Materials antifricció: visió general, propietats, aplicació

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

El procés de funcionament d'unitats tècniques, màquines i grups elementals individuals d'equips va acompanyat inevitablement de desgast. L'impacte mecànic mutu de les peces entre si amb diferents graus d'intensitat condueix a l'abrasió de les seves superfícies i a la destrucció de l'estructura interna. A més, el medi ambient sovint té un efecte similar en forma d'erosió i cavitació. Com a resultat, hi ha una pèrdua de rendiment de l'equip o almenys una disminució de les propietats operatives. Les següents revisions de materials de fricció en pols i antifricció us ajudaran a entendre maneres de minimitzar la fricció no desitjada. Aquests materials es recomanen per utilitzar-los en equips industrials i electrodomèstics, així com per a eines de construcció.

Diferències entre els materials de fricció i els antifricció

La consideració d'aquests materials en un context es deu al fet que la seva funció està relacionada amb la característica general del funcionament dels mecanismes: el coeficient de fricció. Però si els elements antifricció i els additius són els responsables de reduir aquest valor, els elements de fricció, per contra, l'augmenten. En aquest cas, per exemple, els aliatges en pols amb un augmentEl coeficient de fricció proporciona resistència al desgast i resistència mecànica del grup de treball objectiu. Per aconseguir aquestes qualitats, s'introdueixen a la composició de les matèries primeres de fricció òxids refractaris, bor, carburs de silici, etc. A diferència dels elements antifricció, els elements de fricció sovint representen òrgans funcionals complets en els mecanismes. Això, en particular, pot ser frens i embragatges.

Oferint les tasques d'augment de la fricció, realitzen simultàniament tasques tècniques específiques. Al mateix temps, tant els materials de fricció com els antifricció se sotmeten a proves rigoroses de laboratori abans d'utilitzar-los. Els mateixos aliatges per a frens se sotmeten a proves a gran escala i de banc, durant les quals es determina la conveniència de la seva aplicació a la pràctica. Els materials de fricció de polímers més avançats tecnològicament es fabriquen avui per diversos mètodes. Així, per als mecanismes del grup de fre, s'utilitza la tècnica de premsat: es fan blocs, plaques i sectors a les formes. Els materials de la cinta es produeixen mitjançant una tècnica teixida i les superposicions es produeixen enrotllant.

Propietats dels materials antifricció

Les peces amb funció antifricció han de complir una àmplia gamma de requisits que determinen el seu rendiment bàsic. En primer lloc, el material ha de ser compatible tant amb la part d'aparellament com amb l'entorn de treball. En condicions de compatibilitat abans i després del rodatge, el material proporciona el grau de reducció de la fricció requerit. Aquí cal tenir en compte el rodatge com a tal. Aquesta propietat defineix la capacitat de l'element per ajustar naturalment la geometria de la superfície.sota la forma òptima, adequada per a un lloc d'operació particular. És a dir, una estructura addicional amb microrugositats s'esborra de la peça, després de la qual cosa el rodatge proporcionarà condicions de treball amb càrregues mínimes.

La resistència al desgast també és una propietat important que posseeixen aquests materials. Els elements antifricció han de tenir una estructura que aporti resistència a diversos tipus de desgast. Al mateix temps, la peça no ha de ser excessivament rígida i dura, ja que això augmentarà el risc de grip, cosa que no és desitjable per al material antifricció. A més, els tecnòlegs destaquen una propietat com l'absorció de partícules sòlides. El fet és que la fricció en diferents graus pot contribuir a l'alliberament d'elements petits, sovint metàl·lics. Al seu torn, la superfície antifricció té la capacitat de "premer" aquestes partícules en si mateixa, eliminant-les de l'àrea de treball.

Materials metàl·lics antifricció

Els productes a base de metall constitueixen la gamma d'elements més extensa del grup antifricció. La majoria d'ells se centren en el funcionament en mode de fricció fluida, és a dir, en condicions en què els coixinets estan separats dels eixos per una capa d'oli prima. No obstant això, quan la unitat s'atura i s'engega, es produeix inevitablement l'anomenat mode de fricció límit, en què la pel·lícula d'oli es pot destruir sota la influència de les altes temperatures. Les peces metàl·liques utilitzades en els grups de coixinets es poden dividir en dos tipus: elements amb suausestructura i inserts sòlids i aliatges amb base rígida i inserts tous. Si parlem del primer grup, llavors els babbits, els aliatges de llautó i bronze es poden utilitzar com a materials antifricció. A causa de la seva estructura suau, funcionen ràpidament i conserven les seves característiques de pel·lícula d'oli durant molt de temps. D' altra banda, les inclusions sòlides provoquen una major resistència al desgast en contactes mecànics amb elements adjacents, per exemple, amb el mateix eix.

