Сравнительные триботехнические испытания антифрикционных материалов на основе бронзографита

Сравнивать антифрикционные материалы на основе бронзографита корректно только при одинаковых условиях испытаний и с учетом не одного коэффициента трения, а также износа, пористости и прочности. Для предварительного выбора сопоставляют характеристики марок по ГОСТ 26719-85, а для оценки работы пары трения фиксируют нагрузку, скорость скольжения, температуру, влажность и материал контртела.

Статья будет полезна инженерам, техническим специалистам и закупщикам, которым нужно выбрать бронзографит для конкретного узла или проверить характеристики нескольких марок. Разберем свойства материала, различия между марками, методику триботехнических испытаний и факторы, из-за которых коэффициент трения графита меняется.

Антифрикционные материалы: свойства бронзографита

Бронзографит относится к порошковым антифрикционным материалам на основе меди. 

Это не обычная бронза с добавлением графита, а пористый спеченный материал на основе оловянистой бронзы, свойства которого зависят от марки и состава. Для бронзографитовых материалов приводятся диапазоны пористости 15-25% или 15-28%, а содержание графита в базовых марках составляет примерно 0,5-2,5%.

Графит работает как твердая смазка и может снижать трение в сухом контакте. Однако увеличение его доли меняет не только трибологические свойства, но и показатели прочности материала. Поэтому требования к антифрикционным материалам нельзя сводить к одному параметру: при подборе учитывают пористость, твердость, прочность при сжатии и содержание графита. Значения для конкретной марки проверяют по нормативной документации, а не переносят на весь бронзографит.

ГОСТ 26719-85 регламентирует марки порошковых антифрикционных материалов на основе меди, в том числе бронзографитовые. Для контроля отдельных характеристик применяют ГОСТ 18898-89 для определения пористости, ГОСТ 25698 для контроля твердости и ГОСТ 26529-85 для определения прочности при радиальном сжатии. ГОСТ 26719-85 гармонизирован с ISO 5755 в части марок БрО, БрОГр и БрОГр2.

На практике свойства бронзографита оценивают в связи с режимом работы узла. Если важны нагрузка и жесткость, значение имеют прочность и твердость; при сухом трении внимание уделяют самосмазыванию и стабильности работы поверхности. В обоих случаях нужно учитывать износ и поведение материала во времени, а не делать вывод только по начальному коэффициенту трения.

Что означает содержание графита

Больше графита не всегда означает более подходящий материал. Повышенная доля твердой смазки может снижать трение, но одновременно требует проверки несущей способности и прочности. Для разных марок нормативные характеристики различаются, поэтому выбирать материал только по проценту графита нельзя.

Чем отличаются марки ПА-БрОГр, ПА-БрОГр2 и ПА-БрОГр4

Сравнение марок показывает, почему два антифрикционных материала с бронзографитом нельзя оценивать только по общему названию. 

Для ПА-БрОГр указаны содержание олова 9,5-10,5%, углерода в виде графита 0,5-1,0% и пористость 15-28%. Для ПА-БрОГр2 приводятся 9,0-11,0% олова, 1,5-2,5% графита и пористость 15-25%.

У ПА-БрОГр4 содержание графита выше: 3,0-4,5%, а пористость составляет 10-25%. Для этой марки также указан предел прочности при радиальном сжатии не менее 110 МПа. Эти значения характеризуют конкретные марки, а не все бронзографитовые материалы. При выборе следует сверять обозначение и нормируемые показатели с документацией на изделие.

Марка	Содержание олова	Содержание графита	Пористость	Дополнительный показатель
ПА-БрОГр	9,5-10,5%	0,5-1,0%	15-28%	-
ПА-БрОГр2	9,0-11,0%	1,5-2,5%	15-25%	-
ПА-БрОГр4	-	3,0-4,5%	10-25%	Прочность при радиальном сжатии не менее 110 МПа

Данные по составу помогают определить, какие образцы имеет смысл включить в испытания, но не дают готового ответа о поведении в узле. На результат влияют нагрузка, скорость скольжения, температура, влажность и состояние сопряженной поверхности. Поэтому содержание графита следует рассматривать вместе с прочностью и пористостью, а итоговый выбор подтверждать испытанием в условиях, близких к рабочим.

