П.Д. Дерлугян, Р.У. Гойтемиров, М.К. Лукашов, В.А. Кутьков
В ряде работ установлено, что существующие антифрикционные материалы (бронза, баббит и др.) в большинстве случаев совершенно не пригодны для работы в воде, вследствие повышенного износа, высоких коэффициентов трения и подверженности коррозии. На современном этапе разработано большое число полимерных материалов, заменяющих эти металлы и исключающих указанные выше недостатки. К таким полимерным материалам в отечественной литературе относят известные П—68, капрон и др.
Целью настоящей работы было сравнение некоторых полимерных композиций с одним из укапанных выше материалов – с П-68. При этом определялось влияние скорости скольжения на работу полимерных материалов в паре с контртелами на стали (XI8H9T), бронзы (АМЦ-9-2), а также влияние шероховатости и удельного давления на время приработки.
Испытания проводились на торцевой машине трения. Узел трения представляет собой чашку на самоустанавливающейся опоре (возможно применение одношариковой опоры), в которую помещается металлическое контртело. В чашку заливается имитатор морской воды, приготовленный по стандарту AXI234 (США). Уровень воды приходится на 25-30 мм выше уровня поверхности трения.
Образцы испытуемого материала представляли собою втулки коленчатого сечения с прорезями в виде секторов для обеспечения непрерывного доступа смазывающей среды (имитатора морской воды) в зону трения. Коэффициент перекрытия К=1/3 – (отношение площади контакта к полной поверхности кольцевой сечения). Форма и размеры образца приведены на рис. 1. Чистота поверхности трения 7.
Рис. 1.
Перед началом эксперимента образцы и контртела выдерживались в течение 24 часов в имитаторе морской воды, затем обезжиривались авиационным бензином и спиртом.
Для всех вариантов пар трения сравнительные испытания проводились при следующих режимах: удельной нагрузке – Руд = 45 кг/см2; линейной скорости – 0,1; 0,5;1,0 м/сек. Длительность одного эксперимента составила 6 часов. Линейный износ материала замерялся по трем площадкам А, В и С (рис. 1) и усреднялся. Перед замером образцы высушивались и обезжиривались. Замер линейного износа производился на вертикальном оптиметре с точностью до 0,001 мм.
Исследуемыми материалами служили модификации известного в настоящее время антифрикционного самосмазывающего материала Маслянит с различными наполнителями. Полученные материалы условно были обозначены номерами с №1по №15.
Для каждого 6-часового эксперимента производился замер среднего износа (т.е. средний износ на 3 площадках трения данного образца), затем, предварительно определив пройденный при этом образцами путь, подсчитывался износ на 1км пути. Результаты испытаний введены в таблицу.
Материал | Скорость, м/сек | |||
образца | контртела | 0,1 | 0,5 | 1,0 |
П-68 | Сталь | 50 | 46 | 7,1 |
Бронза | 23,2 | 23,5 | 1,5 | |
Маслянит-Д | Столь | 10,4 | 3,4 | 0,01 |
Бронза | 19,8 | 1,0 | 0,9 | |
Маслянит-12 | Степь | 0 | 2,2 | 28,8 |
Бронза | 14,4 | 11,5 | 0,02 | |
Маслянит-11 | Сталь | 3,6 | 3,5 | 5,9 |
Бронза | 5,2 | 1,4 | 0,5 |
На рис. 2 представлена зависимость линейного износа образцов на1 км пути от скорости скольжения. Здесь кривая 1 – трение полимера по стали, кривая 2 – трение полимера по бронзе.
Рис. 2.
При анализе полученных кривых видно, что влияние скорости на износ исследуемых образцов весьма велико и широко разнится для различных материалов (пар трения).
Влияние скорости на величину износа всех рассмотренных композиций, в том числе и полиамида П-68 при скоростях меньших 0,5 м/сек, сказывается в значительно меньшей степени.
