Materiali antifrizione: panoramica, proprietà, applicazione

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

Il processo di funzionamento di unità tecniche, macchine e singoli gruppi elementari di apparecchiature è inevitabilmente accompagnato dall'usura. L'impatto meccanico reciproco delle parti l'una sull' altra con vari gradi di intensità porta all'abrasione delle loro superfici e alla distruzione della struttura interna. Inoltre, l'ambiente ha spesso un effetto simile sotto forma di erosione e cavitazione. Di conseguenza, c'è una perdita di prestazioni delle apparecchiature o almeno una diminuzione delle proprietà operative. Le seguenti recensioni sull'attrito in polvere e sui materiali anti-attrito ti aiuteranno a capire come ridurre al minimo l'attrito indesiderato. Tali materiali sono consigliati per l'uso in apparecchiature industriali ed elettrodomestici, nonché per strumenti da costruzione.

Differenze tra materiali di attrito e anti-attrito

La considerazione di questi materiali in un contesto è dovuta al fatto che la loro funzione è correlata alla caratteristica generale del funzionamento dei meccanismi: il coefficiente di attrito. Ma se gli elementi antifrizione e gli additivi sono responsabili dell'abbassamento di questo valore, gli elementi di attrito, al contrario, lo aumentano. In questo caso, ad esempio, leghe in polvere con aumentoil coefficiente di attrito fornisce resistenza all'usura e resistenza meccanica del gruppo di lavoro target. Per ottenere tali qualità, nella composizione delle materie prime di attrito vengono introdotti ossidi refrattari, boro, carburi di silicio, ecc.. A differenza degli elementi antifrizione, gli elementi di attrito rappresentano spesso organi funzionali a tutti gli effetti nei meccanismi. Questi, in particolare, possono essere freni e frizioni.

Fornendo i compiti di aumentare l'attrito, svolgono simultaneamente compiti tecnici specifici. Allo stesso tempo, sia i materiali di attrito che quelli antifrizione vengono sottoposti a rigorosi test di laboratorio prima dell'uso. Le stesse leghe per freni vengono sottoposte a prove in scala e al banco, durante le quali si determina l'opportunità pratica della loro applicazione. I materiali di attrito più tecnologicamente avanzati dai polimeri sono oggi prodotti con vari metodi. Quindi, per i meccanismi del gruppo freno, viene utilizzata la tecnica di pressatura: sulle forme vengono realizzati blocchi, piastre e settori. I materiali del nastro vengono prodotti utilizzando una tecnica intrecciata e le sovrapposizioni vengono prodotte mediante laminazione.

Proprietà dei materiali antifrizione

Le parti con funzione antifrizione devono soddisfare un'ampia gamma di requisiti che ne determinano le prestazioni di base. Innanzitutto, il materiale deve essere compatibile sia con la parte di accoppiamento che con l'ambiente di lavoro. In condizioni di compatibilità prima e dopo il rodaggio, il materiale fornisce il grado di riduzione dell'attrito richiesto. Qui è necessario annotare il rodaggio in quanto tale. Questa proprietà definisce la capacità dell'elemento di regolare in modo naturale la geometria della superficie.sotto la forma ottimale, che è adatta per un particolare luogo di lavoro. In altre parole, una struttura extra con microrugosità viene cancellata dal pezzo, dopodiché il rodaggio fornirà condizioni di lavoro con carichi minimi.

Anche la resistenza all'usura è un'importante proprietà posseduta da questi materiali. Gli elementi antifrizione devono avere una struttura che offra resistenza a vari tipi di usura. Allo stesso tempo, la parte non deve essere eccessivamente rigida e dura, in quanto ciò aumenterà il rischio di grippaggio, indesiderabile per materiale antifrizione. Inoltre, i tecnologi individuano una proprietà come l'assorbimento di particelle solide. Il fatto è che l'attrito a vari livelli può contribuire al rilascio di piccoli elementi, spesso metallo. A sua volta, la superficie antifrizione ha la capacità di “comprimere” tali particelle su se stessa, eliminandole dall'area di lavoro.

Materiali metallici antifrizione

I prodotti a base metallica costituiscono la più ampia gamma di elementi del gruppo antifrizione. La maggior parte di essi si concentra sul funzionamento in modalità attrito fluido, cioè in condizioni in cui i cuscinetti sono separati dagli alberi da un sottile strato di olio. Eppure, quando l'unità viene fermata e avviata, si verifica inevitabilmente la cosiddetta modalità di attrito limite, in cui il film d'olio può essere distrutto sotto l'influenza delle alte temperature. Le parti metalliche utilizzate nei gruppi di cuscinetti possono essere suddivise in due tipi: elementi con morbidostruttura e inserti pieni e leghe con base rigida e inserti morbidi. Se parliamo del primo gruppo, come materiali antifrizione possono essere utilizzati babbit, leghe di ottone e bronzo. Grazie alla loro struttura morbida, scorrono rapidamente e conservano a lungo le caratteristiche del film d'olio. D' altra parte, le inclusioni solide causano una maggiore resistenza all'usura nei contatti meccanici con elementi adiacenti, ad esempio con lo stesso albero.

