Materiais antifricção: visão geral, propriedades, aplicação

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

O processo de operação de unidades técnicas, máquinas e grupos elementares individuais de equipamentos é inevitavelmente acompanhado de desgaste. O impacto mecânico mútuo das peças umas sobre as outras com graus variados de intensidade leva à abrasão de suas superfícies e à destruição da estrutura interna. Além disso, o ambiente muitas vezes tem um efeito semelhante na forma de erosão e cavitação. Como resultado, há uma perda de desempenho do equipamento ou pelo menos uma diminuição nas propriedades operacionais. As seguintes revisões de materiais de fricção e antifricção em pó ajudarão você a entender maneiras de minimizar o atrito indesejado. Esses materiais são recomendados para uso em equipamentos industriais e eletrodomésticos, bem como para ferramentas de construção.

Diferenças entre materiais de atrito e antifricção

A consideração desses materiais em um contexto se deve ao fato de sua função estar relacionada à característica geral do funcionamento dos mecanismos - o coeficiente de atrito. Mas se os elementos antifricção e aditivos são responsáveis por diminuir esse valor, os elementos de atrito, pelo contrário, aumentam. Neste caso, por exemplo, ligas em pó com maiorcoeficiente de atrito fornecem resistência ao desgaste e resistência mecânica do grupo de trabalho alvo. Para alcançar tais qualidades, óxidos refratários, boro, carbonetos de silício, etc., são introduzidos na composição das matérias-primas de fricção. Ao contrário dos elementos antifricção, os elementos de fricção geralmente representam órgãos funcionais completos em mecanismos. Isso, em particular, pode ser freios e embreagens.

Fornecendo as tarefas de aumentar o atrito, eles executam simultaneamente tarefas técnicas específicas. Ao mesmo tempo, os materiais de fricção e antifricção passam por rigorosos testes de laboratório antes do uso. As mesmas ligas para freios passam por testes em escala real e de bancada, durante os quais a conveniência de sua aplicação na prática é determinada. Os materiais de fricção tecnologicamente mais avançados de polímeros são hoje fabricados por vários métodos. Assim, para os mecanismos do grupo de freio, é utilizada a técnica de prensagem - blocos, placas e setores são feitos nas formas. Os materiais de fita são produzidos usando uma técnica tecida e as sobreposições são produzidas por laminação.

Propriedades dos materiais antifricção

Peças com função antifricção devem atender a uma ampla gama de requisitos que determinam seu desempenho básico. Em primeiro lugar, o material deve ser compatível tanto com a peça de acoplamento quanto com o ambiente de trabalho. Sob condições de compatibilidade antes e depois do amaciamento, o material fornece o grau necessário de redução de atrito. Aqui é necessário observar o amaciamento como tal. Esta propriedade define a capacidade do elemento de ajustar naturalmente a geometria da superfície.sob a forma ideal, que é adequada para um determinado local de operação. Ou seja, uma estrutura extra com microrrugas é apagada da peça, após o que o amaciamento proporcionará condições de trabalho com cargas mínimas.

A resistência ao desgaste também é uma propriedade importante desses materiais. Os elementos antifricção devem possuir uma estrutura que proporcione resistência a diversos tipos de desgaste. Ao mesmo tempo, a peça não deve ser excessivamente rígida e dura, pois isso aumentará o risco de emperramento, o que é indesejável para o material antifricção. Além disso, os tecnólogos destacam uma propriedade como a absorção de partículas sólidas. O fato é que o atrito em graus variados pode contribuir para a liberação de pequenos elementos - geralmente de metal. Por sua vez, a superfície antifricção tem a capacidade de “pressionar” tais partículas em si mesma, eliminando-as da área de trabalho.

Materiais metálicos antifricção

Os produtos em base metálica compõem a mais ampla gama de elementos do grupo antifricção. A maioria deles está focada na operação no modo de fricção fluida, ou seja, sob condições em que os mancais são separados dos eixos por uma fina camada de óleo. E, no entanto, quando a unidade é parada e iniciada, ocorre inevitavelmente o chamado modo de fricção de limite, no qual o filme de óleo pode ser destruído sob a influência de altas temperaturas. As peças metálicas utilizadas em grupos de rolamentos podem ser divididas em dois tipos: elementos comestrutura e pastilhas sólidas e ligas com base rígida e pastilhas macias. Se falamos do primeiro grupo, babbits, ligas de latão e bronze podem ser usadas como materiais antifricção. Devido à sua estrutura macia, eles funcionam rapidamente e mantêm suas características de filme de óleo por um longo tempo. Por outro lado, inclusões sólidas aumentam a resistência ao desgaste em contatos mecânicos com elementos adjacentes - por exemplo, com o mesmo eixo.

