Загальні положення. До антифрикційних матеріалів, перш за все, відносяться підшипники ковзання

До антифрикційних матеріалів, перш за все, відносяться підшипники ковзання. Основними критеріями оцінки якості підшипників є антифрикційні характеристики (допустимі навантаження, час припрацювання, коефіці­єнт тертя) та механічні властивості матеріалу (границі міцності при розтягуванні та вигині, ударна в'язкість і твердість).

Для легких режимів роботи без додаткової подачі мастила реко­мендується виготовляти підшипникові матеріали з пористістю 25...30% із порошків грубих фракцій, що забезпечують утворення крупних пор, які сприяють збільшенню запасу мастила.

Вироби, які виготовляються із грубих порошків, мають низькі ха­рактеристики міцності, тому не можуть використовуватись за важких умов праці. Підбір крупності порошків визначається розмірами підшип­ника. Крупногабаритні підшипники можуть бути виготовлені з грубих порошків, тоді як підшипники невеликих розмірів і товщин стінок менш як 2 мм слід виготовляти з порошків тонких і середніх фракцій.

Головною характеристикою антифрикційних матеріалів є добуток допустимого навантаження на швидкість тертя PV. На РV впливає форма вихідного порошку, якість поверхні тертя і режим припрацювання поверхонь тертя.

У матеріалах на основі залізо-графіт останній слід розглядати як легуючу присадку. У технологічному відношенні присадка графіту в шихту поліпшує процес пресування і зменшує знос пресформ. У разі введення в шихту 4% графіту тиск пресування зменшується приблизно на 25%, а тиск виштовхування - більш як у 2 рази порівняно з пресу­ванням залізного порошку без легуючих добавок. У випадку введення в шихту графіту більш як 4% подальше зниження тиску пресування та виштовхування не спостерігається. Як правило, залізографітові мате­ріали, що використовуються для виготовлення підшипників, які працю­ють з мастилом, містять від І до 3% графіту і мають пористість не більше 25%.

Якщо вміст графіту перевищує 3%, механічні властивості матеріа­лів значно знижуються, але при цьому зменшується коефіцієнт тертя. Тому при обмеженій подачі мастила і невеликих навантаженнях і швид­костях використовують матеріали з 5 і 7% графіту.

На роботоздатність пари тертя значний вплив має структура ма­теріалу підшипника. Залізографітові матеріали мають структуру плас­тичного перліту з включеннями фериту, вільного графіту. Крім того, ці матеріали мають велику кількість пор. Міняючи хімічний склад ма­теріалу, температуру і тривалість спікання, захисне середовище і швидкість охолодження, можна в широких межах змінювати структуру, властивості антифрикційних матеріалів.

Найбільш зносостійкими є структури, які складаються з дрібно­зернистого однорідного перліту з невеликою кількістю фериту, вільно­го графіту. Графіт, який перебуває у вільному стані, грає роль про­тизадирної присадки і дозволяє використовувати такі матеріали в умо­вах обмеженої подачі мастила. Утворення структури вільного цементи­ту, пов’язане з різким підвищенням рухомості атомів вуглецю по по­верхні аустенітних зерен, з підвищенням поверхневого дифузійного по­току вуглецю, втоми якого не встигають продифундувати вглиб зерна і фіксуються в поверхневому шарі з утворенням карбіду. Процес спі­кання завершується розпадом аустеніту під час охолоджування і утво­ренням тієї чи іншої структури. Тому для того, щоб виключити утворен­ня цементиту, необхідно під час охолодження зробити витримку в зоні евтектоїдних температур, тривалість якої і швидкість охолодження до 600...800 ^оС визначають характер структур, що утворюються. Для легованих антифрикційних матеріалів, окрім графіту, вико­ристовують мідь, рідше фосфор, нікель, свинець, марганець, хром та олово. Ефективний вплив міді в залізі проявляється в результаті ут­ворення твердого розчину. Тому кількість введеної міді повинна пере­бувати в межах її розчинності в залізі. Присутність структурно віль­ної міді в пористих підшипниках небажана, оскільки вона знижує анти­фрикційні властивості матеріалу.

Позитивний вплив міді в залізографіті також визначається її графітизуючим впливом, що зменшує зневуглецювання і підвищує кіль­кість перліту в структурі. Вона сповільнює дифузію вуглецю і проти­діє утворенню структурно вільного цементиту. Легування міддю затри­мує розпад аустеніту, що сприяє одержанню тонкопластинчастого пер­літу.

Вплив різних факторів на структуроутворення матеріалу компози­ції Fe-Cu-C проявляється значно слабше, тому структура її ста­більніша і характеристики міцності вищі.

Уведення фосфору підвищує твердість, густину і зносостійкість матеріалу на основі заліза. Уведення свинцю сприяє поліпшенню оброб­люваності антифрикційного матеріалу, дещо підвищує гранично допусти­мі навантаження під час тертя.

Добавки нікелю до залізографіту впливають на композицію подіб­но до міді, коли утворення потрійного твердого розчину зменшує вплив вуглецю на усадку. Вміст нікелю, як правило, не перевищує 6% за на­явності вуглецю до 2%.

Дія всіх легованих присадок підвищує механічні характеристики і в першу чергу твердість, що позитивно впливає на зносостійкість і дещо підвищує гранично допустимі навантаження при терті. Але при­працювання матеріалу погіршується, і для забезпечення роботоздатнос­ті вузлів тертя, оснащених цими матеріалами, постійно потрібна при­сутність мастила.

Вища зносостійкість і сприяння збереженню роботоздатності за підвищених швидкостей ковзання і навантаження за умов сухого тертя і обмеженого змащування /режим самозмащування/ досягається введенням речовин, здатних утворювати розділюючі плівки. Це - графіт, нітрид бору, сульфіди, селеніди, пластмаси,