Принципы создания современных фрикционных материалов и направления их совершенствования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Принципы создания современных фрикционных материалов и направления их совершенствования

Фрикционные материалы - материалы, предназначенные или используемые для работы в узлах трения, передающих или рассеивающих кинетическую энергию движущихся масс (в тормозах, сцеплениях, демпферах, вариаторах и др.).

В процессе трения муфты, тормоза и вариаторы воспринимают как динамические, так и статические нагрузки, подвергаются воздействию высоких температур и температурных градиентов, сильно изнашиваются. В связи с этим к фрикционным материалам предъявляются повышенные требования как по значению и стабильности коэффициента трения (f = 0,35-0,45), так и по износостойкости.

Фрикционные материалы должны иметь: стабильный коэффициент трения, высокую износостойкость, минимальное тепловое расширение и усадку, высокий модуль упругости, заданные механические и теплофизические свойства, хорошо прирабатываться к контртелу, должны быть технологичными, корозионно-стойкими, обладать достаточной механической прочностью, масло- влаго- и огнестойкостью, низкой склонностью к схватыванию в горячем и холодном состоянии.

Легкие условия работы фрикционных материалов: нагрев до 250?С, р = 0,8 МПа.

Средние условия работы: нагрев не выше 450?С, р = 1,5 МПа.

Тяжелые условия работы: нагрев до 1100-1200?С, р = 6 МПа.

Фрикционные асбополимерные материалы (ФАМП) получили широкое распространение в тормозных устройствах подъемно-транспортных, строительно-дорожных, землеройных и шахтных подъемных машин, подвижного состава метрополитена, трамваев, буровых установок, автотранспортных средств и т. д. ФАМП представляет собой многокомпонентную композицию, основным компонентом которой (до 70 %) является асбест. Асбест может содержаться в виде отдельных волокон или переплетенных нитей. Армирование асбестом повышает стойкость изделий к растрескиванию.

Для придания материалу определенных технологических и эксплуатационных свойств ФАМП содержит минеральные и органические наполнители. От сочетания и количественного содержания наполнителя зависят коэффициент трения, износостойкость, физико-механические показатели, а также технологические свойства материала в процессе его изготовления.

Связующим компонентом в ФАМП являются каучуки, смолы и их комбинации Материалы на каучуковом связующем обладают высоким коэффициентом трения и износостойкостью при относительно невысоких температурах трения (до 250оС). ФАМП на смоляном связующем имеют более высокую (до 600оС) теплостойкость, но относительно низкие и нестабильные значения коэффициента трения. Применение комбинированного связующего позволяет совместить положительные качества каучука и смолы в одной фрикционной паре.

Так, например, теплостойкий фрикционный материал - ретинакс, выпускается двух марок: А - асбосмоляная композиция с включением латунной проволоки, для работы в паре с чугуном ЧНМХ с поверхностной температурой трения до 1100оС при скорости скольжения до 50 м/с и давлении до 25 кгс/см2; Б - асбосмоляная композиция для работы в паре с серым чугуном и легированными сталями - соответственно до 700оС, 10 м/с, и 15 кгс/см2.

Порошковые материалы, изготовляемые методами порошковой металлургии, по коэффициенту трения и износостойкости наиболее полно удовлетворяют требованиям, предъявляемым к тяжело нагруженным тормозным устройствам. Из них изготовляют пары трения тормозов мощных машин при начальной скорости трения выше 50 м/с и давлении более 25 МПа при работе без смазочного материала и при скорости выше 100 м/с и давлении более 70 МПа при работе со смазочным материалом.

Различают материалы на железной и медной основах. Железо и медь повышают прочность и фрикционно-износные свойства материалов. Материалы на железной основе обычно применяют для тяжелых и сверхтяжелых условий эксплуатации без смазочного материала, а на медной - для легких условий работы без смазочного материала и с ним.

МК-5 - состав: 9 % Sn, 9 % Pb, 4 % Fe, 7 % графита, остальное Cu. Применяется для дисков гидротрансмиссий автомобилей, тракторов, тепловозов и др. машин.

ФМК-11 - состав: 15 % Cu, 9 % графита, 3 % SiO2, 6 % BaSO4, 64 % Fe, 3 % асбеста.

МКВ-50А - состав: 64 % Fe, 10 % Cu, 8 % графита, 3 % асбеста, 5 % карбида кремния, 5 % карбида бора.

СМК-80 - состав: 48 % Fe, 23 % Cu, 6 % Mn, 2-5 % дисульфида молибдена, 6-12 % нитрида бора.

ФАБ - состав: 69 % Cu, 8 % Рb, 7 % графита, 5 % Fe, 11 % Al.

М-106, М-140 - спеченные фрикционные материалы для работы в масле. М-106 предназначен для муфт включения и муфт предельного момента. М-140 применяется для тяжело нагруженных гидротрансмиссий.

