АНТИФРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

АНТИФРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ (от анти... и лат. frictio - трение), материалы, применяемые для деталей машин (подшипники, втулки и др.), работающих при трении скольжения и обладающих в определённых условиях низким коэфф. трения. Отличаются низкой способностью к адгезии, хорошей прирабатываемостью, теплопроводностью и стабильностью свойств. В условиях гид-родинамич. смазки, когда детали (не деформирующиеся под влиянием давления в смазочном слое) полностью разделены сравнительно толстым слоем смазочного материала, свойства материала этих деталей не оказывают влияния на трение. Антифрикционность материалов проявляется в условиях несовершенной смазки (или при трении без смазки) и зависит от физ. и хим. свойств материала, к к-рым относятся: высокие теплопроводность и теплоёмкость; способность образовывать прочные граничные слои, уменьшающие трение; способность материала легко (упруго или пластически) деформироваться или изнашиваться, что способствует равномерному распределению нагрузки по поверхности соприкосновения (свойство прирабатываемости). К антифрикционности относятся также микрогеом. строение поверхности, а именно определённая степень шероховатости или пористости, при к-рых масло удерживается в углублениях, и способность материала "поглощать" твёрдые абразивные частицы, попавшие на поверхность трения, предохраняя тем самым отизноса сопряжённую деталь. Проявлению антифрикционности в условиях сухого трения способствует наличие в материале таких компонентов, которые, сами обладая смазочным действием и присутствуя на поверхности трения, обеспечивают низкое трение (напр., графит, дисульфид молибдена и др.). Одним из важных свойств А. м., обусловливающих антифрикционность при всех условиях трения, является его неспособность или малая способность к "схватыванию" (адгезии) с материалом сопряжённой детали. Наиболее склонны к "схватыванию" при трении одноимённые пластичные металлы в паре, имеющие гранецентрированную и объёмноцентрированную кубич. решётки. При трении по стали наименее склонны к "схватыванию" серебро, олово, свинец, медь, кадмий, сурьма, висмут и сплавы на их основе.

Наиболее распространены как А. м. подшипниковые материалы (ПМ), применяемые для подшипников скольжения. Кроме антифрикционных свойств, они должны обладать необходимой прочностью, сопротивлением коррозии в среде смазки, технологичностью и экономичностью. Вследствие различия в требованиях к материалу подшипника, образующему поверхность трения (антифрикционность), и к остальной части подшипника (достаточная прочность) получили распространение ПМ и подшипники, у к-рых основа состоит из прочного конструкционного материала (напр., стали), а поверхность трения-из слоя А. м. (напр., баббита). А. м. наносится литейным способом на заготовку подшипника или на непрерывно движущуюся стальную ленту; из полученной биметаллич. калиброванной ленты (см. Биметалл) подшипники (вкладыши и втулки) изготовляются штамповкой.

ПМ делятся на металлич. и неметаллич. К металлическим ПМ относятся: сплавы на основе олова, свинца, меди, цинка, алюминия, а также нек-рые чу-гуны; к неметаллическим ПМ - нек-рые виды пластмасс, материалы на основе древесины, графито-угольные материалы, резина. Нек-рые ПМ представляют собой сочетание металлов и пластмасс (напр., пористый слой, образованный спечёнными бронзовыми шариками, пропитанный фторопластом-4 или фторопластом-4 с наполнителями).

ПМ на основе олова или свинца (баббиты) применяются в подшипниках в виде слоя, залитого по стали (иногда по бронзе). Прочное сцепление достигается спец. очисткой стали; возможна также наплавка баббита (для больших подшипников) и заливка им поверхности подшипника, имеющего углубления или пазы для лучшего сцепления. Подшипники автомобилей изготовляются штамповкой из биметаллич. ленты сталь-баббит.

ПМ на медной основе - бронзы оловянистые, оловянно-свинцовистые, свинцовистые, нек-рые безоловянные, а также нек-рые латуни. Для наиболее напряжённых подшипников двигателей внутреннего сгорания применяются свинцовистые пластичные бронзы (25% свинца и более) в виде тонкого слоя, залитого по стали.

ПМ на цинковой основе (см. Цинковые сплавы) служат заменителями бронзы, напр. сплав ЦАМ 9-1,5 применяется в подшипниках паровозовкак для изготовления вкладышей целиком, так и Для заливки по стали; известен также метод плакирования стали этим сплавом при произ-ве биметаллич. ленты прокаткой.

