Какую-то часть оставлять на долю случая.

Конструкционное повышение износостойкости

Стратегические просчеты не могут быть

Компенсированы тактическими средствами.

К. фон Клаузевиц

Правильный выбор материалов для рационально разработанной конструкции является гарантией полного выполнения трибосистемой своих функций в течении всего ресурса.

Совместимость и выбор материалов

В каждом большом деле всегда приходится

какую-то часть оставлять на долю случая.

Наполеон

Несмотря на то, что практика машиностроения располагает значительным опытом, выбор материалов для узлов трения представляет собой достаточно сложную задачу. Дополнительные трудности связаны с тем, что выбор материала хотя бы одной из сопрягаемых деталей, как правило, вынужден и определяется обстоятельствами, не связанными с трением и изнашиванием.

Например: сталь в качестве материала валов выбирается исходя из прочности; серый чугун для станин выбирают по жесткости и экономичности.

Кроме того, два "хороших" по свойствам материала в сочетании с "хорошей" смазкой не обязательно составят надежный и работоспособный узел трения. Необходимо, чтобы материалы пары были совместимы, т.е. могли бы в процессе приработки адаптироваться друг к другу и к внешним условиям.

Примером совместимой пары является сталь - бронза при смазке турбинным маслом, несовместимой - чугун - фторопласт и индустриальное масло.

Совместимость - способность материалов трущейся пары при определенной смазке (или без неё) взаимно адаптироваться, как в процессе приработки, так и в стационарный период, и обеспечивать заданную долговечность узла без повреждения контактирующих деталей (в виде заедания или схватывания).

В настоящее время способы оценки совместимости основаны на экспе-риментальных исследованиях в соответствии с методикой по РД 50-662-88 .

Это испытания на трибостойкость в стационарном режиме для определения несущей способности (удельных давлений), температуры фрикционного разогрева, интенсивности изнашивания и силы трения.

Испытания на трибостойкость при переходных режимах, обуслов-ленных повторными пусками и выбегами, а также ступенчатым повышением нагрузки, позволяют оценить интенсивность изнашивания, силу трения и температуру фрикционного разогрева в эти периоды работы трибосистемы.

Наконец, испытания на прирабатываемость дают возможность оценить приработочный износ, время приработки и температуру.

Следует отметить, что совместимость трибоматериалов в значительной степени определяется характером работы узла трения [6,24,29]. Например, при сухом трении совместимость пары определяется сопротивлением контактирующих материалов схватыванию. Этому явлению препятствует применение металлических сплавов разной природы (например, сталь–бронза) или вообще различных материалов (сталь–полимерный композит).

Одним из основных критериев совместимости материалов, работающих в условиях граничной смазки, является их сопротивление образованию задиров. Этому явлению может препятствовать применение сплавов с мягкой структурной составляющей или использование смазочных материалов с температурной стойкостью граничных адсорбированных слоев выше, чем поверхностная температура в контактной зоне. В этом случае отсутствие десорбции молекул смазки препятствует прямому контакту, то есть повышает задиростойкость пары и совместимость входящих в нее материалов.

При жидкостном трении совместимость материалов определяется коррозионной и кавитационной стойкостью контакта. Кроме того, теплонапряженность узла трения не должна снижать вязкостные параметры смазки. Это может препятствовать выходу пары на гидродинамический режим.

Следовательно, способы оценки совместимости материалов в триботехнике в настоящее время основаны на комплексе испытаний.

В литературе [6,29,41] освещен целый ряд попыток создания единого однозначного критерия совместимости трибоматериалов. Один из вариантов – это растворимость жидких фаз сплава в твердом растворе, основанная на бинарных фазовых диаграммах. Градации совместимости соответствуют рас-творимости < 0,1 %, 0,1 – 1,0 % и > 1 %. Второй вариант – использование в качестве критерия совместимости энергетических параметров поверхностей, энергии адгезии смазки. Наконец, предлагается ориентироваться на работу выхода электронов с контактных поверхностей.

Общим недостатком предлагаемых обобщенных критериев совмести-мости является отсутствие массивной базы данных однозначных результатов, что затрудняет применимость всех этих критериев.

Рассматривая совместимость, как образование диссипативных структур на основе самоорганизующихся трибосистем, можно предложить ряд меро-приятий для повышения совместимости трибоматериалов. Различная набуха-емость контактирующих материалов в рабочих средах и разные коэффициен-ты терморасширения компенсируются увеличением зазора сопряжения. Низкая теплостойкость полимерных композитов может быть повышена добавлением графитового или металлического мелкодисперсного наполнителя. Высокие контактные нагрузки можно снизить, используя классическую пару трения: твердое – мягкое. Прирабатываясь, мягкий материал увеличивает площадь фактической контактной поверхности, что снижает реальные контактные напряжения и повышает несущую способность трибосистемы.

Совместимость неразрывно связана с выбором материала трибосопря-жения. Выбор триботехнических материалов основан на знании их общей номенклатуры, справочных данных об их характеристиках, комплекса всех условий работы трибосистемы и машины в целом.

Схема выбора материала трибосопряжения представлена на рис.67

 

Рис. 67 Алгоритм подбора материалов трибосистем.

Следует отметить , что при выборе материалов для пар трения кроме совместимости учитывается целый ряд дополнительных весьма важных факторов.

Износостойкие материалы должны обеспечивать минимум износа при данных условиях эксплуатации. Примером этих материалов является инструментальная быстрорежущая сталь Р18 и металлокерамические сплавы Т15К6, ВК8 и др.

Фрикционные материалы обладают стабильно высоким коэффициентом трения. Это обкладки тормозов, дисков сцепления и т.п.

Антифрикционные и смазочные материалы обеспечивают низкий коэффициент трения. Это сплавы: Бр05Ц5С5, Б83; это полимеры: фторопласт-4; масла и консистентные смазки. Чаще всего материал должен обладать комплексом свойств: одновременно износостойкостью и антифрик-ционностью и т. п.