7.8. Фрикционные материалы Тормозные устройства из фрикционных материалов предназначены для превращения кинетической энергии движущихся масс в теплоту при сохранении их работоспособности. Фрикционные материалы разработаны для различных условий эксплуатации для весьма легких (температура на поверхности трения до
100 С, легких (до 250 С, средних (до 600 С, тяжелых и сверхтяжелых (до 1000 Си более.
185 Для легких условий эксплуатации используются стали, чугуны и бронзы. Для устройств, работающих в условиях эксплуатации средней тяжести, применяются асбофрикционные испеченные на основе бронз материалы. Для тяжелых и сверхтяжелых условий – спеченные материалы на железной основе, углеродные или графитовые волокна в углеродной матрице. Фрикционные материалы разделяются на две группы металлические и неметаллические. В тяжелых условиях эксплуатации при работе без смазки наиболее износостойкими являются легированные чугуны. Например, срок службы тормозных колодок железнодорожного транспорта из чугуна с содержанием фосфора до 3 % по сравнению с серым чугуном, не содержащим фосфора, увеличивается на 12 %. При этом интенсивность износа колес уменьшается. Перспективно использование спеченных фрикционных материалов на основе железа и меди. Из материалов на железной основе наибольшее распространение получили материалы, приведенные в табл. Таблица 24 Состав и свойства фрикционных материалов на железной основе Материал Состав, % Другие добавки в сж Износ заодно торможение, мкм Fe Cu Ni C Асбест НВ МПа ФМК–8 45 – 25 7 – – Cr, W, Cu 2 S 60 –90 9–100 450–500 5 –8 ФМК–11 64 15 – 9 3 3 BaSO 4 80 –100 50–70 300–350 16 МКВ–50А 64 10 – 8 – 3 FeSO 4 , SiC, B 4 C 8 –100 30–40 150–210 6 СМК–80 48 23 – – – – Mn, BN, B 4 C SiC, M 0 S 2 8 –100 – 200–250 1,25 Фрикционные спеченные материалы на основе меди широко используются при работе без смазки. В табл. 25 приведены некоторые марки фрикционных материалов на медной основе. В тормозах железнодорожного транспорта широкое применение имеют асбофрикционные материалы, главным компонентом которых является хризотил-асбест (ГОСТ 18711-97). Асбест способствует очищению поверхности трения от загрязнений. В качестве армирующих компонентов используются шлаковая или минеральная вата стеклянные, базальтовые, углеродные и другие волокна. В качестве наполнителей применяются седрик, баритовый концентрат, оксиды хрома, глинозем, каолин, мели др. 186 Таблица 25 Состав фрикционных материалов на медной основе, % Cu Sn Pb Fe C графит) Асбест Другие добавки 68…76 8…10 7…9 3…5 6…8 – – – 60…75 6…10 20 5 1…8 – – Ti, V, Si, As, M 0 S 2 18 2 3 3 3 30 – 40 стеклянной фриты, сульфида алюминия 68…86 5…10 5…10 2 4…8 3 3 Ni 75 8 5 4 1 …20 – – Si, Zn Связующими в таких материалах являются каучуки и смолы, а также их комбинации. Наибольшее распространение нашли бутадиеновые (СКБ, СКБСР, СКД), бутадиен-нитрильные (СКН-26 ми другие. Используется и натуральный каучук. Фрикционные асбополимерные материалы крепятся к металлическому каркасу различными способами механически (заклепки, винты, болты, приклеиванием, приформовыванием в процессе изготовления. В связи стем, что асбест небезопасен для здоровья, в настоящее время ведутся исследования по созданию безасбестовых фрикционных материалов. Одним из возможных заменителей асбеста в перспективе является высокопрочное и теплостойкое волокно кевлар, нашедшее применение за рубежом. Износостойкость фрикционных колодок с кевларом может быть выше асбестовых при сохранении стабильных характеристик при высоких температурах. 7.9. Припои Припоями называются присадочные металлы или сплавы предназначенные для заполнения зазора между соединяемыми поверхностями изделий в процессе пайки. Они обладают более низкой температурой плавления, чем материал соединяемых деталей. Припои подразделяются на две группы
– мягкие, имеющие температуру плавления менее 300 С (сплавы на основе Sn, Pb с добавками Cd, Bi и др
– твердые, с температурой плавления более 300 Си отличающиеся высокой прочностью (сплавы на основе Cu, Ag, Ni, Zn). На практике припои выбираются согласно типу паяемого металла или металлов ( если они разнородны, требуемой механической прочности, коррозионной стойкости, удельной электропроводности, стоимости.