I Babbits sono una lega a base di piombo o stagno. Inoltre, al fine di migliorare le qualità individuali, è possibile aggiungere leghe di lega alla struttura. Tra le proprietà migliorate, si possono notare resistenza alla corrosione, durezza, tenacità e resistenza. Il cambiamento nell'una o nell' altra caratteristica è determinato da quali materiali di lega sono stati utilizzati. I babbuini antifrizione possono essere modificati con cadmio, nichel, rame, antimonio, ecc. Ad esempio, un babbuino standard contiene circa l'80% di stagno o piombo, il 10% di antimonio e il resto è rame e cadmio.

Leghe di piombo come mezzo per ridurre al minimo l'attrito

Il livello base delle leghe antifrizione sono i babbuini di piombo. L'accessibilità determina le specifiche del funzionamento di questo materiale, nelle funzioni di lavoro meno critiche. La base di piombo, rispetto allo stagno, fornisce ai babbit una resistenza meccanica inferiore e una bassa protezione dalla corrosione. È vero, anche in tali leghe non può fare a meno dello stagno: il suo contenuto puòraggiungere il 18%. Inoltre, alla composizione viene aggiunto anche un componente di rame, che impedisce i processi di segregazione, una distribuzione non uniforme di metalli di diverse masse nel volume del prodotto.

I materiali di piombo più semplici con proprietà antifrizione sono caratterizzati da un elevato grado di fragilità, quindi vengono utilizzati in condizioni con carichi dinamici ridotti. In particolare, i cuscinetti per macchine cingolate, locomotive diesel e componenti di ingegneria pesante sono una nicchia di destinazione in cui vengono utilizzati tali materiali. Le leghe antifrizione che utilizzano il calcio possono essere definite una modifica delle leghe di piombo. In questo caso, si notano qualità come alta densità e bassa conduttività termica. Anche la base è il piombo, ma in proporzioni significative è anche integrata da inclusioni di sodio, calcio e antimonio. Per quanto riguarda i punti deboli di questo materiale, includono l'ossidabilità, pertanto se ne sconsiglia l'uso in ambienti chimicamente attivi.

Parlando in generale dei babbit, possiamo affermare che questa è tutt' altro che la soluzione più efficace per ridurre al minimo l'attrito, ma in termini di combinazione di qualità, risulta essere vantaggiosa dal punto di vista operativo. Si tratta di materiali le cui proprietà antifrizione possono essere livellate da una ridotta resistenza alla fatica, che peggiora le prestazioni dell'elemento. Tuttavia, in alcuni casi, la mancanza di resistenza è compensata dall'inclusione di scafi in acciaio o ghisa nel progetto.

Caratteristiche delle leghe antifrizione in bronzo

Proprietà fisiche e chimiche del bronzosono organicamente combinati con i requisiti per le leghe antifrizione. Questo metallo, in particolare, fornisce sufficienti indicatori di pressione specifica, capacità di operare sotto carichi d'urto, elevata velocità di rotazione del cuscinetto, ecc. Ma anche la scelta del bronzo per determinate funzioni dipenderà dalla sua marca. Lo stesso formato per il funzionamento delle fodere sotto carichi d'urto è accettabile per il marchio BrOS30, ma non è raccomandato per BrAZh. Esistono differenze anche nella classe dei materiali in bronzo in termini di proprietà meccaniche. Questo gruppo di qualità dipenderà dalla natura dell'interfaccia con alberi temprati e dall'uso di un perno di articolazione, che potrebbe avere un'ulteriore tempra. E ancora, è impossibile parlare della solidità della struttura in lega.

Gli oggetti in bronzo possono anche includere stagno, ottone, piombo. Allo stesso tempo, se tutti i metalli elencati possono essere utilizzati come base di babbitt, i materiali antifrizione a base di rame vengono utilizzati molto raramente. In questo caso, la componente di rame agisce spesso come lo stesso additivo con un rapporto di contenuto del 2-3%. Le combinazioni stagno-piombo di inclusioni sono considerate ottimali. Forniscono prestazioni sufficienti della lega come componente antifrizione, sebbene perdano rispetto ad altre composizioni in termini di resistenza meccanica. I materiali in bronzo combinati vengono utilizzati nella produzione di cuscinetti solidi per motori elettrici, turbine, unità di compressione e altre unità che funzionano ad alta pressione e bassa velocità di scorrimento.

Polveremateriali di attrito

Tali materiali sono utilizzati in composizioni destinate alle unità di trasmissione e freno di veicoli a cingoli, automobili, macchine utensili, meccanismi di costruzione, ecc. I prodotti finiti a base di componenti in polvere sono prodotti sotto forma di guarnizioni, dischi e pastiglie del settore. Allo stesso tempo, i materiali di partenza per il tipo antifrizione delle leghe in polvere sono formati dalla stessa nomenclatura dei componenti di attrito: ferro e rame sono spesso usati, ma esistono altre combinazioni.