ГОСТ 26719-85 задает основу для сопоставления порошковых материалов на основе меди и их марок. При этом нормы по составу и контрольные характеристики нужно проверять для конкретного материала: переносить показатели одной марки на другую некорректно. Для инженера это означает, что в протоколе сравнения стоит отдельно фиксировать маркировку образцов и измеренные свойства каждого из них.

Методика триботехнических испытаний бронзографита

Методика триботехнических испытаний должна задавать условия, одинаковые для всех сравниваемых образцов. 

В перечень фиксируемых параметров входят материал контртела, нагрузка, скорость скольжения, путь трения, влажность и температура. Также указывают режим работы, например сухое трение, и схему контакта. Если хотя бы один из этих параметров различается, сравнение коэффициентов трения может оказаться некорректным.

В исследованиях графитсодержащих материалов применяют схемы pin-on-disc и pin-on-block. В одном случае испытания проводили на трибометре UMT-3MT по схеме полного контакта и анализировали статический и динамический коэффициенты трения. В другом использовали pin-on-block на триботестере TM-01M при технически сухом трении. Эти примеры показывают, что название схемы и параметры установки должны сопровождать числовой результат.

Для практического сравнительного теста полезно заранее определить, какие показатели будут оцениваться. Помимо коэффициента трения, к ним относятся износ, стабильность результата во времени и состояние поверхностей после испытания. Для графитсодержащих материалов важно учитывать формирование трибопленки: ее появление может менять поведение пары трения по мере испытания.

Как сравнить два антифрикционных материала

• Подтвердить маркировку и нормативные характеристики обоих образцов.

• Использовать одинаковые контртело, нагрузку, скорость скольжения и путь трения.

• Поддерживать одинаковые температуру и влажность, особенно при испытаниях графитсодержащих материалов.

• Зафиксировать режим трения и схему контакта.

• Сопоставить коэффициент трения, износ и стабильность показателей во времени.

Сравнение должно отвечать условиям будущей эксплуатации, а не только обеспечивать повторяемость лабораторного опыта. Если узел будет работать в сухом трении, испытание проводят в соответствующем режиме. Если параметры работы отличаются от лабораторных, лабораторные данные используют для отбора вариантов, а окончательное решение принимают с учетом фактической нагрузки и среды.

Коэффициент трения графита и условия испытаний

В справочных данных для графита в сухих условиях приводится коэффициент трения 0,1-0,3, а для отдельных трибосистем - 0,05-0,24. 

В вакууме показатель может возрастать до 0,4-0,5. Эти диапазоны нельзя напрямую считать характеристикой любой бронзографитовой марки: результат относится к конкретной трибосистеме и зависит от условий измерения.

На трение влияют влажность окружающей среды и формирование трибопленки, а также нагрузка, температура, скорость скольжения и состояние поверхности. Поэтому число без описания методики недостаточно для инженерного сравнения. В протоколе важно указывать не только среднее значение, но и то, как оно изменялось в ходе теста, включая статический и динамический коэффициенты, если их измеряли.

Исследования графитсодержащих композитов показывают, что добавление графита может заметно менять трение. В одном исследовании коэффициент снизился примерно на 40-50% относительно ненаполненной смолы, а при добавлении 5 мас.% тонкого графита - примерно на 20%. В другом исследовании при увеличении доли медь-покрытого графита значение снизилось с 0,203 до 0,16. Эти результаты относятся к отдельным материалам и экспериментальным условиям, поэтому переносить их на бронзографит без проверки нельзя.

В сравнительном отчете полезно раздельно описать начальный коэффициент трения и его стабильность во времени. Если показатель изменяется по мере формирования трибопленки, это нужно учитывать при оценке пары. Для сухого трения графит обычно рассматривают как эффективную твердую смазку, но в вакууме его действие может быть менее выраженным, чем в обычной влажной атмосфере.

