Gleitmaterialien: Übersicht, Eigenschaften, Anwendung

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Der Betrieb von technischen Aggregaten, Maschinen und einzelnen elementaren Anlagengruppen ist zwangsläufig mit Verschleiß verbunden. Die gegenseitige mechanische Einwirkung von Teilen aufeinander mit unterschiedlicher Intensität führt zum Abrieb ihrer Oberflächen und zur Zerstörung der inneren Struktur. Hinzu kommt, dass die Umwelt oft einen ähnlichen Effekt in Form von Erosion und Kavitation hat. Infolgedessen kommt es zu einem Verlust der Geräteleistung oder zumindest zu einer Verschlechterung der Betriebseigenschaften. Die folgenden Übersichten über pulverförmige Reibungs- und Anti-Reibungs-Materialien helfen Ihnen dabei, Wege zu verstehen, wie Sie unerwünschte Reibung minimieren können. Solche Materialien werden für den Einsatz in Industrieanlagen und Haush altsgeräten sowie für Bauwerkzeuge empfohlen.

Unterschiede zwischen Reibungs- und Gleitmaterialien

Die Betrachtung dieser Materialien in einem Kontext beruht auf der Tatsache, dass ihre Funktion mit der allgemeinen Eigenschaft der Funktionsweise von Mechanismen zusammenhängt - dem Reibungskoeffizienten. Aber wenn Gleitelemente und Additive dafür verantwortlich sind, diesen Wert zu senken, dann erhöhen ihn im Gegenteil Reibungselemente. In diesem Fall beispielsweise Pulverlegierungen mit erhöhterReibungskoeffizient bieten Verschleißfestigkeit und mechanische Festigkeit der Zielarbeitsgruppe. Um solche Eigenschaften zu erreichen, werden in die Zusammensetzung der Reibungsrohstoffe feuerfeste Oxide, Bor, Siliziumkarbide usw. eingebracht Im Gegensatz zu Wälzelementen stellen Reibungselemente oft vollwertige Funktionsorgane in Mechanismen dar. Dies können insbesondere Bremsen und Kupplungen sein.

Mit den Aufgaben der Reibungserhöhung erfüllen sie gleichzeitig spezifische technische Aufgaben. Gleichzeitig werden sowohl Reibungs- als auch Gleitmaterialien vor der Verwendung strengen Labortests unterzogen. Die gleichen Legierungen für Bremsen werden umfassenden und Prüfstandstests unterzogen, bei denen die Zweckmäßigkeit ihrer Anwendung in der Praxis ermittelt wird. Die technologisch fortschrittlichsten Reibmaterialien aus Polymeren werden heute durch verschiedene Verfahren hergestellt. Für die Mechanismen der Bremsgruppe wird also die Presstechnik verwendet - Blöcke, Platten und Sektoren werden auf den Formen hergestellt. Bandmaterialien werden in Webtechnik hergestellt, Overlays werden durch Walzen hergestellt.

Eigenschaften von Gleitmaterialien

Teile mit Wälzfunktion müssen eine Vielzahl von Anforderungen erfüllen, die ihre grundsätzliche Leistungsfähigkeit bestimmen. Zunächst einmal muss das Material sowohl mit dem Gegenstück als auch mit der Arbeitsumgebung kompatibel sein. Unter Verträglichkeitsbedingungen vor und nach dem Einlaufen sorgt das Material für die erforderliche Reibungsminderung. Hier ist das Einfahren als solches zu beachten. Diese Eigenschaft definiert die Fähigkeit des Elements, die Oberflächengeometrie auf natürliche Weise anzupassen.unter der optimalen Form, die für einen bestimmten Einsatzort geeignet ist. Mit anderen Worten, eine zusätzliche Struktur mit Mikrorauhigkeiten wird aus dem Teil entfernt, wonach das Einlaufen Arbeitsbedingungen mit minimalen Belastungen bietet.

Verschleißfestigkeit ist auch eine wichtige Eigenschaft dieser Materialien. Anti-Reibungs-Elemente müssen eine Struktur haben, die Widerstand gegen verschiedene Verschleißarten bietet. Gleichzeitig darf das Teil nicht zu steif und hart sein, da dies die Gefahr des Festfressens erhöht, was für Anti-Friction-Material unerwünscht ist. Darüber hinaus heben Technologen eine Eigenschaft wie die Absorption fester Partikel hervor. Tatsache ist, dass Reibung in unterschiedlichem Maße zur Freisetzung kleiner Elemente - oft Metall - beitragen kann. Die reibungsarme Oberfläche wiederum hat die Fähigkeit, solche Partikel in sich selbst zu „drücken“und sie aus dem Arbeitsbereich zu entfernen.

