Антифрикційні сплави: опис, види і властивості

Антифрикційні сплави являють собою групу матеріалів, які володіють невеликим коефіцієнтом тертя або здатні знизити його у інших композитів. Тверді мастильні джерела стійкі до зношування при тривалому використанні. Ними покривають різні тертьові поверхні. Для цього використовують фторопласт, латунь, бронзу, железографит і бабіту. Матеріали повинні бути пластичними і зносостійкими, повністю відповідати навантажень при експлуатації деталей і конструкцій.

Деякі особливості сплавів

Основна роль антифрикційних сплавів полягає у підвищенні терміну служби дотичних поверхонь різних механізмів і машин. Їх застосовують в основному для виготовлення втулок і підшипників або для нанесення їх на поверхні тертьових деталей. З одного боку, сплави повинні мати пластичністю і добре прирабатываться, а з іншого – бути твердими і міцними, для зменшення зносу деталей. Для виконання цих умов роблять композити різнорідної структури: основа м’яка і пластична, а вкраплення в неї більш тверді. Завдяки цьому, в процесі роботи деталі м’яка основа стирається, утворюючи на поверхні рельєф. А це сприяє непоганий циркуляції мастильних масел по стичним поверхонь, що зменшує коефіцієнт тертя і підвищує продуктивність роботи механізму. При використанні антифрикційних сплавів необхідно враховувати і їх теплопровідність, щоб труться деталей не перегрівалися.

Основні властивості сплавів

Сплавами з антифрикційним ефектом заливають вкладиші підшипників ковзання. Вимоги до них встановлюються в залежності від умов, в яких працюють деталі. Матеріал, з якого вони виробляються, зобов’язаний володіти наступними властивостями антифрикційних сплавів:

  • достатньою пластичністю, щоб мати здатність прирабатываться до обертової поверхні і твердістю, необхідної для вкладиша, але не стираємого вал;
  • робоча поверхня повинна сприяти утриманню мастильного матеріалу;
  • невеликим коефіцієнтом тертя з матеріалом, з якого виготовлений вал обертання;
  • невисокою температурою плавлення.

Які сплави використовують в якості антифрикційних матеріалів

Всі сплави такого роду діляться на три групи:

  • Білі – бабіти. Основою їх є олово і свинець, а домішки складаються з міді і сурми. Самими високоякісними вважаються олов’яні бабіти. Вони здатні витримувати значну частоту обертання вала. Їх застосовують для виготовлення турбінних підшипників великих двигунів для водних суден, турбокомпресорів, турбонасосів. Вони відрізняються хорошою опірністю ударних навантажень і мінімальним коефіцієнтом тертя. Бабіти з свинцю використовують для машин з меншими навантаженнями. Кальцієві, основою яких є свинець з невеликою добавкою кальцію, натрію, магнію та інших елементів, що швидко зношуються і застосовуються тільки при невеликому навантаженні, але і вартість їх значно менше, ніж олов’яних і свинцевих.
Дивіться також:  Приклад розповіді про себе на співбесіді

  • Жовті – бронза і латунь. Поширене застосування олов’яних бронз. Крім високих антифрикційних властивостей, вони володіють відмінною твердістю і мають хорошу антикорозійну стійкість. А також використовують олов’яно-фосфорні і олов’яно-свинцеві бронзи для деталей різного виду машин. Підшипники для дизелів, авіамоторів і двигунів трактора роблять з бінарних свинцевих бронз, де частка останнього доходить до 30 %. Такі антифрикційні сплави використовують в якості готових виливків (втулок) і вкладишів підшипників. Для їх виготовлення використовують сталеву стрічку, поверхня якої залита свинцевої бронзою. Для зовсім дрібних підшипників застосовують олов’яно-свинцево-цинковий метал. Бронзи (марганцовистая, кремниста, алюмінієва) без вмісту олова також знаходять своє застосування. Латуні з мастильним властивостями поступаються останнім. Їх найчастіше використовують як антифрикційні сплави підшипників при роботі деталей на малих швидкостях і невеликих навантаженнях.

  • Чорні – антифрикційні чавуни. Вони застосовуються дешеві матеріали в основному двох типів:
    • перліто-графітовий: основа його складається з перліту і має тверду структуру, графіт – м’яка речовина, що сприяє поліпшенню умов змащення і непогано вбирає мастильні масла;
    • ферито-графіто-фосфидный: структура його складається з м’якою та пластичною основи з вкрапленням твердих фосфидов.

