Protitřecí materiály: přehled, vlastnosti, použití

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Proces provozu technických celků, strojů a jednotlivých elementárních skupin zařízení je nevyhnutelně provázen opotřebením. Vzájemné mechanické narážení dílů na sebe s různou intenzitou vede k otěru jejich povrchů a destrukci vnitřní struktury. Prostředí má navíc často podobný vliv v podobě eroze a kavitace. V důsledku toho dochází ke ztrátě výkonu zařízení nebo alespoň ke snížení provozních vlastností. Následující recenze práškových třecích a antifrikčních materiálů vám pomohou pochopit způsoby, jak minimalizovat nežádoucí tření. Takové materiály se doporučují pro použití v průmyslových zařízeních a domácích spotřebičích, stejně jako pro stavební nářadí.

Rozdíly mezi třecími a antifrikčními materiály

Uvažování o těchto materiálech v jedné souvislosti je způsobeno tím, že jejich funkce souvisí s obecnou charakteristikou činnosti mechanismů - koeficientem tření. Pokud jsou však za snížení této hodnoty zodpovědné antifrikční prvky a přísady, pak ji naopak třecí prvky zvyšují. V tomto případě např. práškové slitiny se zvýšenýmkoeficient tření zajišťuje odolnost proti opotřebení a mechanickou pevnost cílové pracovní skupiny. Pro dosažení takových kvalit se do složení třecích surovin zavádějí žáruvzdorné oxidy, bor, karbidy křemíku atd. Na rozdíl od antifrikčních prvků představují třecí prvky často plnohodnotné funkční orgány v mechanismech. Zejména to mohou být brzdy a spojky.

Zabezpečují úkoly zvyšující tření a současně provádějí specifické technické úkoly. Zároveň třecí i antifrikční materiály procházejí před použitím přísným laboratorním testováním. Stejné slitiny pro brzdy procházejí plnohodnotnými a zkušebními zkouškami, při kterých se zjišťuje účelnost jejich aplikace v praxi. Technologicky nejpokročilejší třecí materiály z polymerů se dnes vyrábějí různými metodami. Pro mechanismy brzdové skupiny se tedy používá lisovací technika - na formách se vyrábějí bloky, desky a sektory. Páskové materiály se vyrábějí tkanou technikou a překryvy se vyrábějí válcováním.

Vlastnosti antifrikčních materiálů

Součásti s funkcí proti tření musí splňovat širokou škálu požadavků, které určují jejich základní výkon. Za prvé, materiál musí být kompatibilní jak s protikusem, tak s pracovním prostředím. Za podmínek kompatibility před a po záběhu poskytuje materiál požadovaný stupeň snížení tření. Zde je třeba poznamenat záběh jako takový. Tato vlastnost definuje schopnost prvku přirozeně upravit geometrii povrchu.pod optimálním tvarem, který je vhodný pro konkrétní místo provozu. Jinými slovy, z dílu je vymazána další struktura s mikrodrsnostmi, po kterém záběh zajistí pracovní podmínky s minimálním zatížením.

Odolnost proti opotřebení je také důležitou vlastností těchto materiálů. Antifrikční prvky musí mít strukturu, která zajišťuje odolnost vůči různým typům opotřebení. Díl zároveň nesmí být přehnaně tuhý a tvrdý, protože se tím zvýší riziko zadření, což je u antifrikčního materiálu nežádoucí. Kromě toho technologové vyzdvihují takovou vlastnost, jako je absorpce pevných částic. Faktem je, že tření v různé míře může přispívat k uvolňování malých prvků - často kovových. Na druhé straně má antifrikční povrch schopnost „vtlačit“takové částice do sebe a odstranit je z pracovní oblasti.

Kovové antifrikční materiály

Výrobky na bázi kovu tvoří nejrozsáhlejší řadu prvků skupiny antifriction. Většina z nich je zaměřena na provoz v režimu fluidního tření, tedy za podmínek, kdy jsou ložiska oddělena od hřídelí tenkou vrstvou oleje. A přesto, když je jednotka zastavena a spuštěna, nevyhnutelně nastává takzvaný režim hraničního tření, při kterém může dojít k poškození olejového filmu vlivem vysokých teplot. Kovové části používané v ložiskových skupinách lze rozdělit do dvou typů: prvky s měkkýmistruktura a pevné vložky a slitiny s pevnou základnou a měkkými vložkami. Pokud mluvíme o první skupině, pak lze jako antifrikční materiály použít babbity, mosazné a bronzové slitiny. Díky své měkké struktuře rychle zabíhají a dlouho si zachovávají vlastnosti olejového filmu. Na druhou stranu pevné vměstky způsobují zvýšenou odolnost proti opotřebení v mechanických kontaktech se sousedními prvky - například se stejnou hřídelí.

