Огневой В.Я. Машиностроительные материалы

141

прирабатываемости в бронзу вводят свинец, который снижает ее

твердость и увеличивает пластичность. Оловянно-цинково-

свинцовую бронзу БрОЦС4-4-17 применяют в виде холоднокатанных

лент для изготовления тонкостенных втулок. Бронзы типа БрАЖН

имеют повышенную твердость и применяются для деталей,

работающих при высоких температурах (например, из них

изготавливают направляющие выпускных клапанов двигателей

внутреннего сгорания

). Направляющие впускных клапанов

изготавливают из бронзы типа БрАЖ твердостью НВ 70...100.

Особо следует остановиться на свинцовых бронзах. Свинец в

свинцовых бронзах находится в виде отдельных включений,

равномерно распределенных в матрице. Эти бронзы имеют хорошие

антифрикционные свойства и применяются в подшипниках с

высокими нагрузками и скоростями скольжения. Для лучшей

прирабатываемости такие подшипники

электролитически покрывают

тонким слоем свинца. Для устранения возможной коррозии

подшипников из свинцовой бронзы в смазочное масло вводят

противоокислительные присадки. Толщина заливки вкладышей

подшипников бронзой 0,5-0,8 мм. Рабочую поверхность подшипников

растачивают алмазным или твердосплавным резцом. Поверхность

цапфы должна быть полированной.

4.2.2. Материалы, получаемые методами порошковой

металлургии

К материалам, получаемым методами порошковой металлургии

относятся износостойкие и антифрикционные материалы. Их виды

описаны в разделах 1.2.3 и 1.2.4 настоящего издания.

4.2.3. Полимерные антифрикционные материалы

Среди конструкционных антифрикционных материалов видное

место занимают антифрикционные полимерные материалы (АПМ).

Чистые полимеры обладают небольшим коэффициентом трения,

высокой износостойкостью,

химической стойкостью, отсутствием

схватывания в условиях работы без смазывания или при ограниченной

смазке, малошумностью работы. Но, с другой стороны, низкая

теплопроводность, высокий коэффициент термического расширения,

142

небольшая твердость и высокая податливость ограничивают их

применение в чистом виде. С большей эффективностью полимерные

материалы используются в комбинации с другими материалами - в

виде пластмасс или композиционных материалов.

АПМ классифицируются по видам [27]: А - ненаполненные

термопластичные материалы; В - наполненные термопластичные

материалы (исключая ПТФЭ); С - теплостойкие полимеры; D -

тонкослойные листовые материалы

; Е - наполненные материалы на

основе политетрафторэтилена (ПТФЭ - фторопласт); F -

армированные термореактивные пластики. В табл. 39 и 40

представлены некоторые марки АПМ по видам, их свойства и

основные характеристики.

Таблица 39

Состав некоторых АПМ по видам [27]

Вид

Торговая

марка

Основа

Наполнители

Армирующие

А

ПА6-210,

ПА6-211

Капролон В

СФД, СТФ

Фторопласт

Полиамид 6

Блочный по-

лиамид 6

Полиацеталь

ПТФЭ

В

Маслянит

ПА6-1-203,

ПКФА,

САМ-4,

САМ-5

Полиамид 6

Графит, Cu-

порошок

и др.

Графит, MoS

2

,

ПЭВП

ПТФЭ,MoS

2

,

20-30% стек-

ловолокна

143

СФД-ВМ,

СФД-БС,

СФД-АФ

САМ-6

Тордон

Полиацеталь

Полиуретан

и др.

Масло

С

Фенилон ФГ,

Фенилон ФА

ПАМ-15-67,

ПАМ-15-69,

ПАМ-50-69

Ароматическ.

полиамид

Полиамид

ПТФЭ,

графит

ПТФЭ, MoS

2,

CdO

и др.

Углеродное

волокно

D

МФЛ (метал-

лофтороплас-

товая лента)

Пудан

ПТФЭ

Волокна

ПТФЭ

Pb, графит,

MoS

2

, смолы

Эпоксидная

смола

Стальная

лента

Стальная

проволока

Е

Ф4К20,

АФГМ

Рулон

ПТФЭ

Графит,MoS

2

и кокс

Графит,слюда

и стекло

Угольное или

стекловолок-

но

F

Текстолит

Углепластик

УГЭТ

Ф-смолы

Э-смолы

Графит, кокс

и др.