Ad esempio, i materiali in alluminio e bronzo allo stagno, che includono grafite e piombo, si manifestano efficacemente in condizioni di attrito a una velocità di scorrimento di parti dell'ordine di 50 m/s. A proposito, quando i cuscinetti funzionano a una velocità di 5 m/s, i prodotti in polvere di metallo possono essere sostituiti da materie prime metallo-plastica. Questo è già un materiale composito antifrizione con una struttura di lavoro flessibile e una resistenza ridotta. I più vantaggiosi in termini di utilizzo in condizioni di carichi maggiori sono i materiali in ferro e rame. Come additivi vengono utilizzati grafite, ossido di silicio o bario. Il funzionamento di questi elementi è possibile ad una pressione di 300 MPa e una velocità di scorrimento fino a 60 m/s.

Materiali antifrizione in polvere

Anche i prodotti antifrizione sono prodotti con materie prime in polvere. Sono caratterizzati da un'elevata resistenza all'usura, un basso coefficiente di attrito e la capacità di entrare rapidamente nell'albero. Inoltre, i materiali in polvere antifrizione presentano numerosi vantaggi rispetto alle leghe che riducono al minimo l'attrito. Basti pensare che la loro resistenza all'usura è mediamente superiore a quella degli stessi babbit. La struttura porosa formata dai metalli in polvere consente un'efficace impregnazione con lubrificanti.

I produttori hanno l'opportunità di formare prodotti finali in diverse forme. Questi possono essere parti del telaio o della matrice con cavità intermedie riempite con altre materie prime ammorbidite. E, al contrario, in alcune aree sono più richiesti materiali in polvere antifrizione con una base morbida del telaio. In speciali favi vengono fornite inclusioni solide di diversi livelli di dispersione. Questa qualità è di grande importanza proprio dal punto di vista della possibilità di regolare i parametri che determinano l'intensità dell'attrito delle parti.

Materiali polimerici antifrizione

Le moderne materie prime polimeriche consentono di ottenere nuove qualità tecniche e operative per parti che riducono l'attrito. Come base possono essere utilizzate sia leghe composite che polveri metallo-plastiche. Una delle principali proprietà distintive di tali materiali è la capacità di distribuire uniformemente gli additivi in tutta la struttura, che in seguito svolgerà la funzione di lubrificante solido. Grafiti, solfuri, plastica e altri composti sono indicati nell'elenco di tali sostanze. Le proprietà di lavoro dei materiali polimerici e antifrizione convergono in gran parte al livello di base senza l'uso di modificanti: si tratta di un basso coefficiente di attrito e resistenza ai mezzi chimicamente attivi, epossibilità di funzionamento in ambiente acquatico. Parlando di qualità uniche, i polimeri possono svolgere i loro compiti anche senza essere rinforzati con un lubrificante speciale.

Applicazione di materiali antifrizione

La maggior parte degli elementi antifrizione sono inizialmente progettati per l'uso in gruppi di cuscinetti. Tra questi ci sono parti progettate per aumentare la resistenza all'usura e componenti che migliorano lo scorrimento. Nell'ingegneria meccanica e nella costruzione di macchine utensili, tali prodotti vengono utilizzati nella produzione di motori, pistoni, unità di accoppiamento, turbine, ecc. Qui, la base dei materiali di consumo sono i materiali antifrizione dei cuscinetti a strisciamento, che vengono introdotti nella struttura di marcia e stazionari attrezzatura.

Anche il settore edile non può fare a meno di una funzione antifrizione. Con l'aiuto di tali parti, le strutture ingegneristiche, le strutture di montaggio e i materiali in muratura vengono rafforzati. Nella costruzione di ferrovie, vengono utilizzati nell'installazione di elementi strutturali del materiale rotabile. Diffuso è anche l'uso di materiali antifrizione a base polimerica, che trovano collocazione, ad esempio, come struttura di collegamento di pulegge, ingranaggi, trasmissioni a cinghia, ecc.

Conclusione

Il compito di ridurre l'attrito solo a prima vista può sembrare secondario e spesso opzionale. Il miglioramento dei fluidi lubrificanti consente davvero di eliminare alcuni meccanismi da elementi tecnici ausiliari che riducono l'usura del gruppo di lavoro principale. Un anello di transizione dal classicobabbitt a un lubrificante modificato ad alte prestazioni possono essere chiamati materiali polimerici antifrizione, che sono caratterizzati da una struttura più morbida e versatilità in termini di condizioni di lavoro. Tuttavia, il funzionamento di parti metalliche ad alta pressione e impatto fisico richiede ancora l'inclusione di rivestimenti antifrizione allo stato solido. Inoltre, questa classe di materiali non solo non diventa un ricordo del passato, ma si sviluppa anche migliorando le caratteristiche di resistenza, durezza e stabilità meccanica.