Такой характер влияния скорости на износ материалов затрудняет возможность сделать какие-либо однозначные выводы.
Но следствием изменения скорости и причиной иного характера изменения износа является изменение температуры в зоне контакта, а также возникновение гидродинамического характера трений.
Полученные результаты показывают, что почти во всех сочетаниях полимера группы «Маслянит» имеют меньший износ при скорости, близкой к 1,0 м/сек, образцы на Масляните-11, Масляните-12 в паре со сталью работают хуже, чем полиамид П-68.
Для определения влияния, шероховатости и удельного давления на характер трения исследуемых пар был выбран более чувствительный к скорости скольжения Маслянит-12, содержащий в качестве наполнителя железный сурик, в паре с бронзой БрАМЦ-9-2 при различной шероховатости контртела (Ñ5 –Ñ9) и удельном давлении (20—160 кгс/см2).
Определение влияния шероховатости на износ пары трения является первостепенной задачей для исследования работы узлов трения машин, работающих с частыми выключениями или в среде, где не исключен доступ абразивных частиц. В этом случае в течение первых минут работы машины (даже после общей приработки машины) происходит как бы миниприработка, при которой относительный износ несколько выше, чем в последующее время. Причиной повышенного износа в этот период является процесс схватывания из-за того, что смазка, находящаяся между поверхностями трения, под действием веса остановившихся в период выключения вращающихся частей выдавливается. Примерно то же самое наблюдается и при работе в морской воде, играющей роль смазки.
Характер влияния шероховатости на износ в паре Маслянит-12 – бронза БрАМЖ-9-2 с некоторым приближением можно изобразить прямой с отрицательным тангенсом угла (рис. 3). Уменьшение износа при приработке пары трения с увеличением класса чистоты объясняется тем, что чем меньше высота выступов на поверхности трения, тем спокойнее и в то же время быстрее происходит процесс выравнивания, сглаживания этих выступов. Разумеется, шероховатость благоприятствует созданию гидроклина, т.е. кроме атомарного взаимодействия между материалом вращающегося вала (в реальных узлах) и смазочной средой (водой), добавляется еще эффект увлечения выступами частичек жидкости. Очевидно, приведенная на рис. 3 прямая и является результатом этого противоречивого влияния.
Рис. 3.
С увеличением удельного давления в парах трения Маслянит-12 – бронза и Маслянит-12 – сталь износ, естественно, увеличивается, т.к, увеличивается сила трения скольжения исследуемой пары. С увеличением давления свыше 50 кгс/см2 при работе Маслянита-12 в паре со сталью и свыше 105-110 кгс/см2 – с бронзой износ приобретает криволинейный характер. Несмотря на то, что на протяжении всего эксперимента чашка со смазанной средой охлаждалась вентилятором, в зоне контакта при таких нагрузках, очевидно создавались достаточно высокие температуры, оказывающие воздействие на механические свойства Маслянита-12. Вопрос возникновения и распределения тепла на поверхности трения полимеров представляет значительный практический интерес, однако рассмотрение его выходит за рамки настоящей работы.
На рис. 4,5 показана зависимость износа испытываемого материала и коэффициента трений от удельной нагрузки где линия 1 изображает пару трения Маслянит-12 – сталь, а линия 2 – пару Маслянит-12 –бронза. При работе Маслянита-12 в паре со сталью с увеличением удельного давления интенсивный износ сопровождается увеличением коэффициента трения.
Рис. 4.
Рис. 5.
У пары Маслянит-12 – бронза, наоборот, с увеличением давления коэффициент трения снижается, и в то же время площадь контакта увеличивается и для отличающейся хорошей работой пары (см.рис.2) несколько снижается удельное давление.
Таким образом, проведенные исследования позволяют сравнивать новые композиции материалов группы «Маслянит» со стандартным П-68 и определить влияние некоторых факторов на работу наиболее перспективного Маслянита-12 в морской воде.