Неметаллические материалы

Значительное место в промышленности занимают различные неметаллические материалы – пластмассы, керамика, резина. Их производство и применение развивается в настоящее время опережающими темпами по сравнению с металлическими материалами. Но использование их в промышленности невелико. Достоинствами неметаллических материалов является высокая механическая прочность, высокие электроизоляционные характеристики, оптическая прозрачность, высокая эластичность, химическая стойкость, морозостойкость, износостостойкость. Недостатками же является низкая твердость, низкая ударная вязкость, склонность к старению.

Теперь каждую группу материалов рассмотрим с точки зрения применимости для изготовления подшипника скольжения и подберем ориентировочный химический состав.

Чугуны. Антифрикционные чугуны имеют высокую изностойкость и хорошие литейные свойства. По сравнению с антифрикционными сплавами цветных металлов (баббитом и бронзой) чугун имеет значительно меньшую стоимость, но несколько худшую прирабатываемость, что приводит к ограничению допустимых скоростей скольжения и удельных давлений. В группе антифрикционных чугунов предлагается выбрать высокопрочный чугун с перлитной основой (количество связанного углерода 0,8%) [1, с.323].

Баббиты. Из-за дороговизны олова, считаем разумным обратиться к группе оловяносвинцовых баббитов (на основе свинца). Для предотвращения ликвации при литье из-за различия плотности олова, свинца и более легкой сурьмы в свинцовые баббиты вводят добавки меди. Предлагается ввести количество олова – 15-17%, сурьмы – 15-17%, свинца – 69- 64%, меди – 1-2% [1, с.324].

Бронзы. Прочность и твердость бронз возрастает с увеличением массовой доли олова, достигая максимума при 20-25%. Иначе обстоит дело с пластичностью, с увеличением массовой доли олова до 5-7% пластичность возрастает, а затем резко падает. Оптимальный верхний предел массовой доли олова – 6-10%. Для нашей работы подойдут оловянные литейные бронзы, т.к. они обладают высокими механическими, антифрикционными свойствами, хорошо обрабатываются резанием, имеют самую низкую линейную усадку, хотя достаточно дорогие из-за содержащегося олова. Из-за большого интервала кристаллизации оловянные бронзы имеют невысокую жидкотекучесть. По этой причине в них не образуется концентрированная усадочная раковина, а возникает рассеянная мягкая пористость, что понижает герметичность отливок, но в то же время дает возможность получать отливки без прибылей и иметь высокий выход годного металла (80-90%). Литейные бронзы имеют самую низкую усадку среди всех сплавов (0,8% при литье в землю, 1,4% при литье в кокиль) [1, с 343].

Алюминиевые сплавы. По всем показателям из всего многообразия групп алюминиевых сплавов выбираем группу антифрикционных. ГОСТ 14113-78 распространяется на алюминиевые антифрикционные сплавы, предназначенные для изготовления монометаллических и биметаллических подшипников – методом литья, полос и лент – методом прокатки с последующей штамповкой из них вкладышей. По сравнению с баббитами более дешевые алюминиевые антифрикционные сплавы отличаются меньшей плотностью, более высокой теплопроводностью и прочностью.Важным достоинством сплавов является их высокая технологичность (антифрикционные детали можно изготавливать литьем, прессованием, прокаткой с последующей штамповкой полуфабрикатов и т.д.) и коррозионная стойкость при работе в масляных средах. Недостатком алюминиевых антифрикционных сплавов является высокий коэффициент теплового расширения (примерно в 2 раза выше, чем у стали). Это вызывает определенные трудности при изготовлении и сборке подшипников. Поэтому сборка подшипников из алюминиевых сплавов производится особенно тщательно с зазором больше обычного (до 0,1 мм). При невыполнении этих требований зазор может исчезнуть и наступит преждевременное заедание.

В зависимости от химического состава делятся на 2 группы:

1 группа: сплавы алюминия с медью, сурьмой, никелем, магнием и др. Основой в этой группе выступает мягкий алюминий, твердой фазой – частицы химические соединения – AlSb, CuAl₂, NiAl₃. Предлагается ввести количество сурьмы 3,5-6,5%, магния – 0,3-0,7%, алюминия – 96,2-92,8%.

2 группа: сплавы алюминия с оловом. Основой выступает олово, образуя мягкие прослойки на границах твердых зерен алюминия. Рекомендуется для заданных условий работы выбрать количество олова 17-23%, меди – 0,7-1,2%, алюминия – 82,3-75,8% [1, с.344].

Пластмассы. Характерные свойства пластмасс: низкая плотность, высокая коррозионная стойкость, низкая теплопроводность, большое тепловое расширение, умеренная прочность, невысокая теплостойкость, изменчивость свойств (подвержены процессу старения). Для изготовления подшипников скольжения применяют пластмассы на древесной или хлопчатобумажной основе, они могут работать при водяной смазке. Поэтому их применяют в гидротурбинах и насосах в химическом машиностроении и т.п. Благодаря высокой упругости пластмасс подшипники выдерживают ударные нагрузки и могут компенсировать износ цапфы. Хорошо зарекомендовали себя пластмассы типа капрона и др. Тонкий слой этих пластмасс наносят на рабочую поверхность металлического вкладыша. Как показывают исследования, такие вкладыши менее чувствительны к нарушению смазки и выдерживают значительные нагрузки [3, с. 675]. К сожалению, положительные свойства этого вида материала, непригодны для нашей детали (средние нагрузки, небольшой процент ударных нагрузок).

Дата добавления: 2015-12-07