187 Название припоя определяется металлами, которые входят в него в наибольшем количестве. В случае содержания в припоях драгоценных металлов название происходит от этих металлов. Маркировка припоев начинается с буквы П – припой. Далее следуют наименования входящих основных элементов по первой букве их названия О – олово, Су – сурьма, С – свинец, А – алюминий, Ср – серебро, Н – никель, Пд – палладий, Ин – индий, М – медь, Зл – золото, Г – германий, Кр – кремний, Ви – висмут, К – кадмий, Т – титан. После букв идут цифры, указывающие процентное содержание элементов. Для получения хорошего соединения, припой должен иметь более низкую температуру плавления, чем металл. В расплавленном состоянии он должен хорошо смачивать поверхности. В этих случаях используются припои на основе олова, свинца, цинка, серебра. Например, в приборостроении для низкотемпературной пайки используются оловян- но-свинцовые и оловянно-цинковые припои (ГОСТ 21931-76). Сплавы олова и цинка имеют самую низкую температуру плавления из всех сплавов этой системы (199 С. Сплавы ПОЦ-70, ПОЦ-60, ПОЦ- 40 используются для пайки алюминия и его сплавов. В тех случаях когда требуется очень низкая температура нагрева менее 100 С) применяются сплавы висмута со свинцом. Припои для высокотемпературной пайки обеспечивают более прочные соединения, чем для низкотемпературной, так как вследствие высокой температуры нагрева происходит взаимная диффузия элементов основного металла и припоя. Так для пайки наружных деталей и сборочных единиц электровакуумных приборов из меди и ее сплавов, нержавеющей и углеродистой стали используются твердые серебряные припои ПСр-2,5; ПСр-3; ПСр-15; ПСр-40; ПСр-45. Для латунных соединений, не подвергаемых ударным нагрузкам, применяется медно-цинковый припой ПМц-3. Твердые медно-фосфорные припои (ПМФ1, ПМФ2, ПМФ3) используются для пайки медных, латунных и бронзовых деталей работающих в условиях небольших статических нагрузок. Пайка алюминия и его сплавов производится специально разработанными для этой цели припоями и флюсами. Основным препятствием припайке алюминия является пленка оксида, мгновенно образующаяся при ее удалении механическим способом. Для пайки алюминия применяются мягкие (АВИА1 и АВИА2) и твердые ПАПА, ПСИЛО) припои. Припайке мягкими припоями поверхность алюминия предварительно покрывается никелем. Для исключения окисления кислородом воздуха припоев и металла соединяемых деталей вовремя пайки используются вспомогательные вещества, которые называются флюсами. Последние должны иметь 188 температуру плавления на 50…100 С ниже температуры плавления припоя, хорошо растекаться по поверхности основного металла и припоя, не изменять своего состава припайке, легко удаляться с поверхности детали после пайки, не вызывать коррозии. Припайке и лужении мягкими припоями латуни, меди, никеля и металлов, покрытых оловом, серебром, кадмием или сплавами олово- свинец, олово-висмут, в качестве флюса используется канифоль (ФК) и флюсы на ее основе с добавлением этилового спирта. Для пайки меди, латуни, бронзы, константана, серебра, платины и ее сплавов используется флюс ФТСп на основе этилового спирта (94…95 %) с добавлением салициловой кислоты (4…4,5 %) и триэтаноламина (1…1,5 %). Припайке и лужении стали и хромоникелевых сплавов между собой ив соединении с медью и ее сплавами применяется ФДФс на основе этиленгликоля, ортофосфорной кислоты и солянокислого диэтиламина в равных пропорциях. Припайке твердыми припоями используются флюсы на основе галогенидов (хлоридов, фторидов) щелочных металлов (Li, Na, K). Контрольные вопросы 1. На какие группы подразделяются цветные металлы по физическими химическим свойствам 2. Какими основными свойствами обладают медь, титан, никель, вольфрам, молибден, хром, ванадий 3. На какие основные группы делятся алюминиевые сплавы 4. Как маркируются алюминиевые сплавы 5. Какие алюминиевые сплавы называются порошковыми 6. Какие существуют основные виды термической обработки алюминиевых сплавов 7. Назовите области применения алюминиевых сплавов. 