Промышленный лизинг Промышленный лизинг  Методички 

0 [ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

трения медной пленки толщиной несколько микрометров наличие Которой легко установить спектральным анализом. Частицы осажденной меди в зазоре трущихся деталей проникают в поверхностный слой, образуя с ним прочную связь.

(!пособ нанесения слоя меди на поверхность трения в кислом электролите состоит в том, что медное покрытие в процессе трения образуется за счет термоэлектродвижущей силы (ТЭДС) при контактировании сплавов, содержащих в своем составе медь, * В основе термоэлектрохимического процесса лежит эффект Зеебека, состоящий в том, что в замкнутой электрической цепи из разных материалов возникает ТЭДС, если в местах контактов поддерживается разная температура. При проведении опыта одним из контактов электрической цепи является фрикционный контакт, другим - электрически замкнутые через смазывающее вещество (электролит) поверхности деталей, не участвующие в трении. Известно, что ТЭДС зависит только от температур горячего Tl и холодного Т2 контактов и от природы материалов. На фрикционном контакте создается температура Ти определяющая разность температур Ti - Г2, где Т2 - температура смазывающего материала, В этом случае ТЭДС

e = a{Ti - Га),

(10)

где а - удельная ТЭДС, мкВ/град.

Удельная ТЭДС определяется материалами, из которых состоит электрическая цепь, например для меди а = = + 3,2 мкВ/град, для железа а = + 15 мкВ/град, В процессе трения в кислой среде происходит нарушение теплового равновесия, смещается электродный потенциал, образуется разность потенциалов. Вследствие высокой температуры трущаяся поверхность приобретает более положительный потенциал, а поверхности обойм из медесодержащих сплавов - менее положительный или отрицательный. В результате возникновения ТЭДС медь с поверхности обойм переходит в раствор, а из раствора, присоединяя свободные электроны в зоне контакта, ионы меди осаждаются иа трущихсг поверхностях в виде медной пленки по уравнению

Cu++ + 2e->Cu (11)

Образующееся на трущихся поверхностях медное покрытие защищает их от изнашивания, уменьшает коэффициент трения. В процессе работы узла трения и избирательного переноса меди на сопряженную поверхность медная пленка поддерживается автоматически. Она разделяет трущиеся поверхности и обеспечивает положительный градиент механических свойств по глубине.

* Авт. свид, № 378538,

Похожие электрохимические процессы, активизируемые трением и происходящие в слабом электролите - глицерине - при трении пары сталь-медный сплав [24, 66], позволяют объяснить износостойкость пар трения при избирательном переносе. Применение в качестве медесодержащих сплавов сталей, легированных медью, является значительным резервом экономии дефицитной меди в сравнении с бронзами и латунями.

В общем случае установлено, что необходимыми условиями возникновения режима избирательного переноса при трении являются содержание в смазывающем материале ионов меди и водорастворимых кислот, которые обеспечивают кислотность среды с рН <; 7. В щелочных средах с рН >> 7 избирательного переноса меди на поверхность трения не происходит. Следовательно, при трении в режиме избирательного переноса одновременно с защитой от изнашивания поверхности трения медной пленкой идут процессы коррозии деталей трения и других, соприкасающихся со смазываемым материалом, так как оба эти процесса имеют электрохимическую природу. Вследствие электрохимической коррозии, сопровождающей избирательный перенос, его применение может быть ограничено коррозионной стойкостью материалов узлов трения, особенно выполненных из углеродистых сталей и чугунов.

Реализация способа нанесения пленки меди при трении в кислых электролитах открывает большие возможности для применения этого явления в оборудовании, содержащем пары трения из коррозионно-стойких материалов, не имеющих в своем составе меди и склонных к схватыванию.

Аустенитные коррозионно-стойкие стали 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т и др. недостаточно износостойки, склонны к задирам и схватыванию при трении. Большинство способов упрочнения их поверхностных слоев не приводит к существенному улучшению антифрикционных свойств или снижает коррозионную стойкость. Стали аустенитного класса в отличие от углеродистых сталей не подвержены омеднению по способу контактного вытеснения меди из растворов ее солей без специальной химической обработки (травление в щелочном растворе с последующей кислотной обработкой). Однако омеднение поверхностей трения этих сталей становится возможным в процессе трения, т. е. в динамических условиях, которые способствуют возникновению ТЭДС. Для достижения этого в воду, служащую смазкой подшипника, добавляют водные растворы солей меди. В табл. 2 приведены результаты испытаний колец торцового уплотнения на различных режимах работы со смазкой дистиллированной водой и при добавлении в воду сернокислой меди.

