A szinterezési folyamat hatása a súrlódási és kopási jellemzőire
Absztrakt:A PTFE - bronzpor - az acél egy széles körben használt háromrétegű önkenő csapágyanyag, jó súrlódás- és kopásállósággal. A szinterezési paraméterek tribológiai tulajdonságaira gyakorolt hatásait tárgyaljuk. Az eredmények azt mutatják, hogy ez a kompozit csapágyanyag az optimális tribológiai tulajdonságokkal rendelkezikpAlacsonyabb súrlódási együtthatójú és kisebb kopású tulajdonságok, 372 ±4 fokos hőmérsékleten szinterezve.
Kulcsszavak:önkenő csapágy; PTFE; súrlódás és kopás; szinterezési technológia
1 Általános
Az önkenő kompozit anyagok olajmentes kenési körülmények között is működhetnek, és könnyen karbantarthatók, ezért széles körben használják különféle mechanikai berendezésekben. A politetrafluor-etilén (PTFE) háromrétegű kompozit önkenő kompozit (külföldön DU anyagnak nevezik, szerkezetét lásd az 1. ábrán) acéllemezt veszi mátrixként, szinterezett rézport közbenső rétegként, és a felületi réteg PTFE. Az acéllemezt alapként vagy vázként használják annak biztosítására, hogy az anyag nagy szilárdsággal és teherbíró képességgel rendelkezzen; A rézpor pórusréteg hővezető szerepet játszik és műanyagokat tartalmaz; A műanyag réteg kenőanyagként működik. Ezért a PTFE háromrétegű kompozit önkenő kompozit anyagának nemcsak kenési funkciója van, hanem olyan kiváló tulajdonságokkal is rendelkezik, mint a nagy szilárdság, nagy teherbírás, jó kémiai tehetetlenség, hőstabilitás és alacsony súrlódási együttható. Kiküszöböli a PTFE hiányosságait, mint például az alacsony keménység, a nagy kopás és a gyenge teherbírás, ha egyedül használják.
{{0}} PTFE és töltőanyag keveréke (0.01-0,05 mm);
{{0}} Gömb alakú bronzpor (0,2~0,3 mm);
{{0}} Acél hátlap (0.7- 2,3 mm)
1. ábra A három réteg csapágyanyagból álló szerkezet keresztmetszeti fotója
A PTFE háromrétegű kompozit önkenő csapágyanyagok tribológiai tulajdonságait számos tényező befolyásolja, mint például az anyagösszetétel, a szinterezési folyamat, az üzemi körülmények stb. Jelenleg sok kutatás folyik a PTFE önkenő hatásáról. A csapágyanyag képlete a súrlódási és kopási tulajdonságaira vonatkozóan, de a szinterezési hőmérsékletnek a PTFE önkenő csapágyanyag tribológiai és mechanikai tulajdonságaira gyakorolt hatásának kutatásáról ritkán számolnak be.
Ebben a cikkben a különböző szinterezési folyamatok során, száraz súrlódási körülmények között szinterezett PTFE önkenő csapágyanyagok súrlódási és kopási tulajdonságait szisztematikusan tanulmányoztuk HDM - 20 végfelületi súrlódási és kopásvizsgálóval.