8. Как классифицируются и обозначаются медные сплавы 9. Какие сплавы называются латунями Назовите их виды и свойства. 10. Какие сплавы называются бронзами Назовите их виды и свойства. 11. Приведите области применения сплавов на основе меди. 12. На какие группы подразделяются сплавы на основе магния, титана, никеля Каковы их характерные свойства 13. Какие материалы называются антифрикционными Назовите их характерные свойства. 14. На какие виды подразделяются антифрикционные сплавы Приведите области их использования. 189 8. НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ 8.1. Пластмассы Пластмассы – материалы на основе природных или синтетических полимеров, способные приобретать заданную форму при нагревании под давлением и устойчиво сохранять ее после охлаждения. Полимеры (от греч. polymeres состоящий из многих частей, многообразный, от poly много и meros доля, часть) – это соединения, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа регулярно или нерегулярно повторяющихся структурных единиц (звеньев) одного или нескольких типов. Различаются гомополимеры – образуемые соединением друг с другом исходных молекул одного вещества и сополимеры – когда в образовании участвует не одно исходное вещество, а два (иногда три. Пластические массы помимо полимера, могут содержать наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, пигменты, смазки и другие компоненты. Изделия из пластмасс отличаются малой плотностью, высокими диэлектрическими свойствами, хорошими теплоизоляционными характеристиками, устойчивостью к атмосферным воздействиями резким сменам температур, стойкостью в агрессивных средах, высокой механической прочностью. Они являются важнейшим конструкционным материалом современных технических устройств, в том числе и на железнодорожном транспорте. В общем случае пластмассы можно подразделить на две большие группы (рис. 90):
– термопластичные, или термообратимые (термопласты);
– термореактивные, или термонеобратимые (реактопласты).
Термопласты находят в промышленности более широкое применение и производятся в больших количествах. Они хорошо сопротивляются усталости, поэтому их долговечность выше, чему многих металлических сплавов. Однако они быстро разрушаются при знакопеременных нагрузках с частотой выше 20 Гц. При нагревании способны переходить из твердого состояния в вязкое. При охлаждении происходит обратный процесс. Эта группа пластиков находит в производстве наиболее широкое использование несмотря наряд особенностей. Они резко меняют механические свойства при изменении внешних условий и скоростей деформирования. Под нагрузкой в изделиях из термопластов развивается высо- коэластичная деформация, которая приводит к искажению размеров. При нагреве выше 20…25 С ускоряется ползучесть, растет остаточная деформация.
190 В табл. 26 приведены свойства некоторых марок термопластов.
Пластмассы
Термопласты
Реактопласты
Полиэтилен
Фторопласты
Полистирол
Поливинилхлорид
Органическое стекло
Акрилат
Плексиглас
Полиамиды
Поликарбонаты
Ацетали
Полифениленоксиды
Насыщенные полиэфиры
Фенопласты
Аминопласты
Пластмассы на основе полиэфирных,
эпоксидных и кремнийорганических смол
Слоистые
Гетинакс
Текстолит
Древеснослоистые пластики
Стеклопластики
Стеклотекстолиты
Стекловолокниты
Газонаполненные
Пенопласты
Поропласты
Рис. 90. Виды пластических масс Полиэтилен является одним из важнейших представителей группы термопластов. Он обладает отличными диэлектрическими свойствами химически стоек практически не взаимодействует с влагой, топливом, маслами не охрупчивается в интервале температур от -60 до
+60 С хорошо сваривается. Однако склонен к старению под воздействием атмосферных условий, имеет недостаточно высокую прочность и теплостойкость.