Применение антифрикционных материалов и выбор покрытия

Применение антифрикционных материалов определяют по режиму работы узла, а не по одному свойству образца. 

Для выбора учитывают сухое или смазанное трение, нагрузку, скорость, температуру и допустимый износ. Для бронзографита к этим параметрам добавляют пористость, твердость, прочность при радиальном сжатии и долю графита. Материал, показавший низкий коэффициент трения в одном опыте, не обязательно подойдет для другого режима.

Сначала проверяют, что изделие относится именно к порошковым антифрикционным материалам на основе меди и соответствует заявленной марке. Затем сверяют состав и нормируемые характеристики с документацией. ГОСТ 26719-85 применяют как базовый стандарт для таких материалов, а контроль пористости, твердости и прочности соотносят с ГОСТ 18898-89, ГОСТ 25698 и ГОСТ 26529-85 соответственно.

Помимо объемных материалов, в узлах могут рассматривать антифрикционные покрытия. Линейка антифрикционных покрытий MODENGY содержит графит и дисульфид молибдена. Такое покрытие представляет отдельный вариант поверхности, а не готовую замену бронзографиту: применимость нужно оценивать по конструкции узла, режиму трения и результатам испытаний. Прямое сравнение с бронзографитовой маркой требует одинаково заданных условий и подходящих критериев оценки.

Для закупщика и инженера практический порядок выбора таков: определить условия работы, отобрать марки с подходящими нормативными характеристиками, затем сравнить их в контролируемом испытании. Если задача связана с сухим трением, особое внимание уделяют коэффициенту трения и стабильности трибопленки; если важны нагрузка и жесткость, сопоставляют также прочность и твердость. Такой подход помогает оценить не абстрактно «лучший» материал, а соответствие конкретному узлу.

Часто задаваемые вопросы

Какие свойства антифрикционных материалов важны при выборе бронзографита?

Учитывают состав, долю графита, пористость, твердость и прочность при радиальном сжатии. При испытаниях дополнительно оценивают коэффициент трения, износ и стабильность показателей во времени. Требуемое сочетание характеристик зависит от нагрузки, скорости, температуры и режима трения в узле.

Почему коэффициент трения графита отличается в разных испытаниях?

На него влияют состав и состояние материала, влажность, температура, нагрузка, скорость скольжения, контртело и формирование трибопленки. Для графита в сухих условиях приводятся значения 0,1-0,3, а в вакууме показатель может достигать 0,4-0,5. Эти диапазоны относятся к разным условиям и не заменяют испытание конкретной пары.

Чем отличаются марки ПА-БрОГр и ПА-БрОГр2?

Для ПА-БрОГр указано 0,5-1,0% графита и пористость 15-28%. Для ПА-БрОГр2 приводятся 1,5-2,5% графита и пористость 15-25%. Это различия состава и нормируемых характеристик, но они сами по себе не определяют, какая марка лучше подойдет конкретному узлу.

Можно ли выбрать бронзографит только по коэффициенту трения?

Нет. Помимо коэффициента трения, сопоставляют износ, прочность, пористость, твердость и стабильность поведения пары во времени. Результат зависит от условий испытания, поэтому значения имеет смысл сравнивать только при одинаковых контртеле, нагрузке, скорости, температуре, влажности и пути трения.

Заключение

Сравнительные триботехнические испытания помогают выбрать антифрикционный материал на основе бронзографита, если проводят их при одинаковых условиях и анализируют несколько показателей. Состав и нормативные характеристики марок ПА-БрОГр, ПА-БрОГр2 и ПА-БрОГр4 дают основу для предварительного отбора, а испытания показывают поведение конкретной пары трения.

Следующий шаг - зафиксировать режим работы узла, сверить марки и их показатели с документацией, а затем составить протокол с одинаковыми параметрами для всех образцов. В результаты включите коэффициент трения, износ и стабильность показателей во времени: так выбор будет связан с реальными условиями эксплуатации.