|
DOI: 10.14489/td.2026.01.pp.024-033
Овчаренко Н. Ю.
ИССЛЕДОВАНИЕ ТВЕРДОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ АНТИФРИКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И БАББИТОВ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ РАБОЧИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
(с. 24-33)
Аннотация. Представлены результаты исследований твердости методами Бринелля и Шора распространенных отечественных баббитовых сплавов марок Б83 и Б16 (ГОСТ 1320–74, ISO 4383–91), а также аналога сплава TEGOSTAR 738 и современных промышленных полимерных антифрикционных композиционных материалов. Исследования проводились по методикам, регламентированным ГОСТ, при повышенных температурах (от 80 до 180 С), выходящих за пределы стандартного температурного диапазона их эксплуатации, для оценки влияния температуры на твердость материалов. Определены факторы, ограничивающие предельную рабочую температуру подшипников скольжения на основе исследуемых материалов. Предложена эмпирическая формула, устанавливающая соответствие между твердостью по Шору (шкала D) и твердостью по Бринеллю для баббитовых сплавов и полимерного композита на основе полиэфирэфиркетона. Полученные дан-ные позволяют оценивать твердость исследуемых материалов при термиче-ской нагрузке и могут быть использованы конструкторами и инженерно-техническим персоналом для обоснованного выбора антифрикционных материалов с учетом условий эксплуатации, ресурса и надежности работы узлов трения.
Ключевые слова: антифрикционные материалы, баббитовые сплавы, полимерные композиционные материалы, подшипники скольжения, термомеханические исследования, твердость, предельная рабочая температура, ресурс, эксплуатационная надежность.
Ovcharenko N. Yu.
INVESTIGATION OF THE HARDNESS OF POLYMER ANTIFRICTION MATERIALS AND BABBITTS AT ELEVATED OPERATING TEMPERATURES
(pp. 24-33)
Abstract. The article presents the results of hardness studies using the Brinell and Shore methods for commonly used domestic B83 and B16 babbitt alloys (GOST 1320–74, ISO 4383–91), as well as an alloy analogue of TEGOSTAR 738 grade, and modern industrial polymeric anti-friction composite materials. The studies were conducted according to GOST-regulated methodologies at elevated temperatures (from 80 to 180 C), exceeding the standard operational temperature range, with the aim of evaluating the influence of temperature on the hardness of the materials. Factors limiting the maximum operating temperature of sliding bearings based on the studied materials were identified. An empirical formula is proposed to establish a correlation between Shore D hardness and Brinell hardness for babbitt alloys and a polymer composite based on polyetheretherketone. The obtained data allow assessing of the hardness of the investigated materials under thermal load and can be used by designers and engineering personnel for the informed selection of bearing materials considering operating conditions, service life, and reliability of friction units.
Keywords: antifriction materials, babbitt alloys, polymer composite materials, sliding bearings, thermomechanical testing, hardness, operating temperature limit, service life, operational reliability.
Н. Ю. Овчаренко (АО НПК «Промышленные технологии», Москва, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
N. Yu. Ovcharenko (JSC NPK Industrial Technologies, Moscow, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. Tribology of polymer and polymer composites for Industry 4.0 / eds. H. Jena, J. K. Katiyar, A. Patnaik. Singapore: Springer, 2021. 211 р. DOI: 10.1007/978-981-16-3903-6
2. Barnes T., Beyer B., Griffey W., et al. The utilization of composite bearings in heavy agricultural, construction, forestry, and mining equipment design applications // Composite Materials – Science and Engineering. 2024. IntechOpen. DOI: 10.5772/intechopen.1004436
3. Babu M. V. S., Krishna A. R., Suman K. N. S. Review of journal bearing materials and current trends // American Journal of Materials Science and Technology. 2015. Vol. 4, No. 2. P. 72 – 83. DOI: 10.7726/ajmst.2015.1006
4. Friedrich K. Polymer composites for tribological applications // Advanced Industrial and Engineering Polymer Research. 2018. Vol. 1, No. 1. P. 3–39. DOI: 10.1016/j.aiepr.2018.05.001
5. Овчаренко Н. Ю., Егорушков М. Ю., Романенков П. Г., Константинов А. Е. Термоустойчивые материалы в опорах стационарных газотурбинных установок // Турбины и дизели. 2024. № 1(112). С. 98 – 103.
6. Смирнов Е. А., Толстихин Ю. Ю., Шишов А. В. и др. Применение антифрикционных материалов в подшипниках скольжения центробежных нагнетателей газоперекачивающих агрегатов // Газовая промышленность. 2023. № 4(857). С. 74 – 81.
7. Овчаренко Н. Ю., Ладенко С. В., Егорушков М. Ю. Технический прогресс в разработке новых подшипниковых материалов узлов трения // Турбины и дизели. 2023. № 4(109). С. 16 – 18.
8. Бронников А. Н., Забелин Н. Н., Шарипов Ш. Г. и др. Применение подшипников скольжения с полимерным антифрикционным покрытием на газоперекачивающем агрегате ГТК-10М // Газовая промышленность. 2024. № 4(864). С. 84 – 89.