Babbits jsou slitina na bázi olova nebo cínu. Aby se zlepšily jednotlivé vlastnosti, mohou být do struktury přidány legující slitiny. Mezi zlepšenými vlastnostmi lze zaznamenat odolnost proti korozi, tvrdost, houževnatost a pevnost. Změna jedné nebo druhé charakteristiky je určena tím, jaké legovací materiály byly použity. Antifrikční babbity mohou být modifikovány kadmiem, niklem, mědí, antimonem atd. Například standardní babbit obsahuje asi 80 % cínu nebo olova, 10 % antimonu a zbytek tvoří měď a kadmium.

Slitiny olova jako prostředek k minimalizaci tření

Vstupní úrovní antifrikčních slitin jsou olověné babbity. Cenová dostupnost určuje specifika provozu tohoto materiálu - v nejméně kritických pracovních funkcích. Olověný základ ve srovnání s cínem poskytuje babbitům méně vysokou mechanickou odolnost a nízkou ochranu proti korozi. Pravda, ani v takových slitinách se to bez cínu neobejde – jeho obsah anodosáhnout 18 %. Navíc je do složení přidána také měděná složka, která zabraňuje segregačním procesům - nerovnoměrnému rozložení kovů různých hmotností v objemu produktu.

Nejjednodušší olověné materiály s antifrikčními vlastnostmi se vyznačují vysokým stupněm křehkosti, proto se používají v podmínkách se sníženým dynamickým zatížením. Zejména ložiska pro kolejové stroje, dieselové lokomotivy a součásti těžkého strojírenství jsou cílovým místem, kde se takové materiály používají. Antifrikční slitiny využívající vápník lze nazvat modifikací slitin olova. V tomto případě jsou zaznamenány takové vlastnosti, jako je vysoká hustota a nízká tepelná vodivost. Základem je také olovo, ale ve významném poměru je doplněno i inkluzemi sodíku, vápníku a antimonu. Mezi slabé stránky tohoto materiálu patří oxidovatelnost, proto se nedoporučuje používat jej v chemicky aktivním prostředí.

Obecně o babbitech můžeme konstatovat, že to není zdaleka nejúčinnější řešení pro minimalizaci tření, ale z hlediska kombinace vlastností se ukazuje jako přínosné z hlediska provozu. Jedná se o materiály, jejichž antifrikční vlastnosti lze vyrovnat sníženou odolností proti únavě, což zhoršuje vlastnosti prvku. V některých případech je však nedostatek pevnosti kompenzován zahrnutím ocelových nebo litinových trupů do konstrukce.

Vlastnosti bronzových slitin proti tření

Fyzikální a chemické vlastnosti bronzujsou organicky kombinovány s požadavky na antifrikční slitiny. Zejména tento kov poskytuje dostatečné ukazatele specifického tlaku, schopnosti pracovat při rázovém zatížení, vysoké rychlosti otáčení ložiska atd. Ale také výběr bronzu pro určité funkce bude záviset na jeho značce. Stejný formát pro provoz vložek při rázovém zatížení je přijatelný pro značku BrOS30, ale nedoporučuje se pro BrAZh. Rozdíly ve třídě bronzových materiálů jsou také z hlediska mechanických vlastností. Tato skupina vlastností bude záviset na povaze rozhraní s kalenými hřídelemi a na použití čepu, který může mít dodatečné kalení. A opět se nedá mluvit o pevnosti slitinové struktury.

Bronzové položky mohou také obsahovat cín, mosaz, olovo. Současně, pokud lze jako základ babbittu použít všechny uvedené kovy, velmi zřídka se používají antifrikční materiály na bázi mědi. V tomto případě měděná složka často působí jako stejná přísada s poměrem obsahu 2-3%. Za optimální jsou považovány kombinace inkluzí cín-olovo. Poskytují dostatečné vlastnosti slitiny jako antifrikční složka, i když ztrácejí na jiné kompozice z hlediska mechanické pevnosti. Kombinované bronzové materiály se používají při výrobě pevných ložisek pro elektromotory, turbíny, kompresorové jednotky a další jednotky, které pracují při vysokém tlaku a nízké kluzné rychlosti.

Prášektřecí materiály

Takové materiály se používají ve složeních určených pro převodové a brzdové jednotky pásových vozidel, automobilů, obráběcích strojů, stavebních mechanismů atd. Hotové výrobky na bázi práškových komponentů jsou vyráběny ve formě sektorových obložení, kotoučů a destiček. Výchozí materiály pro antifrikční typ práškových slitin jsou přitom tvořeny stejným názvoslovím jako v případě třecích složek – nejčastěji se používá železo a měď, ale existují i jiné kombinace.