Gleitmaterialien aus Metall

Produkte auf Metallbasis bilden das umfangreichste Elementsortiment der Antifriction-Gruppe. Die meisten von ihnen konzentrieren sich auf den Betrieb im Flüssigkeitsreibungsmodus, dh unter Bedingungen, bei denen die Lager von den Wellen durch eine dünne Ölschicht getrennt sind. Dennoch tritt beim Stoppen und Starten des Aggregats zwangsläufig der sogenannte Grenzreibungsmodus auf, bei dem der Ölfilm unter dem Einfluss hoher Temperaturen zerstört werden kann. Metallteile, die in Lagergruppen verwendet werden, können in zwei Typen unterteilt werden: Elemente mit weichenStruktur und massive Einsätze und Legierungen mit starrer Basis und weichen Einsätzen. Wenn wir über die erste Gruppe sprechen, können Babbits, Messing- und Bronzelegierungen als reibungsmindernde Materialien verwendet werden. Aufgrund ihrer weichen Struktur laufen sie schnell ein und beh alten lange ihre Ölfilmeigenschaften. Andererseits bewirken feste Einschlüsse eine erhöhte Verschleißfestigkeit bei mechanischen Kontakten mit benachbarten Elementen - beispielsweise mit der gleichen Welle.

Babbits sind eine Legierung auf Basis von Blei oder Zinn. Zur Verbesserung individueller Qualitäten können dem Gefüge auch Legierungslegierungen zugesetzt werden. Unter den verbesserten Eigenschaften können Korrosionsbeständigkeit, Härte, Zähigkeit und Festigkeit festgestellt werden. Die Veränderung der einen oder anderen Eigenschaft wird durch die verwendeten Legierungsmaterialien bestimmt. Anti-Reibungs-Babbits können mit Cadmium, Nickel, Kupfer, Antimon usw. modifiziert werden. Beispielsweise enthält ein Standard-Babbit etwa 80 % Zinn oder Blei, 10 % Antimon und der Rest ist Kupfer und Cadmium.

Bleilegierungen als Mittel zur Reibungsminimierung

Die Einstiegsklasse der Gleitlegierungen sind Blei-Babbits. Erschwinglichkeit bestimmt die Besonderheiten des Betriebs dieses Materials - in den am wenigsten kritischen Arbeitsfunktionen. Die Bleibasis bietet im Vergleich zu Zinn Babbits mit weniger hoher mechanischer Beständigkeit und geringem Korrosionsschutz. Zwar kommt es auch in solchen Legierungen nicht ohne Zinn aus - sein Inh alt schon18 % erreichen. Darüber hinaus wird der Zusammensetzung auch eine Kupferkomponente zugesetzt, die Entmischungsprozesse verhindert - eine ungleichmäßige Verteilung von Metallen unterschiedlicher Masse im Volumen des Produkts.

Die einfachsten Bleimaterialien mit Gleiteigenschaften zeichnen sich durch eine hohe Sprödigkeit aus und werden daher unter Bedingungen mit geringer dynamischer Belastung eingesetzt. Insbesondere Lager für Schienenfahrzeuge, Diesellokomotiven und Komponenten des Schwermaschinenbaus sind eine Zielnische, in der solche Materialien verwendet werden. Gleitlegierungen mit Calcium können als Modifikation von Bleilegierungen bezeichnet werden. In diesem Fall werden Eigenschaften wie hohe Dichte und geringe Wärmeleitfähigkeit festgestellt. Die Basis ist ebenfalls Blei, wird aber zu erheblichen Anteilen durch Einschlüsse von Natrium, Calcium und Antimon ergänzt. Zu den Schwachstellen dieses Materials gehört die Oxidierbarkeit, daher wird es nicht empfohlen, es in chemisch aktiven Umgebungen zu verwenden.

