Антифрикційні матеріали

До антифрикційних матеріалів зазвичай відносять матеріали, що працюють у вузлах тертя – ковзання. До них, крім низького коефіцієнта тертя, висуваються й інші вимоги, які залежать від умов їх експлуатації. А експлуатуватися вони можуть у легконавантажених вузлах 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 областями їх застосування. Вони можуть застосовуватися в машинах і механізмах загального призначення, які широко використовуються в народному господарстві і в побуті, а також у спеціальних галузях народного господарства і нової техніки-атомної енергетики, ракетної та космічної техніки, хімічної та металургійної промисловості.

Залежно від галузі застосування та умов роботи до антифрикційні матеріалами пред'являються наступні вимоги: низький коефіцієнт тертя, висока зносостійкість, здатність утворювати шари вторинних структур, запобігати схоплювання, мати об'ємну та поверхневу міцністю, високу несучу здатність, досить високу теплопровідність, самозмащуваність, економічність технології виготовлення та інше.

Коефіцієнт тертя антифрикційних матеріалів для умов сухого тертя повинен дорівнювати 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.

У порошкових матеріалах низький коефіцієнт тертя і його стабільність багато в чому забезпечуються за рахунок ефекту самозмазуванністі і введення твердих мастил, таких як графіт, сульфіди металів та ін. Істотно знижується коефіцієнт тертя завдяки окислювальних процесів утворення оксидних плівок на межі розподілу робочих поверхонь.

Зносостійкість поряд з іншими властивостями визначає довговічність вузла тертя. На неї впливає міцність матеріалу, його структура, твердість як антифрикційного матеріалу, так і контртіла (пари тертя) та ін. При цьому зносостійкість визначається, головним чином, властивостями вторинних структур, що утворюються на поверхнях тертя за рахунок диспергування матеріалів поверхонь тертя і його змішування з частинками оксидів, графіту та інших речовин, які вводять в матеріал як присадки.

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 фізико-механічних властивостей матеріалу, зокрема від міцності. Від неї залежить несуча здатність антифрикційного матеріалу, яка характеризується добутком питомого навантаження р(мПа) на швидкість ковзання V (м/c). Для кожного матеріалу рV має цілком певне значення і визначає умови його роботи. При конструюванні підшипників для кожного матеріалу необхідно встановлювати значення питомих навантажень і швидкостей тертя в допустимих межах. При високих значеннях питомих навантажень для збереження працездатності матеріалу знижують швидкість тертя, і навпаки.

Величина рV для різних матеріалів може змінюватись від 0,5…1,0 до 200 МПа·м/с

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.

Самозмащуваність є одним з головних переваг антифрикційних порошкових матеріалів. Ефект самозмащуваності може бути досягнутий або за рахунок масла, що знаходиться в порах матеріалу підшипника, або за рахунок наявності в складі матеріалу речовин, що виконують роль твердої мастила. До таких речовин відносяться графіт, деякі сульфіди (особливо сульфіди молібдену і вольфраму), нітрид бору, селенідом, теллуріди, 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 самозмащуваності пористих виробів, просочених маслом, полягає в тому, що при нагріванні треться пари обсяг масла в антифрикційне матеріалі збільшується в більшій мірі, ніж обсяг металевого каркаса. У результаті цього масло витікає з пор на труться поверхні і змащує їх. При охолодженні вузла тертя олію під дією капілярних сил вбирається в пори.

Необхідні характеристики антифрикційних матеріалів багато в чому можуть бути забезпечені виготовленням їх методами порошкової металургії. У цьому випадку можна вирішити наступні завдання:

1) створити нові матеріали для забезпечення роботи вузла тертя в режимі самозмазування, тобто в умовах, коли застосування рідких мастил неприпустимо через можливу псування продукції (харчової, текстильної, поліграфічної та ін.) або неефективно, наприклад у вакуумі, інертних середовищах, при підвищених температурах;

2) замінити дефіцитні литі сплави на основі міді (бронзи, латуні), бабіти за рахунок використання більш дешевих матеріалів, наприклад на основі заліза;

3) застосувати більш економічну технологію виготовлення, підвищити надійність вузлів тертя, полегшити та покращити умови їх експлуатації.