Как следует из таблицы, режим избирательного переноса для трущихся деталей из хромоникелевых сталей в условиях испытаний наблюдается при давлениях 2-10 кгс/см2, скорости скольжения 2-3 м/с (для твердых сплавов типа ВКб и других



Таблица 2. Коэффициент трения и износ нержавеющих сталей 14XI7H2 и I2X18H10T

Условия испытаний

ж я я

Износ линейный, мм

F-О О Я

Среда (смазка)

о S s

§

«За. 51?

г:« 1

л g л

иг О

X а.

щ m о я

« « о а as

5-207о-ный подкисленный раствор сернокислой меди

1.57 2,3

0,446 0,395

0,008 0,009

0,36 0,39

Медное покрытие отсутствует

2 2 4

2,3 3,2 3.2

0,121 0,108 0,112

Нет »

0,021 0,023

Поверхность

покрыта топким слоем меди

Неустойчивый

Значительный

Задиры, схватывание, отдельные пятна меди

Вода дистиллированная

0,33

0,011

0,29

Медное покрытие отсутствует

2-6 м/с). При этом коэффициент трения снижается в 3 раза по сравнению с трением в дистиллированной воде, а износ примерно в 10 раз.

Испытания показали, что осаждение меди на трущиеся поверхности в процессе трения является эффективны.м способом снижения износа и повышения срока службы трущихся сопряжений. Для повышения износостойкости радиальных подшипников скольжения положительный эффект был достигнут применением металлоплакнрующей смазки, при которой смазывающий материал изготавливался с добавлением меди сернокислой, а для интенсификации процесса плакирования дополнительно вводилась серная кислота. В результате применения металло-плакирующего смазочного материала поверхности трения подшипников покрываются тонкой медной пленкой, которая препятствует задирам и схватыванию, повышает их износостойкость, снижает вибрации.

Износостойкость подшипников зависит от концентрации соли меди в смазочном материале. Небольшое массовое содержание соли меди (до 1%) недостаточно защищает от износа, так как требуется длительное время для образования защитной медной

пленки. В то же время массовое содержание соли меди в смазочном материале более 30% приводит к образованию на трущихся поверхностях неравномерного, рыхлого и легко отделяющегося слоя медной пленки. Оптимальное массовое содержание меди в комбинированном смазочном материале до 20%. Другим современным направлением повышения износостойкости подшипников, особенно из пластмасс и металлополимерных конструкций, является устранение условий возникновения водородного изнашивания.

Впервые на явление водородного износа, приводящего к разрушению узлов трения, обратил внимание Д. Н. Гаркунов [24], анализируя причины отказов в работе трущихся деталей. Он объяснил хрупкое разрушение твердой закаленной стали при трении по более мягкой бронзе влиянием водорода, выделяющегося при разложении углеводородных смазок, который диффундирует в сталь, наводороживает ее, охрупчивает и разрушает тонкий поверхностный слой. Продукты износа стали при трении переносятся на бронзу, изнашиваемую меньше, чем сопряженная твердая стальная поверхность. Впоследствии было показано, что выделение водорода при трении возможно и в других условиях [37, 46].

Как показали исследования А. А. Полякова, Ю. С. Симакова и др., водород выделяется не только при десорбции углеводородных смазок, смазывающих трущиеся поверхности, но и при сухом трении металла и пластмассы, например в случае попадания воды в зону трения по выражению

Me + Н2О -> МеО + На. (12)

Износ узлов трения, смазываемых водой, в значительной мере объясняют влиянием водорода. В парах трения при использовании для смазывания керосина выделяется водород из меркаптанов, содержащихся в нем,

RSN -f Me -> /?S Me + Н. (13)

В этих случаях происходит намазывание частиц стальной закаленной поверхности на более мягкую бронзовую и выход из строя пары трения вследствие изнашивания стальной поверхности. Значительно снижает износостойкость сталей водород, содержащийся в металле после выплавки, так как при трении вследствие нагрева поверхностного слоя возможна его диффузия и повышение концентрации в этой зоне. Подшипниковые стали, полученные электрошлаковым переплавом и содержащие водород в минимальном количестве, обладают повышенной износостойкостью.