191 Используется для изоляции кабелей, в электро- и радиоаппаратуре, в качестве упаковочного материала. Из него изготавливается волокно, трубы, различные пористые материалы. Таблица 26 Свойства термопластичных масс Материал в, МПа δ, % КС, кДж/м 2 Максимальная температура эксплуатации без нагрузки, С Полиэтилен низкой плотности (<0,94 т/м 3 ) высокой плотности (<0,94 т/м 3 ) Полипропилен Полистирол Поливинилхлорид жесткий пластикат Фторопласт Фторопласт Поликарбонат Капрон 10…18 18…32 26…38 40…60 50…65 10…40 30…40 20…40 60…65 75…85 300…1000 100…600 200…800 3…4 20…50 50…350 160…190 250…500 80…120 50…130 не ломается 5…20 3…15 2…3 2…4 не ломается 8…10 14…16 20…30 3…10 60…75 70…80 90…100 50…70 65…85 50…55 65…90 250…255 130…135 80…100 Фторопласты полимеры производных этилена, очень стойкие против любых агрессивных сред, имеют высокие антифрикционные свойства, низкий коэффициент трения. Являются отличными высокочастотными диэлектриками. К недостаткам следует отнести их высокую стоимость, токсичность газов при разложении, низкую стойкость против радиации. Используются фторопласты в качестве электроизоляционного материала (особенно в технике высоких и сверхвысоких частот для стыков труб изготовления манжет, сальников и др. Полистирол аморфный полимер, используемый в интервале температур от -40 до +60 С. Водостоек, медленно стареет на открытом воздухе. Является хорошим диэлектриком в высокочастотных цепях. Прозрачен, легко перерабатывается, относительно дешевый. Однако хрупок, имеет низкую теплостойкость, горюч, склонен к растрескиванию. Широко используется в радиотехнике, а также при изготовлении химической и оптической аппаратуры. Поливинилхлорид это полимер, называемый винипластом если изготавливается без пластификаторов) или пластикатом (при наличии пластификаторов. Положительными качествами является его 192 стойкость к щелочам, кислотам, топливу, смазкам негорючесть, свариваемость. Однако при пониженных температурах хрупок, при температуре С разупрочняется, склонен к разложению. Применяется для изготовления водопроводных и сточных труб шлангов линолеума искусственной кожи для пассажирских вагонов, автомобилей, самолетов наружной изоляции электропроводов. Органическое стекло широко используется в технике и быту, так как обладает рядом ценных свойств легче и прочнее силикатного стекла легко окрашивается и обрабатывается является хорошим диэлектриком стоек к воде, топливу, смазкам, слабым растворам кислот и щелочей. Из органического стекла изготавливаются окна самолетов, судов, автомобилей, троллейбусов предохранительные очки стоп-сигналы; подфарники светофильтры стекла для часов и др. В последние десятилетия в машиностроении помимо обычных тер- мопластов находят массовое применение новые материалы, которые лучше обеспечивают постоянство размеров нагруженных деталей полиамиды, поликарбонаты, ацетали, полифениленоксид, насыщенные полиэфиры. Изделия из полиамидов могут эксплуатироваться длительное время при температуре до 150 С. Имеют повышенную прочность, активно сопротивляются абразивному изнашиванию, обладают малым коэффициентом трения в паре со сталью, что дает возможность их использования в качестве антифрикционных материалов. Поликарбонаты выдерживают значительные ударные нагрузки. Их ударная вязкость (250…500 кДж/м 2 ) близка к ударной вязкости средне- углеродистых сталей. Однако существенным недостатком поликарбона- тов является склонность к растрескиванию. Ацетали и их сополимеры отличаются повышенной прочностью и жесткостью стойки против растрескивания и изнашивания имеют малый коэффициент трения, который почти не изменяется при нагреве до 100 С. Термореактивные пластмассы производятся на основе эпоксидных, полиэфирных, полиуретановых, фенолформальдегидных и кремнийорганических полимеров. Они имеют сетчатую структуру и поэтому при нагреве не плавятся. Устойчивы против старения и не взаимодействуют стоп- ливом и смазочными материалами. Все термореактивные полимеры имеют низкую ударную вязкость в связи с чем используются с наполнителями. Они более надежны, чем термопласты, обладают большой стабильностью механических свойств, малой зависимостью от температуры, скорости деформирования и длительности нагрузки.