2 Szinterezési folyamat
A PTFE önkenő csapágyanyag lemezek szinterezése JHN - nitrogénvédelmi szinterező kemencében történik. A szinterezés során a programvezérlés és a szekciófűtés módszerét alkalmazzák, hogy megakadályozzák a felületi műanyag réteg megrepedezését a túlzott hőmérséklet-emelkedés miatt. A szinterezés főként a módosított PTFE lágyítására, reformálására és a rézporréteggel való szilárdan összekapcsolására szolgál. A PTFE olvadáspontja 327 fok, de gyenge folyékonysága miatt a műanyag részecskék nem olvadhatnak össze egymással az olvadásponti hőmérsékleten; Az áteresztőképesség is gyenge, és nem válik "pasztaszerűvé" (folyékony halmazállapotúvá) magas, körülbelül 400 fokos hőmérsékleten. Amikor a hőmérséklet meghaladja a 400 fokot, a gyanta bomlásnak indul. A hőmérséklet ismételt emelkedésével a bomlás felerősödik, és néhány mérgező gáz szabadul fel. Nem lágyítható lágyító hozzáadásával, és nem oldható fel szobahőmérsékleten oldószerrel. Ezért az általános hőre lágyuló alakítási módszer nem használható, és csak a porkohászati hidegsajtolásos szinterezési módszer használható. A jó szinterezési lágyító hatás elérése érdekében a tényleges szinterezési hőmérsékletnek sokkal magasabbnak kell lennie, mint a PTFE olvadáspontjának hőmérséklete; Annak érdekében, hogy a PTFE a rézporréteggel egyenletesen és szilárdan kötődjön jelentős bomlás nélkül, általában a szinterezési időnek elég hosszúnak kell lennie, és a hőmérsékletnek nem szabad túl alacsonynak vagy túl magasnak lennie. A fenti két feltétel mellett hat szinterezési hőmérsékletgörbe-készletet állítottak be (a 2. ábrán látható módon). Az első szakasz szobahőmérséklettől 200 fokig, a második szakasz pedig 200 foktól a PTFE olvadáspontja 327 fokig tart. A hetedik szakasz végső szinterezési hőmérséklete 360, 364, 368, 372, 376 és 380 fok tartófűtés tartó fűtés tartófűtés révén. Szinterezés után a kemencében lehűtjük (8. szakasz).
2. ábra Szinterezési hőmérsékleti görbe
3 Súrlódási és kopási teszt
A csapágyanyagok tribológiai teljesítménytesztjét a HDM - 20 végfelületi súrlódásmérőn végezzük, amely képes folyamatos folyamatdetektálást és dinamikus adatfeldolgozást megvalósítani, megkönnyíti a teszt valós idejű és kvantitatív kiértékelését, és időben elvégezni néhány hibaelhárítás és korai figyelmeztetés. Képes automatikus betöltést megvalósítani, és automatikusan beállítani a sebességet az előre beállított sebességspektrumnak megfelelően; A súrlódási nyomatékot, a súrlódási hőmérséklet emelkedési terhelést, a lineáris sebességet és a súrlódási együtthatót a teljes vizsgálati folyamat során folyamatosan és automatikusan kell mérni és rögzíteni; A mért jelet továbbítsa a számítógépnek automatikus adatfeldolgozás és rögzítés céljából.
A súrlódási pár érintkezési módja a 3. ábrán látható: a tesztben a felső minta (kopóalkatrészpár) a vizsgálógép szabványos gyűrűs mintája (belső átmérő 22 mm, külső átmérő 30 mm), 45 acélból , Ra=0,8 μm; Az alsó minta a csapágyanyag minta, amely kör alakú. Minden vizsgálat előtt törölje le a felső és alsó mintát acetonos vattakoronggal, és polírozza le a felső mintákat 500 #-os metallográfiai csiszolópapírral; Végezze el ugyanazt a tesztet 5 alkalommal, és vegye ki az átlagértéket. Elegendő időköznek kell lennie két szomszédos vizsgálat között, mert egy vizsgálat után a kopó alkatrészeket és az alsó mintákat szobahőmérsékletre kell hűteni a magas súrlódási melegítési hőmérséklet miatt, hogy elkerüljük a vizsgálati eredményekre gyakorolt hatást az eltérő kezdeti vizsgálati hőmérsékletek.
3. ábra Az érintkezési mód és a súrlódási pár kopásjelének sematikus diagramja
A vizsgálatot száraz súrlódás mellett, rögzített lineáris sebességgel, lépésről lépésre történő terhelés mellett végezzük. Minden vizsgálat előtt a mintát előpréselni kell, hogy kiküszöböljük a szinterezési folyamat során előforduló felületi érdesség vizsgálati eredményekre gyakorolt hatását.
