Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Основным фактором, который воздействует на фрикционные, антифрикционные и уплотнительные материалы, является трение, и поэтому основное требование, которое предъявляется к этим материалам, это — их высокая износоустойчивость. Уплотнительные материалы, кроме того, должны обладать в ряде случаев хорошей обрабатываемостью.
Наряду с этими основными свойствами все перечисленные материалы должны обладать достаточно высокими показателями прочности. Все эти свойства зависят главным образом от структуры и химического состава материалов.
По своему назначению фрикционные материалы можно разбить на две основные группы: для работы в масляной ванне (например, узлы трения в гидротрансмиссиях) и для условий сухого трения (например, для тормозов самолетов).
Условия первого типа являются значительно более легкими, так как процесс трения протекает при нагреве до температур, не превосходящих 60—80°, тогда как при сухом трении на поверхности трения в момент торможения развивается температура свыше 1000°.
Приводимые ниже положения относятся в основном к фрикционным материалам, применяемым в условиях сухого трения.
Все современные фрикционные материалы состоят из компонентов трех типов: компоненты, составляющие основу материала, компоненты, способствующие увеличению коэффициента трения и компоненты, обеспечивающие высокую износоустойчивость материала.
В качестве основы применяется либо железо (для материалов, предназначенных для работы в условиях сухого трения), либо медь, (для материалов, предназначенных для работы в условиях жидкостного трения в среде масла).
Повышение коэффициентов трения достигается введением в состав материалов таких компонентов (асбест, кремнезем, окислы некоторых металлов if др.), которые, обладая некоторой абразивностью, тем самым способствуют повышению коэффициента трения.
Наконец, к третьей группе компонентов относятся такие, которые, создавая в момент торможения расплавленную пленку, вследствие высокой температуры способствуют уменьшению износа. При мором таких материалов может служить свинец или медь. Смазка может создаваться и другими компонентами, не подвергающимися расплавлению, но вследствие специфического строения кристаллической решетки их применение создает «сухую смазку». Примерами таких компонентов могут служить графит, нитрид бора и др.
Эти вещества обладают слоистой решеткой, что и способствует облегчению процесса трения. Количественное соотношение между тремя типами компонентов оказывает значительное влияние на свойства фрикционных материалов. С увеличением количества металлических компонентов, составляющих основу, возрастают все прочностные показатели и ухудшаются показатели по коэффициенту трения и износоустойчивости.
Неметаллические компоненты (асбест, кремнезем, окислы и др.). наоборот, способствуют повышению коэффициентов трения и износоустойчивости. Такое влияние состава обусловливается следующими причинами.
Прочность в спеченном материале «металл—неметалл» обусловливается металлическим компонентом, так как процесс спекания и образования прочного тела протекает в основном в результате взаимодействия между контактными поверхностями металлических частиц.
С увеличением количества неметаллических компонентов вероятность образования контакта «металл—металл» непрерывно падает, за счет чего снижается и прочность спеченного материала. Это снижение прочности примерно пропорционально увеличению содержания неметаллических компонентов в материале.
Влияние химического состава на свойства фрикционных материалов заключается в том, что с увеличением количества неметаллических компонентов до определенного уровня износоустойчивость повышается. Такое влияние обусловливается тем, что наличие неметаллических компонентов способствует предотвращению или значительному уменьшению явлений «схватывания».
Однако положительное влияние добавок неметаллических компонентов сказывается лишь до определенного предела. При избытке неметаллических составляющих очень сильно уменьшается количество контактов «металл—металл» за счет возрастания количества контактов «металл—неметалл» и «неметалл—неметалл», что приводит к заметному падению прочности и возрастанию пористости материала, а это, в свою очередь, понижает износоустойчивость материала.
Вопрос о том, каково предельное количество неметаллических составляющих, еще недостаточно изучен, и трудно высказать какие-либо общие положения. Это количество может колебаться в довольно широких пределах в зависимости от конкретного состава материала. Так, например, для фрикционного материала ФМК-8 на железной основе износоустойчивость начинает заметно падать, если суммарное количество неметаллических составляющих (графит, сернистая медь и др.) превышает 30—35%, а в материале ФМК-11 (также на железной основе) 60—65%.
Как уже указывалось, большой коэффициент трения создается специальными компонентами, вводимыми в состав материала (асбест, кремнезем, окислы, карбиды тугоплавких металлов и др.). Однако величина коэффициента трения зависит не только от количества этих компонентов, но и от ряда других факторов, в частности от давления, скорости, природы контртела и др.
Здесь, так же как и для износоустойчивости, трудно дать определенные рецепты, и оптимальное количество неметаллических компонентов может быть различно в зависимости от конкретного химического состава фрикционных материалов (фиг. 17).