ПТФЭ, гра-

фит,MoS

2

Ткань

Угольное или

стекловолок-

но

Таблица 40

Основные характеристики

144

типичных подшипниковых материалов [27]

Марка

σ

В

,

МПа

δ,

%

НВ,

МПа

γ,

г/см

3

Теплопро

водность,

λ,

Вт/(м⋅

О

С)

ПА6-210

СФД

ПЭВП

Фторопласт4

АТМ-2

СФД-АФ

МФЛ

Рулон

БрОЦС 5-6-5

65

70

32

-

50

40

-

500

>100

20-30

400

>200

2-4

20

5

7

6

100-120

180-250

40-60

20

210-230

110

40

500

1,14

1,41

0,95

2,10

1,39

1,50

2,8

2,2

8,5

0,29

0,37

0,25

0,80

0,29

1,65

0,32

105

4.2.3.1. АПМ на основе литьевых термопластов

Из применяемых в промышленности АПМ абсолютное

большинство составляют термопласты: полиамиды, полиацетали,

полиэтилены. Изделия из них получают высокороизводительными

способами, в основном литьем под давлением, либо экструзией.

Полиамиды обладают сравнительно высокой износостойкостью

при плотности близкой к плотности воды. Так полиамид 6 при трении

без смазки со

скоростями скольжения V=0,4...2,0 м/с и давлениями

Р=0,5...3,5 МПа по износостойкости в 1,6 раза превосходит текстолит

145

и в 11-12 раз бронзу. Отличительной особенностью является то, что

при смазывании водой работоспособность полиамидов не хуже, чем

при смазывании минеральными маслами. Они обладают сравнительно

высокой работоспособностью и при работе в абразивной среде.

Полиамиды значительно меньше изнашивают поверхность вала, чем

цветные металлы. Для улучшения эксплуатационных свойств в

полиамиды добавляют дисульфид молибдена,

графит и стекловолокно

(табл. 41).

Полиацетали - термопластичные материалы светло-кремового

цвета с высокой степенью кристалличности (более 70%). Известно два

типа: гомополимер формальдегида - ПФА; сополимеры

формальдегида с диоксоланом - СДФ, либо триоксана с диоксоланом

- СТД. Эксплуатационные свойства этих материалов очень близки,

однако технологичнее СФД и СТД. Обычно в полиацетали добавляют

наполнители для изменения

их свойств: стекловолокно для

уменьшения температурного коэффициента линейного расширения,

ПТФЭ и жидкое масло увеличивают нагрузочную способность (табл.

42).

На основе полиацеталей изготавливают тонкослойные листовые

материалы вида D, основой которых является стальная лента с

бронзовым порошком, в поры которого вдавливается расплав СФД-

ДМ, представляющего собой полиацеталь СФД, наполненный 2%

дисуьфида молибдена MoS

2

. Из этой ленты штамповкой и

последующей калибровкой получают втулки, шайбы и другие детали

узлов трения.

Таблица 41

Общие сведения по АПМ на основе полиамидов отечественных

марок [27]

Марки

Основные

компоненты

Применение

ПА6-210,

ПА6-211

Полиамид 6

Подшипники скольжения, направля-

ющие и другие узлы трения, в том

числе работающие при попадании

146

Маслянит

КСЦ

ПА6-1-203

САМ-4

АТМ-2

ПА66

Полиамид 6,

стекловолокно,

Cu-порошок

Полиамид 6,

графит (10%)

Полиамид 6,

ПЭВП, стеарат

цинка (4-6%),

смола ЛВС

Полиамид 6,

вторичный

графит, термо-

антрацит

Полиамид 66

абразива

Тяжелонагруженные подшипники

скольжения

Подшипники, работающие при

небольших скоростях и ударных

нагрузках

Подшипники и зубчатые колеса,

работающие без смазки

Подшипники, шестерни повышенной

прочности (без мехобработки рабо

-

чих поверхностей

Подшипники скольжения, зубчатые

колеса

Таблица 42

Свойства полиацеталей [27]

Марка

(наполнитель)

σ

В,

МПа

KCV,

кДж/м

2

Е

ИЗГ

,

ГПа

Теплостой-

кость,

0

С

СФД, СТД

СФД-БС, СФД-

69

40

7.6

2,7

2,8

2,1

155

100

147

ДМ,СФД-ВМ,

СФД-АФ (ПТФЭ)

САМ-6 (ПТФЭ+

масло)

2200G5 (ПТФЭ+

стекловолокно)

40

107

2,7

3,8

2,1

4,0

100

160

4.2.3.2. АПМ на основе ПТФЭ

Без наполнителя политетрафторэтилены (ПТФЭ -

фторопласты) имеют низкий коэффициент трения, однако легко

изнашиваются и обладают ползучестью под нагрузкой. В

машиностроении практическое применение нашли: фторопласты с

наполнителями (наполненные); фторопласты как смазка - заполнитель

пор порошковых пористых материалов; металлические ленты с

впрессованным слоем фторопластовой пасты (композиционный

материал). Введение наполнителей

увеличивает износостойкость

фторопластов иногда на 3...4 порядка. В качестве наполнителей

применяют металлы (порошки бронзы, меди, железа, свинца и др.),

органические и неорганические вещества, антифрикционные

наполнители, выполняющие роль смазки (графит, сульфиды и др.).