Wenn wir allgemein über Babbits sprechen, können wir feststellen, dass dies bei weitem nicht die effektivste Lösung zur Minimierung der Reibung ist, aber in Bezug auf die Kombination von Eigenschaften erweist es sich als vorteilhaft für den Betrieb. Dies sind Materialien, deren Antifriktionseigenschaften durch verringerte Ermüdungsbeständigkeit ausgeglichen werden können, was die Leistung des Elements verschlechtert. In einigen Fällen wird der Mangel an Festigkeit jedoch durch die Einbeziehung von Stahl- oder Gusseisenrümpfen in das Design kompensiert.

Eigenschaften von Bronze-Gleitlegierungen

Physikalische und chemische Eigenschaften von Bronzewerden organisch mit den Anforderungen an Gleitlegierungen kombiniert. Insbesondere dieses Metall bietet ausreichende Indikatoren für den spezifischen Druck, die Fähigkeit, unter Stoßbelastung zu arbeiten, hohe Lagerdrehzahlen usw. Aber auch die Wahl von Bronze für bestimmte Funktionen hängt von seiner Marke ab. Das gleiche Format für den Betrieb von Linern unter Stoßbelastung ist für die Marke BrOS30 akzeptabel, wird jedoch für BrAZh nicht empfohlen. Auch hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften gibt es Unterschiede in der Klasse der Bronzewerkstoffe. Diese Gruppe von Qualitäten hängt von der Art der Schnittstelle mit gehärteten Wellen und von der Verwendung eines Zapfens ab, der eine zusätzliche Härtung aufweisen kann. Und wieder ist es unmöglich, über die Festigkeit der Legierungsstruktur zu sprechen.

Bronzegegenstände können auch Zinn, Messing und Blei enth alten. Wenn gleichzeitig alle aufgeführten Metalle als Basis für Babbitt verwendet werden können, werden kupferbasierte Gleitmaterialien äußerst selten verwendet. In diesem Fall fungiert die Kupferkomponente häufig als derselbe Zusatzstoff mit einem Anteilsverhältnis von 2–3 %. Zinn-Blei-Kombinationen von Einschlüssen werden als optimal angesehen. Sie stellen eine ausreichende Leistung der Legierung als Antifriktionskomponente bereit, obwohl sie im Hinblick auf die mechanische Festigkeit gegenüber anderen Zusammensetzungen verlieren. Kombinierte Bronzematerialien werden bei der Herstellung von Massivlagern für Elektromotoren, Turbinen, Kompressoreinheiten und andere Einheiten verwendet, die mit hohem Druck und niedriger Gleitgeschwindigkeit arbeiten.

PulverReibmaterialien

Diese Materialien werden in Zusammensetzungen verwendet, die für Getriebe- und Bremseinheiten von Raupenfahrzeugen, Automobilen, Werkzeugmaschinen, Baumechanismen usw. bestimmt sind. Fertigprodukte auf Basis von Pulverkomponenten werden in Form von Sektorbelägen, Scheiben und Belägen hergestellt. Gleichzeitig werden die Ausgangsmaterialien für Pulverlegierungen vom Antifriktionstyp durch die gleiche Nomenklatur gebildet wie im Fall von Reibungskomponenten - Eisen und Kupfer werden am häufigsten verwendet, aber es gibt auch andere Kombinationen.

Zum Beispiel Materialien aus Aluminium und Zinnbronzen, zu denen Graphit und Blei gehören, manifestieren sich effektiv in Reibungsbedingungen bei einer Gleitgeschwindigkeit von Teilen in der Größenordnung von 50 m/s. Übrigens, wenn Lager mit einer Geschwindigkeit von 5 m/s laufen, können Metallpulverprodukte durch Metall-Kunststoff-Rohstoffe ersetzt werden. Dies ist bereits ein reibungsmindernder Verbundwerkstoff mit flexibler Arbeitsstruktur und reduzierter Festigkeit. Am vorteilhaftesten für den Einsatz bei erhöhten Belastungen sind Materialien aus Eisen und Kupfer. Als Additive werden Graphit, Siliziumoxid oder Barium verwendet. Der Betrieb dieser Elemente ist bei einem Druck von 300 MPa und einer Gleitgeschwindigkeit von bis zu 60 m/s möglich.

Pulvergleitmaterialien

Gleitmittel werden auch aus pulverförmigen Rohstoffen hergestellt. Sie zeichnen sich durch hohe Verschleißfestigkeit, niedrigen Reibwert und schnelles Einlaufen auf die Welle aus. Außerdem haben reibungsmindernde Pulverwerkstoffe gegenüber reibungsminimierenden Legierungen eine Reihe von Vorteilen. Es genügt zu sagen, dass ihre Verschleißfestigkeit im Durchschnitt höher ist als die der gleichen Babbits. Die durch die Metallpulver gebildete poröse Struktur ermöglicht eine effektive Imprägnierung mit Schmiermitteln.