A lineáris sebesség v{0}},8 m/s, a P terhelés kezdeti értéke 1000 N, és a terhelés lépésről lépésre automatikusan betöltődik. 5 percenként egy terhelés kerül hozzáadásra, és a terhelési amplitúdó 250 N (az automatikus terhelési görbét lásd a 4. ábrán). Állítsa a riasztási hőmérsékletet 175 fokra, és a teszt automatikusan leáll, ha a hőmérséklet meghaladja ezt a hőmérsékletet.
4. ábra Automatikus terhelési görbe
A kopás mértéke a kopás mértékével jellemezhető. Ebben a cikkben a kopás mértékét a kopási heg mélysége jelenti. A kopási heg mélységét felületi profilozóval kell megmérni. Mérés előtt tisztítsa meg a minta kopásnyomának felületét acetonos vattakoronggal, hogy a szennyeződések ne kerüljenek bele és befolyásolják a mérési eredményeket.
4 A vizsgálati eredmények elemzése
4.1 A súrlódási jellemzők elemzése
Átlagolja ugyanazon mintacsoport adatait azonos vizsgálati körülmények között, és rajzolja meg a görbét az 5. ábrán látható módon. Az 5. ábrán látható, hogy a szinterezett anyagok görbéje különböző, 360-380 fokos körülmények között viszonylag konzisztens tendenciát mutat. a terhelés változásával, és a súrlódási tényezőnek nincs nagy ingadozása, és kicsi a különbség. A szinterezett anyagok súrlódási tényezője 360 fokban valamivel kisebb. Az 5. ábrán látható, hogy a dinamikus súrlódási együttható a terhelés növekedésével csökken. Ennek oka elsősorban a súrlódó felület valódi érintkező részének domború csúcsainak egymásba préselése nagy egységnyomás alatt. Ugyanakkor az egymással érintkező felületi molekulák is vonzóak. Ezért a súrlódási folyamat valójában a szubmikroszkópos felületi csúcsok mechanikai hálójának leküzdésének folyamata.
A 6. ábra a szinterezett anyagok különböző súrlódási együtthatóinak görbéit mutatja különböző szinterezési hőmérsékleteken azonos terhelés mellett. A szinterezési hőmérséklet és a súrlódási együttható közötti összefüggésből a 6. ábrán látható, hogy az anyagok súrlódási tényezői különböző szinterezési hőmérsékleteken, azonos terhelési feltételek mellett 360-380 fokban, alapvetően egyenes vonalban alig térnek el.
5. ábra A súrlódási tényező és a terhelés kapcsolata
6. ábra: A súrlódási tényező és a szinterezési hőmérséklet kapcsolata
4.2 A szinterezési folyamat paramétereinek hatása a kopásra
A mérési eredmények alapján megrajzoljuk a kapcsolatot a kopás mértéke és a szinterezési hőmérséklet között (7. ábra). A 7. ábra hat anyagcsoport átlagos kopási mennyiségének összehasonlítását mutatja (minden anyagcsoport hat, az előre beállított szinterezési eljárás szerint szinterezett lemezre vonatkozik, minden lemezről öt mintát veszünk, egy lemezről pedig egy mintacsoportot veszünk ). Az ábrán látható, hogy alacsonyabb szinterezési hőmérsékleten nagyobb a kopás mértéke. A szinterezési hőmérséklet fokozatos emelkedésével a kopás mértéke fokozatosan csökken, és a szinterezési hőmérséklet ismételt emelkedésével a kopás mértéke nagyobb lesz. Alacsonyabb szinterezési hőmérsékleten előfordulhat, hogy a PTFE anyag nem jut be teljesen a gömb alakú rézpor résébe, és szilárdan egyesül a rézporral, így nagyobb kopást mutat (például A, B anyagok); Amikor a szinterezési hőmérsékletet fokozatosan egy megfelelő hőmérsékleti tartományra emeljük, a PTFE önkenő csapágyanyagok makromolekuláris láncai szorosan össze vannak kötve, így az anyag felülete viszonylag kemény lesz. A transzferfólia kialakítása után a PTFE és a PTFE közötti súrlódás hosszú ideig fennmarad, így csökken a kopás (például C, D, E anyagok); Miután a szinterezési hőmérséklet túl magas, a PTFE önkenő csapágyanyag felülete túl kemény ahhoz, hogy transzfer filmet képezzen. A súrlódás és a kopás során a PTFE réteg könnyen lefejthető, ami súlyosbítja a kopást. Ezenkívül a magas hőmérséklet a felületi anyag karbonizálódásához, a makromolekulák rugalmasságának elvesztéséhez vezet, és kemény és törékeny szilárd anyaggá válik, amely nagyon könnyen repedhet, és könnyen megnövekedett kopáshoz vezethet (például F anyag). .