Свойства наполненных фторопластов приведены в табл. 43.

Таблица 43

Свойства некоторых марок наполненных фторопластов при

работе без смазки [11,27]

Марки

(наполнители)

σ

В

,

МПа

δ,

%

НВ,

МПа

PV,

МПа⋅м/с

148

Ф4

Ф4К20

(20% кокса)

Ф4К15М5

(15% кокса,

5% MoS

2

)

Ф4М15

(15% MoS

2

)

АФГМ

(графит)

ФН-3

(никель, нитрид

бора)

9,9

13,0

15,5

13,5

10,0

15,0-20,0

>200

120

150

250

-

200

20

40

60

50

65-170

40-70

0,4-0,6

0,5-1,1

0,6-1,1

0,4-0,5

-

Одним из наиболее эффективных способов устранения

отрицательных свойств ПТФЭ является введение его в порошковый

материал, имеющий сообщающиеся поры. В этом случае

металлический каркас обеспечивает механическую прочность и

интенсивный отвод теплоты, а ПТФЭ придает композиционному

материалу высокие антифрикционные свойства. На рабочей

поверхности материала имеется тонкий слой фторопласта. При

нарушении этого слоя

начинается трение материала каркаса с

сопряженной металлической поверхностью. Сила трения на этом

участке резко увеличивается, что приводит к повышению

температуры композиционного материала. Вследствие значительно

более высокого, чем у металла, температурного коэффициента

линейного расширения ПТФЭ выступает из пор и размазывается по

поверхности трения, что вновь приводит к снижению коэффициента

трения на этом

участке. Таким образом, осуществляется

самовосстановление поверхностного слоя и сохранение высоких

антифрикционных свойств.

149

Все большее распространение в машиностроении получает

композиционный материал - металлофторопластовая лента (МФЛ), из

которой штамповкой и калибровкой изготовляют свертные втулки,

употребляемые в качестве подшипников скольжения. МФЛ состоит из

трех слоев: основы в виде полос из сталей 08кп или 10кп, покрытых

слоем красной меди М1 или латуни Л90; порошкового пористого слоя

из

сферических гранул бронзы, напеченных на стальную ленту;

фторопластового слоя с наполнителем, покрывающим тонкой пленкой

гранулы бронзы и заполняющим пустоты пористого слоя. Рабочий

слой состоит из суспензии фторопласта Ф4ДВ (75%) и дисульфида

молибдена MoS

2

(25%). Основные размеры МФЛ: общая толщина

1,1...2,6 мм, ширина лент 75 и 100 мм, длина полос от 500 до 2000 мм.

В качестве основы в ряде заграничных фирм применяются различные

сетки или ткани (Рулон).

4.2.3.3. АПМ на основе реактопластов

В том случае, когда к узлам трения предъявляют повышенные

требования по жесткости, размерной стабильности и

теплостойкости,

применяют АПМ на основе термореактивных связующих. В основном

это текстолиты и углепластики.

Текстолиты - слоистые пластики, изготовляемые методом

горячего прессования нескольких слоев ткани или других слоистых

армирующих материалов, пропитанных синтетическими смолами.

Прессование деталей типа втулок зачастую осуществляют из

текстолитовой крошки - фенолита. Для придания текстолитам тех или

иных свойств в них

добавляют графит (графитированный текстолит),

фторопласт, кокс, дисульфид молибдена и др. Все текстолиты

относятся к композитам вида F (табл. 39). Введение ПТФЭ в

фенолиты позволяет создать самосмазывающиеся подшипники,

способные работать без смазки при скорости скольжения до 6 м/с.

Разработан также самосмазывающийся высокотемпературный

металлизированный текстолит, изготовляемый из

графитизированной омедненной ткани, термостойкой фурановой

смолы

с добавками поверхностно-активных веществ. Подшипники из

этого материала, работающие без смазки, выдерживают температуру

150

250-300

0

С. При эксплуатации проявляется эффект избирательного

переноса частиц меди на поверхность трения вала, что обеспечивает

низкие трение и изнашивание вкладыша и вала. Текстолитовые

подшипники способны выдерживать значительные ударные нагрузки

даже в случаях, когда менее податливые бронзовые подшипники

деформируются.

Углепластики представляют собой углеграфитовые материалы,

пропитываемые смолами горячего отверждения, и относятся также

к

композитам вида F (табл. 39). Основными недостатками

углепластиков является их хрупкость. Основные характеристики

углепластиков отечественного производства приведены в табл. 44.

Таблица 44

Характеристика углепластиков [27]

Параметр

АФ-3Т

АМС-1

γ, г/см

3

1,73-1,80

1,74-1,76

Огневой В.Я. Машиностроительные материалы

Подождите немного. Документ загружается.