Вибір матеріалів для деталей, що труться

Деталі, що труться, залежно від призначення виготовляють з конструкційних, фрикційних, зносостійких і антифрикційних матеріалів обширної номенклатури. У багатьох випадках на конструкційний матеріал наносять зносостійкі покриття, плівки і ін. Іноді при особливих вимогах до електричної провідності (ковзаючії контакти, ламелі колекторів електродвигунів), стійкості до дії хімічно агресивних середовищ (газів, зокрема пальних; робочих рідин в системах живлення двигунів і ракет; кислот і лугів) і ін. деталі, що труться, виготовляють із сталей і сплавів спеціального призначення, оксидів металів, спечених і неметалічних матеріалів.

З конструкційних сталей роблять деталі, як повинні задовольняти умовам високої міцності, жорсткості або податливості, а також мають поверхні тертя. Це – деталі типу валів, пальців, болтів, шарнірів, зубчатих коліс і т.д. Із сталі, а також з чавуну виготовляють силові циліндри, поршні, плунжери і поршневі кільця. Чавун широко поширений як матеріал для станин, столів кареток, повзунів, направляючиї яких піддаються тертю.

Фрикційні матеріали – це матеріали, які у контакті з металевою поверхнею мають високий і більш менш стабільний коефіцієнт тертя. Матеріали, вживані в гальмах і фрикційних муфтах валів, розділяються на органічні (дерево, шкіра, пробка, повсть), металеві (чавун, сталі У6, У7, марганцевиста сталь і ін.), асбестокаучукові, пластмасові (текстоліт, асбестотекстоліт, фібра), спечені на мідній і залізній основах.

Зносостійкими називають матеріали, які при терті навіть в тяжких умовах вантаження порівняно мало зношуються. До елементів конструкцій, матеріал яких повинен володіти високою зносостійкістю, відносять плунжерні пари, зуби ковшів екскаваторів і навантажувачів, зуби врубових машин і вугільних комбайнів, лемеша плугів і робочі органи більшості технологічних машин (шкрябання, ланцюги, рештаки, штампи і ін.). Як зносостійкі матеріали використовують конструкційні сталі, зміцнені за всім обсягом або по робочих поверхнях, спеціальні сталі, чавуни, спечені матеріали, гуму, пластмаси і ін.

Зі всіх пар тертя підшипники ковзання викликали свого часу найбільшу трудність в забезпеченні їх тривалої нормальної роботи через високі навантаження при порівняно великих швидкостях ковзання. В цілях поліпшення роботи підшипників ковзання були розроблені сплави, що одержали назву антифрикційних, тобто володіючими низьким коефіцієнтом тертя (зрозуміло, при роботі в парі із сталевим валом). Надалі антифрикційними матеріалами стали називати будь-який підшипниковий матеріал, як металевий, так і неметалічний, твердість якого менше твердості зв'язаної деталі.

Поняття антифрикційність включає комплекс властивостей, яким повинен задовольняти підшипниковий матеріал. Цими властивостями являються:

– достатня статична і динамічна міцність при підвищених температурах;

– здатність утворювати міцний граничний шар змащувального матеріалу і швидко відновлювати його в місцях, де він зруйнований;

– низький коефіцієнт тертя при граничному мастилі;

– відсутність заїдання на валу у разі перерви в подачі змащувального матеріалу;

– високі теплопровідність, теплоємність, приробляємість;

– хороша зносостійкість сполучення;

– недефіцитність матеріалу і висока технологічність.

Підшипникових матеріалів, що задовольняють всім цим вимогам, фактично немає. Так, міцність олов'яних баббітів різко знижується з підвищенням температури, що обмежує їх застосування за важких умов роботи; приробляємість ряду антифрикційних бронз незадовільна; неметалічні антифрикційні матеріали мають низьку теплопровідність. Кожний з підшипникових матеріалів володіє антифрикційними властивостями тільки при певних режимах тертя.

Як встановлено практикою, вичерпних, всеосяжних рекомендацій відносно вибору матеріалів для деталей, що труться, не існує. Тільки на підставі ретельного зіставлення умов служби деталей, що труться, початкових властивостей матеріалів і тих змін, які вони зазнають на поверхнях тертя, можна підібрати для кожного випадку найбільш відповідний матеріал. Проте, можна сформулювати деякі керівні правила при виборі матеріалів для пар тертя ковзання.

1. Поєднувати твердий матеріал з м'яким, таким, що має температуру рекристалізації нижче за середню температуру поверхні тертя. Така пара металів добре протистоїть заїданню і характеризується високою надійністю. Добрі результати дають пари хром-гума при змазуванні мінеральним маслом і водою і хром-бронза при пластичних змащувальних матеріалах.

2. Поєднувати твердий метал з твердим (поєднання пар з азотованої, хромованої і загартованих сталей). Такі пари тертя володіють високою зносостійкістю унаслідок малого взаємного впровадження їх поверхонь. Нанесення покриттів, які прироблюються, підвищує надійність в найбільш небезпечний період роботи – під час прироблення. Застосування цих пар обмежується швидкостями ковзання. Висока точність виготовлення і збірки, значна жорсткість конструкції, ретельне прироблення, поліпшення умов мастила значно розширюють область застосування пар тертя з твердих матеріалів.

3. Уникати поєднань м'якого матеріалу по м'якому, а також пар з однойменних матеріалів (незагартована сталь по незагартованій сталі, алюмінієвий сплав по нікелевому сплаву, мідний сплав по алюмінієвому, хром по хрому, хром по алюмінію, нікель по нікелю, пластмаса по пластмасі), за винятком політетрафторетілена і поліетилену, кожен один по одному. Подібні пари мають низьку зносостійкість і ненадійні в роботі. При незначних перевантаженнях в парах утворюються середовища схоплювання, і відбувається глибинне виривання матеріалів з взаємним їх налипанням на поверхню тертя.

4. Застосовувати в труднодоступних для змазування конструкціях пористі спечені матеріали і антифрикційні сплави.

5. Застосовувати як фрикційні і антифрикційні матеріали пластичні маси. У ряді випадків вони підвищують надійність і термін служби вузла тертя, в інших випадках знижують масу конструкції і витрату дефіцитних кольорових металів, зменшують вібрації і покращують акустичні властивості машин.

6. Прагнути шляхом вибору матеріалів пари тертя, змащувальних матеріалів або присадок до них створювати при роботі пари умови реалізації режиму ВП при терті.

7. При виборі матеріалів враховувати можливість наводнення поверхонь, що труться, при експлуатації, що різко знижує зносостійкість і надійність роботи вузла тертя. Застосовувати матеріали, що важко піддаються наводненню.

8. Сталеві деталі вузлів тертя при остаточному доведенні їх поверхні піддавати фінішній антифрикційній безабразивної обробці.