное упрочнение достигается такими фазами, которые способны раство-ряться в твердом растворе (например, в аустените при нагреве), а затем вы-деляться из него в мелкодисперсном состоянии и сохраняться при темпера-турах технологической обработки и использования деталей трибосопряже-ния. К эффективным упрочнителям относятся карбиды: VC, NbC, MoC и нитриды VN, NbN, а также комплексные фазы на их основе. Оптимальное упрочнение от твердых дисперсных частиц достигается при условии, когда эти частицы достаточно малы и когда расстояние между ними в твердом рас-творе также мало. Обеспечивается этот процесс соответствующим подбором легирующих элементов и режимов термической обработки (закалка и высо-кий отпуск, закалка и низкий отпуск), позволяющих получить структуру с высокими механическими и триботехническими характеристиками.

Антифрикционные сплавы цветных металлов. Цветные металлы и сплавы на их основе, в настоящее время являются основными антифрикци-онными материалами для смазываемых подшипников скольжения. В зависимости от состава деформируемые бронзы отличаются высоки-ми механическими, антифрикционными и упругими свойствами, что очень важно для деталей узлов трения. Литейные бронзы применяются главным образом для изготовления отливок для деталей триботехнического назначе-ния (втулки и вкладыши подшипников, венцы червячных зубчатых колес) 26 и пароводяной арматуры. Латуни используют в качестве заменителей бронз для опор трения. Они хорошо свариваются, легко обрабатываются режущим инструментом, их антифрикционные свойства ниже, чем у бронз. Вследствие этого латуни применяют для опор скольжения, работающих с малыми скоростями. Алюминиевые подшипниковые сплавы классифицируют по виду микроструктуры, отражающей антифрикционные свойства сплавов (мягкие микроструктурные составляющие уменьшают износ и повышают стойкость пар трения к возникновению задира). Такая классификация предусматривает две группы: сплавы, имеющие включения твердых структурных составляющих кри-сталлы FeAl3, Al3Ni, CuAl2, Mg2Si, AlSb, Si и др. в пластичной основе метал-ла; сплавы, имеющие наряду с твердыми составляющими и мягкие вклю-чения. Из алюминиевых сплавов изготавливают как монометаллические дета-ли (втулки, шарниры и др.), так и биметаллические подшипники на стальной подложке. Для первых предпочтительны более прочные твердые сплавы, а для вторых (в качестве антифрикционного слоя) – менее твердые пластичные сплавы. Цинковые антифрикционные сплавы. Благодаря эффекту снижения абразивной активности свободных абразивных частиц за счет их утапливания в мягком поверхностном слое, подшипники из цинковых сплавов меньше из-нашивают сопряженные детали даже при попадании абразивных частиц в зо-ну трения. Цинковые сплавы технологичны при изготовлении монометалли-ческих и биметаллических деталей опор скольжения.

Цинковые сплавы име-ют высокую пластичность и сопротивление усталости. Из цинковых сплавов изготавливают цельные и штампованные из ленты втулки, которые приме-няют, например, в железнодорожных и других транспортных машинах. Легкоплавкие подшипниковые сплавы (баббиты) – это мягкие ан-тифрикционные сплавы на оловянной, свинцовой, алюминиевой и цинковой основах, в которых равномерно распределены твердые кристаллы (кристаллы фазы SnSb или кристаллы Sb, игловидные кристаллы Cu). Баббиты отлича-ются высоким уровнем прирабатываемости и имеют низкий коэффициент трения со сталью, хорошо удерживают граничную масляную пленку. Благодаря хорошей прирабатываемости баббитов, все геометрические дефекты по-верхностей трения деталей, полученные в процессе формообразования и сборки узлов трения, механизмов и технических систем в целом в процессе приработки на стадии обкатки подшипников могут быть частично или пол-ностью устранены. При выполнении практической работы указать физические и механи-ческие свойства, классификацию, маркировку, область применения материа-лов, применяемых для деталей и узлов трибосопряжения.