193 К группе термореактивных пластических масс относятся фенопласты аминопласты пластмассы на основе полиэфирных, эпоксидных и кремнийорганических смол слоистые и газонаполненные (см. рис. 90). В табл. 27 приведены свойства некоторых термореактивных пластмасс. Таблица 27 Свойства термореактивных пластмасс Материал в, МПа
δ, %
КС, кДж/м
2
Максимальная температура эксплуатации без нагрузки, С Термореактивные полимеры без наполнителей феноло- формальдегидные полиэфирные эпоксидные кремнийорганические
Волокниты
Гетинаксы
Текстолиты
Стеклотекстолиты Пористые пластмассы
15…35 42…70 28…70 22…42 30…90 60…70 65…100 200…600 0,5…2,5 1…5 2…3 3…6 5…10 1…3
–
1…3 1…3
–
< 1
< 1
< 1
< 1 10…20 4…5 20…35 20…50
1 200…230 95…120 150…175 345…350 120…140 120…125 90…105 200…400
– Фенопласты изготавливаются на основе фенольноальдегидных смоли используются для деталей автомобилей, самолетов, телефонных аппаратов, радиоприемников, шестерен, роликов, клапанов и др. Аминопласты, основой которых являются аминоальдегидные смолы, относятся к слоистым материалам. Из них изготавливаются прессовочные порошки, пенопласты, клеи, лаки. Достоинствами таких пластмасс являются их высокая твердость и механическая прочность хорошие диэлектрические свойства значительная теплостойкость химическая устойчивость к действию воды, топлива, смазки, растворителей (ацетон, спирт, бензин и др не горят. Волокнит ы – это пластмассы с волокнами в качестве наполнителей. Они отличаются повышенной прочностью и ударной вязкостью. Во- локниты с асбестовым волокном сочетают теплостойкость (до 200 С) с высоким коэффициентом трения в паре со сталью и поэтому используется в тормозных устройствах для обкладок и колодок. Слоистые пластики являются самыми прочными и универсальными по применению конструкционными пластмассами. Свойства слоистых пластиков зависят от вида полимера, наполнителя, способа укладки листов. По виду наполнителя слоистые пластики подразделяются наследующие виды
194 – текстолиты (с хлопчатобумажными тканями – гетинаксы (с бумагой – древесно–слоистые (с древесным шпоном); – стеклотекстолиты (с тканями из стеклянного волокна. Наименее прочными являются гетинаксы, наиболее прочными – стеклотекстолиты. Из текстолита изготавливают шестерни, вкладыши подшипников, кулачки. Он обладает хорошими изоляционными свойствами, что дает возможность его использования в электротехнике. Древеснослоистые пластики используются для изготовления подшипников, втулок, шестерен, блоков, электротехнических изделий. Широкое применение находят в качестве отделочных материалов. Стеклопластики имеют высокую прочность и жесткость, но малую плотность. По способности поглощать вибрации они превосходят стали, сплавы титана и алюминия. По тепловому расширению стеклопластики близки к сталям. Пластики со стеклянным волокном могут выдерживать температуру свыше 3000 Св течение десятков секунд, что дает возможность их использования в качестве теплозащитных материалов. |
Скачать 3.25 Mb.