Hersteller haben die Möglichkeit, Endprodukte in unterschiedlichen Formen zu formen. Dies können Rahmen- oder Matrizenteile mit Zwischenkavitäten sein, die mit anderen erweichten Rohstoffen gefüllt sind. Im Gegenteil, in manchen Bereichen sind Gleitpulverwerkstoffe mit weicher Rahmenbasis gefragter. In speziellen Waben sind feste Einschlüsse unterschiedlicher Dispersionsgrade vorgesehen. Diese Qualität ist gerade im Hinblick auf die Möglichkeit der Regulierung der Parameter, die die Reibungsintensität der Teile bestimmen, von großer Bedeutung.

Antifriktionspolymermaterialien

Moderne polymere Rohstoffe ermöglichen neue technische und betriebliche Qualitäten für reibungsmindernde Teile. Als Basis können sowohl Verbundlegierungen als auch Metall-Kunststoff-Pulver verwendet werden. Eines der Hauptunterscheidungsmerkmale solcher Materialien ist die Fähigkeit, Additive gleichmäßig in der Struktur zu verteilen, die später die Funktion eines Festschmierstoffs übernehmen. Graphite, Sulfide, Kunststoffe und andere Verbindungen sind in der Stoffliste aufgeführt. Die Arbeitseigenschaften von Polymer- und Antifriktionsmaterialien konvergieren weitgehend auf der Basisebene ohne die Verwendung von Modifikatoren: Dies ist ein niedriger Reibungskoeffizient und eine Beständigkeit gegen chemisch aktive Medien undMöglichkeit des Betriebs in Gewässern. Apropos einzigartige Eigenschaften, Polymere können ihre Aufgaben auch ohne Verstärkung mit einem speziellen Gleitmittel erfüllen.

Aufbringen von Gleitmaterialien

Die meisten Wälzelemente sind zunächst für den Einsatz in Lagergruppen ausgelegt. Darunter sind Teile, die die Verschleißfestigkeit erhöhen sollen, und Komponenten, die das Gleiten verbessern. Im Maschinen- und Werkzeugmaschinenbau werden solche Produkte bei der Herstellung von Motoren, Kolben, Kupplungseinheiten, Turbinen usw. verwendet. Hier sind die Basis der Verbrauchsmaterialien Gleitmaterialien von Gleitlagern, die in die Struktur von Laufen und Stehen eingebracht werden Ausrüstung.

Auch die Baubranche kann auf eine Wälzfunktion nicht verzichten. Mit Hilfe solcher Teile werden Ingenieurkonstruktionen, Montagekonstruktionen und Mauerwerksmaterialien verstärkt. Im Eisenbahnbau werden sie beim Einbau von Strukturelementen von Schienenfahrzeugen verwendet. Weit verbreitet ist auch der Einsatz von Gleitwerkstoffen auf Polymerbasis, die beispielsweise als Verbindungskonstruktion von Riemenscheiben, Zahnrädern, Riementrieben etc. ihren Platz finden.

Schlussfolgerung

Die Aufgabe, Reibung zu reduzieren, mag nur auf den ersten Blick zweitrangig und oft optional erscheinen. Die Verbesserung von Schmierflüssigkeiten ermöglicht es tatsächlich, einige Mechanismen von technischen Hilfselementen loszuwerden, die den Verschleiß der Hauptarbeitsgruppe reduzieren. Ein Übergangsglied von der Klassikbabbitt zu einem modifizierten Hochleistungs-Schmiermittel kann man Polymer-Gleitwerkstoffe nennen, die sich durch eine weichere Struktur und Vielseitigkeit in Bezug auf die Arbeitsbedingungen auszeichnen. Der Betrieb von Metallteilen unter hohem Druck und physikalischen Einwirkungen erfordert jedoch immer noch den Einbau von Festkörper-Antifriktionsauskleidungen. Darüber hinaus wird diese Materialklasse nicht nur nicht der Vergangenheit angehören, sondern entwickelt sich auch durch die Verbesserung der Eigenschaften von Festigkeit, Härte und mechanischer Stabilität.