Els babbits són un aliatge a base de plom o estany. A més, per millorar les qualitats individuals, es poden afegir aliatges a l'estructura. Entre les propietats millorades, es poden destacar la resistència a la corrosió, la duresa, la tenacitat i la força. El canvi d'una o altra característica ve determinat per quins materials d'aliatge es van utilitzar. Els babbits antifricció es poden modificar amb cadmi, níquel, coure, antimoni, etc. Per exemple, un babbit estàndard conté aproximadament un 80% d'estany o plom, un 10% d'antimoni i la resta és coure i cadmi.

Aliatges de plom com a mitjà per minimitzar la fricció

El nivell d'entrada dels aliatges antifricció són els babbits de plom. L'assequibilitat determina les especificitats del funcionament d'aquest material, en les funcions de treball menys crítiques. La base de plom, en comparació amb l'estany, proporciona als nadons una resistència mecànica menys alta i una protecció contra la corrosió baixa. És cert que fins i tot en aquests aliatges no es pot prescindir de l'estany; el seu contingut síarribar al 18%. A més, també s'afegeix un component de coure a la composició, que evita els processos de segregació: una distribució desigual de metalls de diferents masses en el volum del producte.

Els materials de plom més senzills amb propietats antifricció es caracteritzen per un alt grau de fragilitat, per la qual cosa s'utilitzen en condicions amb càrregues dinàmiques reduïdes. En particular, els coixinets per a màquines de via, locomotores dièsel i components d'enginyeria pesada són un nínxol objectiu on s'utilitzen aquests materials. Els aliatges antifricció que utilitzen calci es poden anomenar una modificació dels aliatges de plom. En aquest cas, s'observen qualitats com l' alta densitat i la baixa conductivitat tèrmica. La base també és de plom, però en proporcions importants també es complementa amb inclusions de sodi, calci i antimoni. Pel que fa als punts febles d'aquest material, inclouen l'oxidabilitat, per tant, no es recomana utilitzar-lo en ambients químicament actius.

Parlant en general dels babbits, podem afirmar que aquesta és lluny de ser la solució més eficaç per minimitzar la fricció, però pel que fa a la seva combinació de qualitats, resulta beneficiosa des del punt de vista del funcionament. Es tracta de materials les propietats antifricció dels quals es poden anivellar gràcies a la reducció de la resistència a la fatiga, la qual cosa empitjora el rendiment de l'element. Tanmateix, en alguns casos, la manca de resistència es compensa amb la inclusió de cascs d'acer o ferro colat en el disseny.

Característiques dels aliatges antifricció de bronze

Propietats físiques i químiques del bronzees combinen orgànicament amb els requisits dels aliatges antifricció. Aquest metall, en particular, proporciona indicadors suficients de pressió específica, la capacitat d'operar sota càrregues de xoc, alta velocitat de rotació del coixinet, etc. Però també l'elecció del bronze per a determinades funcions dependrà de la seva marca. El mateix format per al funcionament de revestiments sota càrregues de xoc és acceptable per a la marca BrOS30, però no es recomana per a BrAZh. També hi ha diferències en la classe dels materials de bronze pel que fa a les propietats mecàniques. Aquest grup de qualitats dependrà de la naturalesa de la interfície amb els eixos endurits i de l'ús d'un muñón, que pot tenir un enduriment addicional. I de nou, és impossible parlar de la solidesa de l'estructura d'aliatge.

Els articles de bronze també poden incloure estany, llautó i plom. Al mateix temps, si tots els metalls enumerats es poden utilitzar com a base de babbitt, els materials antifricció a base de coure s'utilitzen molt rarament. En aquest cas, el component de coure sovint actua com el mateix additiu amb una proporció de contingut del 2-3%. Les combinacions d'inclusions estany-plom es consideren òptimes. Proporcionen un rendiment suficient de l'aliatge com a component antifricció, encara que perden a altres composicions en termes de resistència mecànica. Els materials de bronze combinats s'utilitzen en la fabricació de coixinets sòlids per a motors elèctrics, turbines, unitats de compressor i altres unitats que funcionen a alta pressió i baixa velocitat de lliscament.

Polsmaterials de fricció

Aquests materials s'utilitzen en composicions destinades a unitats de transmissió i fre de vehicles erugues, automòbils, màquines-eina, mecanismes de construcció, etc. Els productes acabats a base de components en pols es produeixen en forma de revestiments sectorials, discos i pastilles. Al mateix temps, els materials de partida per al tipus d'aliatge en pols antifricció estan formats per la mateixa nomenclatura que en el cas dels components de fricció: el ferro i el coure s'utilitzen més sovint, però existeixen altres combinacions.