(Teszt sebesség v=0.8 m/s; terhelés F=2500 N; futási idő T=30 perc)
7. ábra A kopás mértéke és a szinterezési hőmérséklet kapcsolata
4.3 Átfogó értékelés
A fenti súrlódási és kopási elemzésből látható, hogy amikor a szinterezési hőmérséklet 360-380 fok, a PTFE önkenő csapágyanyag lemezek súrlódási tényezője nincs jelentős különbséggel, de a kopás mértéke nagy különbséggel rendelkezik, és a a 372 fokos szinterezett lemezek kopása a legkisebb. Mind a súrlódást, mind a kopást tekintve a 372 fokban szinterezett lemez teljesítménye a legjobb.
5 Következtetés
(1) A szinterezési folyamat paramétereinek megválasztása nagy hatással van a PTFE önkenő csapágyanyagok súrlódási tényezőjére és kopási mértékére, amelyet elsősorban a PTFE önkenő csapágyanyagok szinterezési jellemzői határoznak meg.
(2) E tanulmány körülményei között a PTFE önkenő csapágyanyag szinterezési hőmérséklete 372 ± 4 fok, és a szinterezéssel kialakított kompozit lemez rendelkezik a legjobb átfogó súrlódási és kopási jellemzőkkel.
További információ Marginális Maga - Kenőcsapágyak:
Az önkenő csapágyak és perselyek speciális gyártójaként a Marginal Bearing az új önkenő csapágyanyagok kutatásával és gyártásával foglalkozik.
Az önkenő csapágyak, ahogy a neve is sugallja, saját kenést biztosítanak működés közben anélkül, hogy zsírt vagy olajos kenőanyagot kellene alkalmazni. Emiatt az önkenő csapágyakat karbantartásmentes vagy zsírmentes csapágynak is nevezik, mivel nem igényelnek utánkenést vagy zsírt.
Fontos különbséget tenni, hogy az önkenő csapágyak nem olyan csapágyak, amelyeket előzetesen zsírral vagy olajos kenőanyaggal kell felvinni.– ezeket a csapágyakat ehelyett előkenett csapágyaknak nevezik. Az előzsírozott csapágyakat élettartamuk egy pontján újra kell kenni.
Az önkenő csapágyak úgy működnek, hogy a csapágy csúszórétegébe kenőanyagot impregnálnak. Ez a kenőanyag lehet folyékony (olaj) vagy szilárd (grafit, MoS2, ólom) az alkalmazás követelményeitől függően (például üzemi hőmérséklet). A csapágy működése közben a kenőanyag a csúszóréteg pórusain keresztül szabadul fel, megkenve a csapágyfelületet. A kenőanyag egyenletesen oszlik el a csúszórétegben, így nem csökken az alacsony súrlódású csapágyak teljesítménye, még akkor sem, ha a csúszóréteg elhasználódik. A"befutó" A felület általában a csúszóréteg tetején is található, hogy alacsony súrlódású csapágyteljesítményt biztosítson az indításkor, mielőtt az impregnált kenőanyag elérné a csapágyfelületet.