Babbits são uma liga à base de chumbo ou estanho. Além disso, para melhorar as qualidades individuais, ligas de liga podem ser adicionadas à estrutura. Entre as propriedades melhoradas, destacam-se a resistência à corrosão, dureza, tenacidade e resistência. A mudança em uma ou outra característica é determinada por quais materiais de liga foram usados. Babbits antifricção podem ser modificados com cádmio, níquel, cobre, antimônio, etc. Por exemplo, um babbit padrão contém cerca de 80% de estanho ou chumbo, 10% de antimônio e o restante é cobre e cádmio.

Ligas de chumbo como meio de minimizar o atrito

O nível de entrada de ligas anti-fricção são os babbits de chumbo. A acessibilidade determina as especificidades da operação deste material - nas funções de trabalho menos críticas. A base de chumbo, em comparação com o estanho, proporciona aos babbits menor resistência mecânica e baixa proteção contra corrosão. É verdade que mesmo em tais ligas não pode prescindir de estanho - seu conteúdo podechegar a 18%. Além disso, um componente de cobre também é adicionado à composição, o que evita processos de segregação - uma distribuição desigual de metais de diferentes massas no volume do produto.

Os materiais de chumbo mais simples com propriedades antifricção são caracterizados por um alto grau de fragilidade, por isso são usados em condições com cargas dinâmicas reduzidas. Em particular, rolamentos para máquinas de esteiras, locomotivas a diesel e componentes de engenharia pesada são um nicho-alvo onde esses materiais são usados. Ligas antifricção usando cálcio podem ser chamadas de modificação de ligas de chumbo. Nesse caso, são observadas qualidades como alta densidade e baixa condutividade térmica. A base também é chumbo, mas em proporções significativas também é complementada por inclusões de sódio, cálcio e antimônio. Quanto aos pontos fracos deste material, eles incluem a oxidabilidade, portanto, não é recomendado usá-lo em ambientes quimicamente ativos.

Falando em geral sobre babbits, podemos afirmar que esta está longe de ser a solução mais eficaz para minimizar o atrito, mas em termos de combinação de qualidades, acaba sendo benéfica do ponto de vista da operação. São materiais cujas propriedades antifricção podem ser niveladas pela redução da resistência à fadiga, o que piora o desempenho do elemento. No entanto, em alguns casos, a f alta de resistência é compensada pela inclusão de cascos de aço ou ferro fundido no projeto.

Características das ligas de bronze antifricção

Propriedades físicas e químicas do bronzesão organicamente combinados com os requisitos para ligas antifricção. Este metal, em particular, fornece indicadores suficientes de pressão específica, capacidade de operar sob cargas de choque, alta velocidade de rotação do rolamento, etc. Mas também a escolha do bronze para determinadas funções dependerá de sua marca. O mesmo formato para operação de liners sob carga de choque é aceitável para a marca BrOS30, mas não é recomendado para BrAZh. Existem também diferenças na classe dos materiais de bronze em termos de propriedades mecânicas. Este conjunto de qualidades dependerá da natureza da interface com eixos endurecidos e do uso de munhão, que pode ter endurecimento adicional. E, novamente, é impossível falar sobre a solidez da estrutura da liga.

Itens de bronze também podem incluir estanho, latão, chumbo. Ao mesmo tempo, se todos os metais listados podem ser usados como base de babbitt, materiais antifricção à base de cobre são usados extremamente raramente. Nesse caso, o componente de cobre geralmente atua como o mesmo aditivo com uma proporção de conteúdo de 2-3%. As combinações de inclusões de estanho-chumbo são consideradas ótimas. Eles proporcionam desempenho suficiente da liga como componente antifricção, embora percam para outras composições em termos de resistência mecânica. Os materiais combinados de bronze são usados na fabricação de mancais maciços para motores elétricos, turbinas, unidades compressoras e outras unidades que operam em alta pressão e baixa velocidade de deslizamento.

Pómateriais de fricção

Esses materiais são utilizados em composições destinadas a unidades de transmissão e freio de veículos lagarta, automóveis, máquinas-ferramenta, mecanismos de construção, etc. Os produtos acabados à base de componentes em pó são produzidos na forma de revestimentos setoriais, discos e pastilhas. Ao mesmo tempo, os materiais de partida para as ligas em pó do tipo antifricção são formados pela mesma nomenclatura que no caso dos componentes de fricção - ferro e cobre são os mais usados, mas existem outras combinações.