ПМ на основе алюминия (см. Алюминиевые сплавы), широко применяемые для подшипников двигателей внутр. сгорания, можно подразделить на 2 группы по степени пластичности (оцениваемой по твёрдости). По сравнению с баббитами пластичные алюминиевые сплавы обладают более высокой теплопроводностью и лучшими механич. свойствами при повышенных темп-pax; они гораздо дешевле, но хуже прирабатываются, менее способны "поглощать" твёрдые частицы и несколько сильнее изнашивают сопряжённый стальной вал. Их свойства улучшают нанесением на рабочую поверхность тонкого (25 мкм) слоя оловянно-свинцовистого сплава. Наиболее высокими антифрикционными свойствами обладает алюминиевый сплав с 20% олова, с микроструктурой, полученной в результате пластич. деформирования и отжига. Сплавы с твёрдостью НВ<350 Мн/м² (35 кгс/мм²) применяют для произ-ва путём совместной прокатки со сталью биметаллич. лент или полос, из к-рых в последующем штампуют вкладыши подшипников. Сплавы с более высокой твёрдостью (НВ = 450 Мн/м², или 45 кгс/мм²) применяют для изготовления подшипников дизелей.

Серый перлитный чугун при определённой микроструктуре (перлит средне- или крупнопластинчатый, графит средней крупности, фосфидная эвтектика в виде изолированных включений) обладает антифрикционными свойствами и используется для подшипников, работающих при невысоких нагрузках и малых скоростях.

ПМ на основе пластмасс с наполнителями из ткани (текстолит), древесного шпона, древесной крошки с успехом применяют в подшипниках, обильно смачиваемых водой, при невысоких частотах вращения вала. Всё большее распространение как ПМ получают пластмассы (полиамиды, политетрафторэтилен и др.), работающие со смазкой маслом или водой. Полиамиды используют также в виде тонкого покрытия (напр., 0,3 мм) по металлич. основе подшипника, что повышает допустимую нагрузку. Режим работы подшипников из пластмасс ограничивается темп-рой на поверхности трения (напр., для полиамидов не более 80-100°С). Особенность нек-рых подшипников из полиамидов - почти полное отсутствие изнашивания сопряжённого стального вала. Наилучшей антифрикционностью по сравнению с др. пластмассами при малой скорости скольжения без смазки обладает Фторопласт-4, причём низкое трение сохраняется у него в широком интервале рабочих температур от -200°С до 260°С.

ПМ на основе древесины. В качестве ПМ в осн. используют натуральную древесину и прессованную древесину, древеснослоистые пластики. Пример натурального ПМ - гваяковое или бакаутовое дерево, применяемое при смазке водой. ПМ на основе древесины используют при обильной смазке водой в подшипниках прокатных станов, водяных турбин, валов корабельных винтов.

Графито-угольные ПМ представляют собой продукты прессования и термич. обработки смеси нефтяногококса и каменноугольной смолы с небольшим количеством натурального графита. Применяются как ПМ для работы без смазки при невысоких уд. нагрузках, темп-ре до 480°С, в воздушной среде. Изготовляются также графито-угольные ПМ, пропитанные жидкими металлами или смолой.

Резину как ПМ используют при хорошей смазке водой, малых уд. нагрузках и небольших скоростях скольжения. Режим работы ограничивается темп-рой на поверхности трения 50-70°С.

Металло-керамические самосмазывающиеся ПМ применяют в виде пористых втулок (гл. обр. малого размера, работающих при низких скоростях без подвода смазки извне). Изготовляются спеканием предварительно спрессованных заготовок из порошков оловя-нистой бронзы (10% Sn) с примесью графита или железа с графитом. Степень пористости - ок. 25% . Втулки пропитываются маслом.

Лит.: Хрущов М. М., Современные теории антифрикционности подшипниковых сплавов, в кн.: Трение и износ в машинах, сб. 6, М.- Л., 1950; Петриченко В. К., Антифрикционные материалы и подшипники скольжения. Справочник, М., 1954; Шпагин А. И., Антифрикционные сплавы, М., 1956; Буше Н. А., Подшипниковые сплавы для подвижного состава, М., 1967. М. М. Хрущов.