Například materiály vyrobené z hliníku a cínových bronzů, mezi které patří grafit a olovo, se účinně projevují v podmínkách tření při rychlosti skluzu dílů řádově 50 m/s. Mimochodem, když ložiska pracují rychlostí 5 m/s, mohou být kovové práškové výrobky nahrazeny kovoplastovými surovinami. Jedná se již o antifrikční kompozitní materiál s pružnou pracovní strukturou a sníženou pevností. Nejvýhodnější z hlediska použití v podmínkách zvýšeného zatížení jsou materiály ze železa a mědi. Jako přísady se používá grafit, oxid křemičitý nebo baryum. Provoz těchto prvků je možný při tlaku 300 MPa a rychlosti posuvu až 60 m/s.

Práškové antifrikční materiály

Produkty proti tření se také vyrábějí z práškových surovin. Vyznačují se vysokou odolností proti opotřebení, nízkým koeficientem tření a schopností rychlého najetí na hřídel. Práškové materiály proti tření mají také řadu výhod ve srovnání se slitinami minimalizujícími tření. Stačí říci, že jejich odolnost proti opotřebení je v průměru vyšší než u stejných babbitů. Porézní struktura tvořená práškovými kovy umožňuje účinnou impregnaci lubrikanty.

Výrobci mají příležitost vytvářet konečné produkty v různých formách. Mohou to být rámové nebo matricové díly s mezilehlými dutinami vyplněnými jinými měkčenými surovinami. A naopak v některých oblastech jsou více žádané antifrikční práškové materiály s měkkou rámovou základnou. Ve speciálních voštinách jsou poskytovány pevné inkluze různých úrovní disperze. Tato kvalita má velký význam právě z hlediska možnosti regulace parametrů určujících intenzitu tření dílů.

Protitřecí polymerové materiály

Moderní polymerní suroviny umožňují získat nové technické a provozní vlastnosti dílů, které snižují tření. Jako základ lze použít jak kompozitní slitiny, tak kov-plastové prášky. Jednou z hlavních rozlišovacích vlastností takových materiálů je schopnost rovnoměrně distribuovat přísady po celé struktuře, které později budou plnit funkci tuhého maziva. V seznamu těchto látek jsou uvedeny grafity, sulfidy, plasty a další sloučeniny. Pracovní vlastnosti polymerních a antifrikčních materiálů do značné míry splývají na základní úrovni bez použití modifikátorů: jedná se o nízký koeficient tření a odolnost vůči chemicky aktivním médiím amožnost provozu ve vodním prostředí. Když už mluvíme o jedinečných vlastnostech, polymery mohou plnit své úkoly i bez vyztužení speciálním mazivem.

Použití antifrikčních materiálů

Většina antifrikčních prvků je původně navržena pro použití ve skupinách ložisek. Jsou mezi nimi díly určené ke zvýšení odolnosti proti opotřebení a komponenty zlepšující skluz. Ve strojírenství a výrobě obráběcích strojů se takové výrobky používají při výrobě motorů, pístů, spojkových jednotek, turbín atd. Zde jsou základem spotřebního materiálu valivé materiály kluzných ložisek, které se zavádějí do konstrukce běžících a stacionárních vybavení.

Stavební průmysl se také neobejde bez antifrikční funkce. Pomocí takových částí jsou zpevněny inženýrské konstrukce, montážní konstrukce a zdicí materiály. Při stavbě železnic se používají při instalaci konstrukčních prvků kolejových vozidel. Rozšířené je také použití antifrikčních materiálů na polymerové bázi, které nacházejí své místo např. jako spojovací konstrukce řemenic, ozubených kol, řemenových převodů apod.

Závěr

Úkol snížit tření pouze na první pohled se může zdát podružný a často volitelný. Zlepšení mazacích kapalin skutečně umožňuje zbavit se některých mechanismů z pomocných technických prvků, které snižují opotřebení hlavní pracovní skupiny. Přechodný odkaz od klasikybabbitt na modifikované vysoce výkonné mazivo lze nazvat antifrikční polymerní materiály, které se vyznačují měkčí strukturou a univerzálností z hlediska pracovních podmínek. Provoz kovových částí pod vysokým tlakem a fyzickým nárazem však stále vyžaduje zahrnutí pevných vložek proti tření. Navíc se tato třída materiálů nejen nestává minulostí, ale rozvíjí se také zlepšováním vlastností pevnosti, tvrdosti a mechanické stability.