В процессе коррозионно-механического изнашивания в агрессивных средах на поверхности трения протекают электрохимические процессы с образованием водорода. Эти коррозионные явления во многих химических технологических средах, мвляю-



щихся электролитами, служат причиной повышенного износа пар трения, смазываемых этими средами. Особенно эффект водородного износа увеличивается при повышении температуры в процессе трения. С ростом температуры в зоне контакта диффузия водорода в поверхностные слои стали и насынхение водородом областей с максимальной температурой становятся более интенсивными, происходит увеличение концентрации водорода в поверхностных слоях. Хрупкое разрушение стали наблюдается при концентрации водорода более 8-10~ м/кг и локализуется в тонких поверхностных слоях, например вала, участвующих в трении.

Как показали исследования [37], при сухом трении стальных втулки и вала без смазывания жидкостями содержание водорода в металле не изменяется и его влияние на изнашивание незначительно. Более высокий износ одноименных титановых сплавов при трении со смазыванием различными смазывающими веществами сравнительно с сухим трением авторы работы [83] объясняют тем, что смазывающие вещества не создают на поверхности титана прочной адсорбированной пленки, что приводит к схватыванию при малых нагрузках, а также тем, что смазывающие вещества являются причиной водородного разрушения поверхности титана при трении. Высокий износ стальных поверхностей уплотнительных устройств поршневых компрессоров, перекачивающих водородосодержащие смеси, также объясняется влиянием водорода.

Поскольку водородное изнашивание подшипников сухого трения в настоящее время изучено недостаточно, можно рекомендовать лишь общие принципы борьбы с водородным износом. К ним относятся прежде всего требования к выбору коррозионно-стойких материалов для пары трения вал - подшипник, смазываемых агрессивными средами (см. п. 2). В этом случае коррозионные процессы протекают слабо и водород не накапливается в поверхностных слоях.

Другим направлением подавления водородного износа является исключение смазывающих жидкостей, служащих источником образования водорода, или введением в них различных ингибиторов, препятствующих наводороживанию трущихся поверхностей. Для трения в вакууме большое значение приобретает содержание водорода в материале трущихся пар, способного диффундировать из глубинных слоев и скапливаться на поверхности трения.

2. ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПОДШИПНИКОВ СУХОГО ТРЕНИЯ РАЗНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Вследствие недостаточно обоснованного выбора материалов для подшипников и смазочных материалов сроки службы ма- шин и агрегатов уменьшаются, возрастает количество ремонт-

ных работ, а также потери вырабатываемого продукта из-за дополнительных простоев оборудования. От выбранного материала зависит конструктивное оформление подшипников скольжения. Конструкции подшипников разрабатываются исходя из свойств материалов таким образом, чтобы свести до минимума или полностью устранить вредное влияние отрицательных характеристик материала (хрупкость, низкую теплопроводность, гигроскопичность, нестабильность размеров во времени и др.) и наиболее полно использовать низкий коэффициент трения и высокую износостойкость материала. Конструктивные приемы являются эффективным средством повышения срока службы подшипников.

При выборе материалов для подшипников сухого трения основное значение имеет их износостойкость, а следовательно, срок службы. Износ опорных поверхностей подшипников сверх допустимой величины нарушает точность взаимного расположения вала с рабочими органами и корпуса, приводит к его динамической неустойчивости и вибрации, возможности разрушения подшипника на ходу. Износ увеличивается с повышением давления (контактных напряжений), а коэффициент трения снижается либо остается постоянным до критического значения, соответствующего катастрофическому износу. Физико-механические свойства материала подшипника должны обеспечивать наиболее высокую износостойкость и упругий контакт при трении, минимальный коэффициент трения, отсутствие склонности к задиру, хорошую прирабатываемость. Кроме этого, материал должен обладать достаточной механической прочностью, тех-нолошчностью и стойкостью к воздействию окружающей среды.

Величина предельно допустимой температуры для выбираемого материала, при которой происходит его разрушение либо резкое падение механических характеристик, должна быть больше температуры окрул<ающей среды не менее чем на 50- 80 °С. Характер динамической нагрузки должен соответствовать прочностным свойствам выбранного материала. Не допускается применение хрупких материалов, имеющих низкую ударную вязкость (менее 5 кгс-см/см2) при ударных и вибрационных нагрузках. Применение материала должно быть экономически обосновано как в сфере изготовления, так и в сфере эксплуатации.

Материал подшипника должен быть малодефнцитным, а его технологическая обработка проста и доступна. Производство и механическая обработка некоторых материалов для подшипников сухого трения связаны со сложной технологией, требующей специального оборудования. Их изготовление возможно лишь на специализированных участках. Это необходимо учитывать при конструировании машин, требующих периодических ремонтов в нестационарных условиях.



0 [ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36