В многодисковой тормозной системе самолетов применяют бериллий из-за его высокой теплоемкости, теплопроводности и малой плотности.

Перспективные направления в создании фрикционных материалов

Современные разработки направлены на:

* создание экологически чистых фрикционных материалов, не содержащих асбеста, свинца, фенола и других токсичных ингредиентов и добавок;

* совершенствование конструкций фрикционных узлов трения (в том числе уплотнений);

* создание новой серии сплавов с высокими трибологическими свойствами.

Предлагается создание новой серии сплавов, которые позволяют улучшить трибологические характеристики (увеличение износостойкости, уменьшение коэффициента трения за счет микроструктуры «перитектического типа», состоящих из островков кремния, окруженных оловом).

Трибонит ТР-9 - листовой фрикционный материал. Предназначен для изготовления фрикционных изделий, применяемых в узлах трения автомобилей, мото - велотехники, сельскохозяйственной техники и других видов машин и механизмов, работающих при давлении до 1,15 Мпа и поверхностной температуре трения до +300 °С. Изделия из трибонита могут эксплуатироваться в открытых узлах трения районах умеренного и тропического климата, а также в районах крайнего Севера при температуре до - 60 °С. Материал может применяться вместо тормозных лент по ГОСТ 1198-78 и ГОСТ 15960-79 путём наклеивания на несущий слой.

Материал поставляется в виде листов размеров 460x500 мм и толщиной от 4,0 до 12,0 мм. Гарантийный срок хранения - 2 года после изготовления.

Техническая характеристика трибонита: плотность - 1,8-2,2 г/см3, коэффициент трения 0,4-0,6, твёрдость по Шору А70-95, линейный износ 0,25мм, температура воспламенения 375 °С, температура самовоспламенения 425 °С.

Графит, керамика, углеродсодержащие материалы, кевлар - новые материалы, которые стали использовать сравнительно недавно. Эти новые материалы для дисков муфт намного мягче, имеют пористую структуру, достаточную пластичность. Так как они намного мягче, они требуют значительно более гладкие поверхности стальных дисков. Эти новые материалы были разработаны из-за появления электронно-управляемых автоматических трансмиссий.

Высокоэнергетические фрикционные диски из кевлара были первыми дисками новой эры фрикционных материалов, которые содержат кевларовые волокна. Эти необычные диски на первый взгляд выглядят весьма рыхлыми, но стоит их пропитать трансмиссионной жидкостью, и они приобретают фантастическими характеристиками для передачи импульса энергии создаваемого муфтой. Последние разработки в этой области превосходят по своим техническим характеристикам высокоэнергетические фрикционные диски и обеспечивают еще более плавные переключения с меньшей вибрацией. В тоже время они способны выдерживать нагрев до 430 ?С.

Многодисковые маслоохлаждаемые тормоза являются наиболее эффективной конструкцией, позволяющей существенно повысить мощность и надежность работы тормозных устройств.

Новые разработки направлены на создание следующих материалов:

* безасбестовые фрикционные композиционные материалы на полимерной основе для работы в условиях сухого трения и в среде масла;

* шумоизолирующие многослойные материалы и звуковые барьеры, сертификация и контроль звукопоглощающих материалов;

* фрикционные накладки для тормозов и муфт сцеплений колесных тракторов, большегрузных автомобилей, сельскохозяйственной техники, мотовелосипедов и различного технологического оборудования, применяемого в технических обустройствах железных дорог и аэропортов, металлургии, металлообработке, на нефтехимических производствах;

* композиционные материалы для восстановления изношенных металлических поверхностей трения и устранения поверхностных и объемных дефектов деталей из черных и цветных металлов;

* термостойкие клеящие материалы и адгезивы для соединения неметаллических материалов с металлами, в том числе, для работы в жидких агрессивных и масляных средах - термореактивный клей предназначен для неподвижного соединения металлов, термореактивных полимеров, керамики и других машиностроительных материалов;

* композиционный материал для заделки дефектов литья деталей обеспечивает надежную заделку всех видимых дефектов (трещины, сколы, дефекты отливок, следы абразивно-коррозионного износа) чугунных и других отливок.

Литература

фрикционный материал кинетический

1.3уев В. М. Термическая обработка металлов / В. М. Зуев. - М. : Металлургия, 1976. - 344 с.

2.Гуляев А. П. Металловедение / А. П. Гуляев // М. : Металлургия, 1977. - 272 с.

3.Дальский А. М. Технология конструкционных материалов / А. М Дальский. - М. : Металлургия, 1977. - 416 с.

4.Козлов Ю. С. Конструкционные материалы / Ю. С. Козлов. - М. : Металлургия, 1978. - 208 с.

5.Буше Н. А. Подшипниковые сплавы для подвижного состава / Н. А. Буше. - М. : Металлургия, 1967. - 224 с.

Размещено на Allbest.ru