Per exemple, els materials fets d'alumini i bronzes d'estany, que inclouen grafit i plom, es manifesten efectivament en condicions de fricció a una velocitat de lliscament de peces de l'ordre de 50 m/s. Per cert, quan els coixinets funcionen a una velocitat de 5 m/s, els productes metàl·lics en pols es poden substituir per matèries primeres metall-plàstiques. Aquest ja és un material compost antifricció amb una estructura de treball flexible i resistència reduïda. Els més avantatjoses pel que fa a l'ús en condicions d'augment de les càrregues són els materials de ferro i coure. Com a additius s'utilitzen grafit, òxid de silici o bari. El funcionament d'aquests elements és possible a una pressió de 300 MPa i una velocitat de lliscament de fins a 60 m/s.

Materials antifricció en pols

També es fabriquen productes antifricció a partir de matèries primeres en pols. Es caracteritzen per una alta resistència al desgast, un baix coeficient de fricció i la capacitat d'entrar ràpidament a l'eix. A més, els materials en pols antifricció tenen una sèrie d'avantatges en comparació amb els aliatges que minimitzen la fricció. N'hi ha prou amb dir que la seva resistència al desgast és de mitjana superior a la dels mateixos nadons. L'estructura porosa formada pels metalls en pols permet una impregnació eficaç amb lubricants.

Els fabricants tenen l'oportunitat de formar productes finals de diferents formes. Aquestes poden ser peces de marc o matriu amb cavitats intermèdies plenes d' altres matèries primeres suavitzades. I, per contra, en algunes àrees, els materials en pols antifricció amb una base de marc suau són més demandats. En bresques especials, es proporcionen inclusions sòlides de diferents nivells de dispersió. Aquesta qualitat és de gran importància precisament des del punt de vista de la possibilitat de regular els paràmetres que determinen la intensitat de fricció de les peces.

Materials polimèrics antifricció

Les matèries primeres polimèriques modernes permeten obtenir noves qualitats tècniques i operatives de peces que redueixen la fricció. Com a base es poden utilitzar tant aliatges compostos com pols metall-plàstic. Una de les principals propietats distintives d'aquests materials és la capacitat de distribuir uniformement els additius per tota l'estructura, que després realitzaran la funció d'un lubricant sòlid. Els grafits, sulfurs, plàstics i altres compostos s'anoten a la llista d'aquestes substàncies. Les propietats de treball dels materials polimèrics i antifricció convergeixen en gran mesura al nivell bàsic sense l'ús de modificadors: aquest és un baix coeficient de fricció i resistència als mitjans químicament actius, ipossibilitat de funcionament en el medi aquàtic. Parlant de qualitats úniques, els polímers poden realitzar les seves tasques fins i tot sense reforçar-los amb un lubricant especial.

Aplicació de materials antifricció

La majoria dels elements antifricció estan dissenyats inicialment per utilitzar-los en grups de coixinets. Entre elles hi ha peces dissenyades per augmentar la resistència al desgast, i components que milloren el lliscament. En enginyeria mecànica i construcció de màquines-eina, aquests productes s'utilitzen en la fabricació de motors, pistons, unitats d'acoblament, turbines, etc. Aquí, la base dels consumibles són els materials antifricció dels coixinets de fricció, que s'introdueixen a l'estructura de funcionament i estacionari. equipament.

La indústria de la construcció tampoc no pot prescindir d'una funció antifricció. Amb l'ajuda d'aquestes peces, es reforcen les estructures d'enginyeria, les estructures de muntatge i els materials de maçoneria. En la construcció de ferrocarrils, s'utilitzen en la instal·lació d'elements estructurals de material mòbil. També està molt estès l'ús de materials antifricció basats en polímers, que troben el seu lloc, per exemple, com a estructura de connexió de politges, engranatges, transmissió per corretja, etc.

Conclusió

La tasca de reduir la fricció només a primera vista pot semblar secundària i sovint opcional. La millora dels fluids lubricants permet realment eliminar alguns mecanismes d'elements tècnics auxiliars que redueixen el desgast del grup de treball principal. Un vincle de transició del clàssicBabbitt a un lubricant d' alt rendiment modificat es pot anomenar materials polimèrics antifricció, que es caracteritzen per una estructura més suau i versatilitat pel que fa a les condicions de treball. Tanmateix, el funcionament de peces metàl·liques sota alta pressió i impacte físic encara requereix la inclusió de revestiments antifricció d'estat sòlid. A més, aquesta classe de materials no només no passa a ser cosa del passat, sinó que també es desenvolupa millorant les característiques de resistència, duresa i estabilitat mecànica.