Подшипник скольжения

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Покровский Артур Игоревич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(57) Подшипник скольжения, представляющий собой втулку из высокопрочного деформированного чугуна с вытянутыми графитными включениями, отличающийся тем, что графитные включения ориентированы в радиальном направлении. Фиг. 2 Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована при изготовлении узлов трения тяжело нагруженных машин и механизмов. Широко известен ряд металлополимерных подшипников скольжения, представляющих собой металлическую втулку с нанесенным на внутреннюю поверхность антифрикционным слоем, например из фторопласта 1. Поскольку фторопласт характеризуется крайне невысокой адгезией к металлам, в 2 предусмотрено наличие дополнительного 99872014.02.28 адгезионного слоя, расположенного на поверхности металлической втулки. Общим недостатком рассматриваемых подшипников является низкий температурный рабочий интервал,причем при повышении температуры выше некоторого значения начинается термическая деструкция полимерного слоя с выделением особо токсичных веществ. Это накладывает существенные ограничения на область применения подшипников данного типа. Наиболее близким к заявляемому техническому решению, его прототипом, является подшипник, описанный в 3 и представляющий собой втулку из высокопрочного деформированного чугуна требуемых размеров. Как следует из описания изобретения, высокопрочный деформированный чугун содержит графитные включения, вытянутые вдоль оси деформации. Прототип способен работать в широком интервале температур, что обеспечивает ему более широкие области применения по сравнению с описанными выше аналогами. Недостатки прототипа связаны с тем, что он не учитывает анизотропию физикомеханических свойств материала втулки. Форму подшипника-прототипа выбирают произвольно без учета ориентации графитных включений. Традиционный подход к ориентации металлической заготовки при конструировании подшипника чаще всего приводит к тому,что графитные включения оказываются ориентированными по окружности в объеме втулки, т.е. концентрически. Это приводит к тому, что суммарная длина границ графитных включений, выходящих на рабочую поверхность подшипника, достаточна велика. Материал втулки в этом случае можно условно представить как набор слоев графитных включений и металлической матрицы, чередующихся в радиальном направлении. При воздействии механической нагрузки вследствие невысокой прочности графитовых включений происходит их удаление путем выкрашивания и истирания из металлической матрицы в приповерхностной обрасти. В результате этого фрикционная поверхность начинает расслаиваться, что способствует микроскалыванию частиц материала подшипника и его относительно быстрому износу. Задачей заявляемой полезной модели является повышение износостойкости подшипника. Поставленная задача решается тем, что в подшипнике скольжения, представляющем собой втулку из высокопрочного деформированного чугуна с вытянутыми графитными включениями, графитные включения ориентированы в радиальном направлении. Сущность заявляемого технического решения заключается в учете анизотропии структуры и свойств материала втулки. Радиальная ориентация графитных включений обеспечивает минимальную суммарную длину их границ, выходящих на рабочую поверхность трения. Поскольку механические напряжения на границе раздела включений и металлической матрицы достаточно высоки, то уменьшение длины границ, выходящих на фрикционную поверхность, приводит к снижению суммарных напряжений на этой поверхности. За счет этого увеличиваются энергозатраты, необходимые на микроскалывание частиц материала подшипника при его износе. Микроскалывание материала с такой поверхности по сравнению с прототипом значительно затруднено. Твердость такой поверхности трения заметно выше, чем поверхности с концентрическим расположением графитных включений. В то же время не происходит выкрашивание графитных включений из металлической матрицы при воздействии высоких механических нагрузок. Совокупность данных свойств обеспечивает необходимые условия скольжения (за счет выхода графитных включений на поверхность и стабильности количества графита) и высокую износостойкость поверхности трения. Сущность заявляемого технического решения поясняется фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 условно изображена структура подшипника-прототипа, а на фиг. 2 - структура заявляемого подшипника. Светлые области на фиг. 1 и 2 соответствуют металлической матрице, а темные - выделениям углерода. В заявляемом подшипнике (фиг. 2) графитные выделения перпендикулярны фрикционной поверхности. В подшипнике-прототипе эти области рас 2 99872014.02.28 полагаются преимущественно перпендикулярно диаметру втулки (фиг. 1) и способствуют расслоению материала при воздействии высоких механических нагрузок при работе подшипника, что и приводит к относительно быстрому износу. Сравнение фиг. 1 и 2 также показывает, что суммарная длина границ графитных включений, выходящих на фрикционную поверхность, в заявляемом подшипнике заметно ниже, чем у прототипа. Как видно из фиг. 2, заявляемый подшипник представляет собой металлическую втулку из высокопрочного чугуна с графитными включениями, ориентированными в радиальном направлении. Подшипник работает следующим образом. Повышенная твердость материала подшипника в радиальном направлении обеспечивает повышение энергетических затрат, требуемых на истирание поверхности. Минимальная длина вскрытых границ графитных включений обеспечивает снижение механических напряжений на рабочей поверхности трения, что также приводит к снижению скорости истирания. В то же время практически постоянная площадь вскрытых графитных включений обеспечивает стабильность количества графита в зоне трения, за счет чего обеспечиваются необходимые и достаточные условия смазки. Испытания заявляемого подшипника проводили следующим образом. В качестве исходных использовали литые заготовки втулок с размерами (диаметрвысота) 40,841,6 мм с толщиной стенки 10,7 мм, полученные методом литья в песчаные формы чугуна марки ВЧ-50. Заготовки нагревали в индукторе до температуры 9001000 С и проводили горячую пластическую деформацию со степенью 40-60 в условиях радиального и осевого сжатия, за счет чего достигалась радиальная ориентация графитных включений. Затем охлаждали заготовки до комнатной температуры и проводили их отпуск при температуре 450-500 С. После этого проводили финишную механическую обработку для получения требуемых размеров подшипников. Для проведения испытаний на механическую прочность и износостойкость из обработанных заготовок вырезали образцы требуемых размеров. Испытания образцов на растяжение проводили на машине -1000 по ГОСТ 1497-84. Износостойкость определяли,исходя из линейного износа рабочей поверхности за время испытания на универсальной машине трения УМТ-2. Расположение включений графита в объеме втулки и на поверхности трения контролировали методом оптической микроскопии при увеличении 250 после травления образцов нитралем. Результаты испытаний приведены в таблице. Сравнительные характеристики подшипников Степень Предел прочно- Износ рабочей Способ деформа- сти при растяже- поверхности,изготовления ции,нии, МПа мкм Заявляемый 40 770 2,5 50 765 2,4 60 775 2,2 Прототип 50 770 3,5 Особенности структуры подшипника радиальное расположение включений графита концентрическое расположение включений графита Из приведенных данных видно, что заявляемый подшипник скольжения по сравнению с прототипом характеризуется заметно большей износостойкостью, которая возрастает по мере увеличения степени деформации. Механическая прочность подшипника при этом сохраняется на уровне прототипа. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4