Informacje o materiałach łożyska ślizgowego

Niezawodność funkcjonalna i trwałość łożysk ślizgowych zależy od projektu łożyska i od właściwości stosowanych materiałów: pary łożysko - wałek i od właściwości smarowania. W zależności od warunków pracy, mogą przeważać własności materiałów użytych lub warunki smarowania.

Parametry projektu, warunki robocze i założenia ekonomiczne są podstawą do wyboru materiału łożyska. Oprócz właściwości ślizgowych, rozmiaru i charakteru siły obciążenia, zakresu prędkości poślizgowych i temperatur eksploatacyjnych, ilości i typu smaru, niezawodność smarowania, wpływy otaczającego środowiska, trwałość podyktowana przez współczynniki ekonomiczne, są także bardzo ważne. Aby prawidłowo wybrać materiał łożyska, należy wziąć pod uwagę poślizg, właściwości mechaniczne i fizyczne.

Wymagania dla łożysk ślizgowych są bardzo różne, tak więc znane materiały łożysk nie mogą ich całkowicie spełnić. Dla określonego przypadku należy określić porządek najważniejszych wymagań i wybrać rozwiązanie częściowe. Dla łożysk hydrostatycznych lub łożysk pracujących w strefie smarowania hydrodynamicznego, dla gwarantowanej wytrzymałości, należy najpierw skupić uwagę na projekcie łożyska i wyborze smaru. Dla łożysk pracujących w strefie ograniczonego smarowania, obliczonych także dla stref smarowania hydrodynamicznego i dla łożysk ślizgowych niesmarowanych, należy wziąć pod uwagę właściwości poślizgowe materiału. Te właściwości ślizgowe są zasadniczym kryterium dla stref mieszanego tarcia.

Głównym kryterium uznania materiałów łożyska są:

• Wytrzymałość na zatarcie
• Możliwość przystosowania i zdolność pochłaniania twardych cząstek
• Wytrzymałość zmęczeniowa
• Odporność na korozję
• Odporność na ścieranie
• Wartości współczynnika tarcia

Znaczenie i kolejność tych kryteriów jest różna w zależności od warunków. Zgodnie z tymi warunkami można wprowadzić inne kryteria, takie jak: właściwość pracy, właściwości stanu zagrożenia, zdolność uwodnienia przez smar, twardość, przewodność cieplna, rozszerzalność cieplna, gęstość itd.

Najważniejszymi kategoriami materiałów łożysk są kompozycje cyny i ołowiu, stopy miedzi z cyną i ołowiem, stopy aluminium, inne materiały metalowe (żeliwo szare, metale porowate itd.), plastik, inne materiały niemetalowe (grafit, guma, drewno itd.). Kryteria funkcjonalne głównych kategorii materiałów łożysk zostały zaprezentowane w poniższej tabeli:

Materiał łożyska	Wytrzymałość na zatarcie, gdy używany jest metalowy wał	Możliwość przystosowania i zdolność pochłaniania twardych cząstek	Wytrzymałość na korozję w kontakcie z olejem	Wytrzymałość zmęczeniowa
Kompozycje cynowe	Doskonała	Doskonała	Doskonała	Bardzo zła
Kompozycje ołowiowe	Doskonała	Doskonała	Średnia	Bardzo zła
Stop miedziowo-cynowy	Bardzo zła	Bardzo zła	Dobra	Doskonała
Stop miedziowo-cynowo-ołowiowy	Średnia	Nieprawidłowa	Nieprawidłowa	Dobra
Stop aluminiowo-cynowy	Dobra	Dobra	Bardzo zła	Średnia
Stop miedziowo-ołowiowy	Nieprawidłowa	Średnia	Doskonała	Doskonała
Żeliwo szare	Bardzo zła	Bardzo zła	Średnia	Doskonała
Plastik mieszany	Doskonała	Doskonała	Doskonała	-
Grafit	Doskonała	Średnia	Doskonała	-

Im wyższa twardość materiału łożyska tym większa obciążalność i odporność na ścieranie. Im bardziej miękki materiał łożyska, tym mniejsza skłonność do uszkadzania powierzchni wałka i lepsza zdolność przystosowania się, własności robocze i absorpcja twardych cząstek, co stanowi jego nadzwyczajne własności. Stąd prawdziwa jest zasada, że istotna jest różnorodność materiałów obu ślizgających się powierzchni. Korzystając z materiału łożyska należy upewnić się, że:

• twardość wałka powinna być dostatecznie wyższa (zwykle przynajmniej o 100 HB);
• tekstura powierzchni pary przesuwnej powinna odpowiadać zalecanym wartościom;
• należy zapewnić regularne dostawy smaru i jego czystość.

W poniższej tabeli zaprezentowano przybliżone wartości charakterystycznych właściwości dla materiałów łożyska ślizgowego:

Materiał	Średnia twardość HB przy 20 °C	Średnia twardość HB przy 100 °C	Wytrzymałość na rozciąganie [MPa]	Moduł sprężystości [MPa]	Maksymalna dopuszczalna temperatura pracy [°C]
Kompozycja cynowa	26	9	80	48 000	110
Kompozycja ołowiowa	22	8	77	30 000	100
Stopy miedziowo-cynowe	80	60	250	110.000t	250
Stopy miedziowo-ołowiowe	30	25	60	85 000	160
Stopy miedziowo-cynowo-ołowiowe	60	50	300	98 000	220
Stopy aluminiowo-cynowe	60	40	400	70 000	120
Stopy aluminiowo-cynowe	35	30	150	65 000	120
Stal	160	150	550	210 000	ponad 250
Żeliwo	200	190	250	150 000	ponad 250

Główne właściwości, maksymalna obciążalność i przykłady odpowiedniego wykorzystania dostępne są w następujących paragrafach dla wybranych typów materiałów łożysk.