Por exemplo, materiais feitos de alumínio e bronze de estanho, que incluem grafite e chumbo, manifestam-se efetivamente em condições de atrito a uma velocidade de deslizamento de peças da ordem de 50 m/s. A propósito, quando os rolamentos operam a uma velocidade de 5 m/s, os produtos em pó de metal podem ser substituídos por matérias-primas de metal-plástico. Este já é um material compósito antifricção com uma estrutura de trabalho flexível e resistência reduzida. Os mais vantajosos em termos de uso em condições de cargas aumentadas são materiais feitos de ferro e cobre. Grafite, óxido de silício ou bário são usados como aditivos. A operação desses elementos é possível a uma pressão de 300 MPa e velocidade de deslizamento de até 60 m/s.

Materiais antifricção em pó

Os produtos antifricção também são produzidos a partir de matérias-primas em pó. Eles são caracterizados por alta resistência ao desgaste, baixo coeficiente de atrito e capacidade de rodar rapidamente no eixo. Além disso, os materiais em pó antifricção têm várias vantagens em comparação com as ligas que minimizam o atrito. Basta dizer que sua resistência ao desgaste é, em média, maior do que a dos mesmos babbits. A estrutura porosa formada pelos metais em pó permite uma impregnação eficaz com lubrificantes.

Os fabricantes têm a oportunidade de formar produtos finais em diferentes formas. Podem ser peças de estrutura ou matriz com cavidades intermediárias preenchidas com outras matérias-primas amolecidas. E, pelo contrário, em algumas áreas, os materiais em pó antifricção com uma base de estrutura macia são mais procurados. Em favos de mel especiais, são fornecidas inclusões sólidas de diferentes níveis de dispersão. Essa qualidade é de grande importância justamente do ponto de vista da possibilidade de regular os parâmetros que determinam a intensidade de atrito das peças.

Materiais de polímeros antifricção

As matérias-primas poliméricas modernas permitem obter novas qualidades técnicas e operacionais para peças que reduzem o atrito. Tanto as ligas compostas quanto os pós metal-plástico podem ser usados como base. Uma das principais propriedades distintivas desses materiais é a capacidade de distribuir uniformemente os aditivos por toda a estrutura, que posteriormente desempenharão a função de um lubrificante sólido. Grafites, sulfetos, plásticos e outros compostos são indicados na lista de tais substâncias. As propriedades de trabalho dos materiais poliméricos e antifricção convergem amplamente no nível básico sem o uso de modificadores: este é um baixo coeficiente de atrito e resistência a meios quimicamente ativos epossibilidade de operação no meio aquático. Falando em qualidades únicas, os polímeros podem realizar suas tarefas mesmo sem reforço com um lubrificante especial.

Aplicação de materiais antifricção

A maioria dos elementos antifricção são inicialmente projetados para uso em grupos de rolamentos. Entre eles estão peças projetadas para aumentar a resistência ao desgaste e componentes que melhoram o deslizamento. Na engenharia mecânica e construção de máquinas-ferramenta, esses produtos são usados na fabricação de motores, pistões, unidades de acoplamento, turbinas, etc. Aqui, a base dos consumíveis são materiais antifricção de mancais lisos, que são introduzidos na estrutura de rolamentos equipamento.

A indústria da construção também não pode prescindir de uma função antifricção. Com a ajuda de tais peças, estruturas de engenharia, estruturas de montagem e materiais de alvenaria são reforçadas. Na construção de ferrovias, são utilizados na instalação de elementos estruturais de material rodante. Também é difundida a utilização de materiais antifricção à base de polímeros, que encontram seu lugar, por exemplo, como estrutura de conexão de polias, engrenagens, acionamentos por correia, etc.

Conclusão

A tarefa de reduzir o atrito apenas à primeira vista pode parecer secundária e muitas vezes opcional. A melhoria dos fluidos lubrificantes realmente permite livrar-se de alguns mecanismos de elementos técnicos auxiliares que reduzem o desgaste do grupo de trabalho principal. Um elo de transição do clássicobabbitt a um lubrificante modificado de alto desempenho pode ser chamado de materiais poliméricos antifricção, que se caracterizam por uma estrutura mais macia e versatilidade em termos de condições de trabalho. No entanto, a operação de peças metálicas sob alta pressão e impacto físico ainda requer a inclusão de revestimentos antifricção de estado sólido. Além disso, esta classe de materiais não só não se torna coisa do passado, mas também se desenvolve melhorando as características de resistência, dureza e estabilidade mecânica.