Сплави для підшипників

Антифрикційні матеріали знаходять широке застосування. При виготовленні підшипників, використовуваних в теперішніх автомобілях і приладах, вони затребувані завдяки їх безшумної роботи, стійкості до вібрацій і малим розмірам. До групи антифрикційних підшипникових сплавів належать бронзи, бабіти, латуні, сірі чавуни і окремі сплави алюмінію. Для вибору матеріалу важливо знати режим мастила і умови, при яких працює підшипник. Металеві мастильні матеріали визначені для режиму рідинного тертя – вал і підшипник поділяються тонкою масляною плівкою. Але при пуску і зупинці машини зазначається режим граничного змащення. Вона може зруйнуватися і в результаті перегріву вузла підшипника. Як поведе себе матеріал в даному випадку, буде залежати від його тяжіння до схоплювання.

Дивіться також:  Блокада серця: види та класифікація

Припої для пайки

Для суміщення деталей з металу застосовують пайку. Для якісної роботи потрібен відповідний припій. Він складається з сплаву олова, найчастіше зі свинцем, узяті в різних пропорціях залежно від призначення. Так, сплав, що містить 62% свинцю і 38% олова, застосовують для пайки деталей в електротехніці і електроніці. Іноді використовують припої і не містять свинець. Але більша частина антифрикційних сплавів і припоїв обов’язково включає в свій склад олово і свинець. Ці сплави зберігають механізми машини, зменшуючи тертя, а припої дозволяють з’єднувати металеві деталі.

Алюмінієві сплави

Антифрикційні сплави з алюмінію містять нікель, олово, мідь, сурму, кремній і мають:

  • непоганими мастильними властивостями;
  • значною теплопровідністю;
  • корозійною стійкістю в масляному середовищі;
  • хорошими механічними та технологічними властивостями.

Їх використовують у вигляді тонкого покриття, яке наноситься на сталеве підстава. Алюмінієві сплави по хімічному складу діляться на дві групи, що включають:

  • Сурму і мідь. Ці метали утворюють тверді вкраплення в м’яку алюмінієву основу. Сплави витримують велике навантаження і високі швидкості при рідинному терті. Використовуються в автомобілях і тракторах в якості вкладишів підшипників колінчастого вала.
  • Мідь і олово. З такими добавками сплави працюють при наявності напіврідкого і сухого тертя. За антифрикційними властивостями схожі з баббитами. З них изготовливают підшипники в автомобільній та машинобудівної промисловості.
  • Різні області застосування антифрикційних сплавів

    Бабіти – це сплави, основою яких є олово і свинець. Крім того, в їх склад вводять легуючі добавки для поліпшення властивостей. Бабіти перевершують всі сплави по антифрикційними властивостями, але мають низьку опірність втоми. Тому їх використовують для тонкого шару покриття поверхонь опор ковзання. Олов’яні бабіти вважаються кращими за своїми властивостями, але мають високу ціну, тому їх використовують у відповідальних ситуаціях (для підшипників дизельних двигунів, турбокомпресорів, парових турбін).

    Дивіться також:  Види дорожніх знаків і їх значення

    Хороша теплопровідність сплавів дозволяє застосовувати їх на високих швидкостях і великих навантаженнях, зберігаючи надійність підшипникових вузлів. Недоліком є різка втрата зносостійкості при підвищенні температури вище 70 градусів Цельсія. Свинцеві бабіти дещо поступаються олов’яним, але і коштують дешевше. Вони знаходять застосування для підшипників тепловозів, обладнання важкого машинобудування, шляхових машин, автомобільних і тракторних двигунів. Найдешевшими з баббитов є кальцієві. Вони легко окислюються, мають невелику теплопровідність. Використовують їх в конструкціях залізничного рухомого складу. Маючи малу міцність, бабіти добре експлуатуються в підшипниках з міцним сталевим або чавунним корпусом.

    Цинкові сплави

    До їх складу входить алюміній і мідь, і доданий магній, який збільшує корозійну стійкість. Цинкові сплави використовують в литому, прокатному і пресованому стані. Вони відрізняються високими антифрикційними властивостями, хорошою міцністю. Чудово замінюють бронзи у вузлах тертя при температурі не вище 100 градусів за Цельсієм. При більш високих температурних режимах вони розм’якшуються і відбувається намазування на вал. З антифрикційних цинкових сплавів виготовляють литі біметалічні і монометаллические деталі (вкладиші, втулки, повзуни).

    Висновок

    В основу складу антифрикційних сплавів входить олово, свинець, мідь або алюміній. Вони гарантують мінімальне тертя в підшипниках ковзання, забезпечують відмінну прирабатываемость дотичних деталей, високу теплопровідність, невеликий коефіцієнт тертя, можливість зберігати мастило. У практичній діяльності найчастіше використовуються сірі чавуни, алюмінієві сплави, латуні і бронзи, бабіти.