9. Almas N., Kurbanova B., Zhakiyev N., et al. Mechano-chemical properties of electron beam irradiated polyetheretherketone // Polymers. 2022. Vol. 14, Art. 3067. DOI: 10.3390/polym14153067
10. Song J., Shi H., Liao Z., et al. Study on the nanomechanical and nanotribological behaviours of PEEK and CFRPEEK for biomedical applications // Polymers. 2018. Vol. 10, № 2, Art. 142. DOI: 10.3390/polym10020142
11. Рехвиашвили С. Ш., Гаев Д. С., Хаширова С. Ю. Исследование упругих свойств твердых полимерных материалов методом индентирования // Письма в ЖТФ. 2023. Т. 49, № 5. С. 3 – 5. DOI: 10.21883/PJTF.2023.05.54660.19381
12. Voyiadjis G. Z., Samadi-Dooki A., Malekmotiei L. Nanoindentation of high performance semicrystalline polymers: a case study on PEEK // Polymer Testing. 2017. Vol. 61. P. 57 – 64. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2017.05.005
13. Balta-Calleja F. J., Fakirov S. Microhardness of glassy polymers // Microhardness of Polymers. Cambridge: Cambridge University Press, 2000. P. 46 – 79. DOI: 10.1017/CBO9780511565021.004
14. Воскресенский В. А., Дьяков В. И. Расчет и проектирование опор скольжения. М.: Машиностроение, 1980. 223 с.
15. Потапов А. П. Совершенствование режимов останова блока с турбиной К-500-240-2: Пояснительная записка 100 500 000 019 ПЗ к дипломному проекту / ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ». Екатеринбург: УПИ, 2005. 37 с.
16. Эсперов Д. Г. Совершенствование конструкций опорных подшипников скольжения паровых турбин на основании экспериментальных исследований: дис. … канд. техн. наук. СПб.: ОАО «НПО ЦКТИ», 2015. 19 с.
17. Машков Ю. К., Полещенко К. Н., Поворознюк С. Н., Орлов П. В. Трение и модифицирование материалов трибосистем. М.: Наука, 2000. 280 с.
18. Кляйнрок И. Ю., Кравцов Д. В., Юдин Р. О. Применение современных подшипниковых опор в конструкции центробежных компрессоров // Турбины и дизели. 2023. № 4(109). С. 6 – 10.
19. РД 31.28.09‒93. Подшипники скольжения судовые с антифрикционным слоем из сплавов на основе олова, свинца. Технические требования к материалам. Типовые технологические процессы. СПб.: ЦНИИМФ, 1993. 85 с.
20. Материалы в машиностроении. Выбор и применение: справочник: в 5 т. Т. 1. Цветные металлы и сплавы / под ред. Л. П. Лужникова. М.: Машиностроение, 1967. С. 254 ‒ 256.
21. Потехин Б. А., Илюшин В. В., Христолюбов А. С. Особые свойства баббита Б83, полученного турбулентным способом литья // Литье и металлургия. 2010. № 3(57). С. 78 – 81.
22. Яковлев А. В., Зернин М. В. Влияние реологических свойств баббита на напряжения в антифрикционном слое подшипника скольжения // Вестник Брянского государственного технического университета. 2016. № 4(52). С. 66 – 74.
23. Leszczynska-Madej B., Madej M. The tribological properties and the microstructure investigations of tin babbit with Pb addition after heat treatment // Archives of Metallurgy and Materials. 2016. Vol. 61, No. 4. P. 1861 – 1868. DOI: 10.1515/amm-2016-0300
24. Leszczynska-Madej B., Madej M. The properties of babbitt bushes in steam turbine sliding bearings // Archives of Metallurgy and Materials. 2011. Vol. 56, No. 3. P. 805 – 812. DOI: 10.2478/v10172-011-0089-6
25. Марцинковский В. С., Тарельник В. Б., Плякин А. В. Проблемы и перспективы нанесения антифрикционных покрытий на вкладыши подшипников скольжения // Сб. докл. XIII Междунар. науч.-техн. конф. «ГЕРВИКОН-2011», семинар «ЭККОН-11», Сумы, Украина, 6 – 9 сент. 2011 г. Сумы, 2011. С. 197 – 209.
1. Jena, H., Katiyar, J. K., & Patnaik, A. (Eds.). (2021). Tribology of polymer and polymer composites for Industry 4.0. Springer. https://doi.org/10.1007/978-981-16-3903-6
2. Barnes, T., Beyer, B., Griffey, W., Johnson, L., & Miller, R. (2024). The utilization of composite bearings in heavy agricultural, construction, forestry, and mining equipment design applications. In Composite Materials – Science and Engineering. IntechOpen. https://doi.org/10.5772/intechopen.1004436
3. Babu, M. V. S., Krishna, A. R., & Suman, K. N. S. (2015). Review of journal bearing materials and current trends. American Journal of Materials Science and Technology, 4(2), 72–83. https://doi.org/10.7726/ajmst.2015.1006
4. Friedrich, K. (2018). Polymer composites for tribological applications. Advanced Industrial and Engineering Polymer Research, 1(1), 3–39. https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2018.05.001
5. Ovcharenko, N. Yu., Egorushkov, M. Yu., Romanenkov, P. G., & Konstantinov, A. E. (2024). Heat-resistant materials in the supports of stationary gas turbine units. Turbiny i Dizeli, (1), 98–103. [in Russian language].
6. Smirnov, E. A., Tolstikhin, Yu. Yu., Shishov, A. V., et al. (2023). Application of antifriction materials in sliding bearings of centrifugal superchargers of gas pumping units. Gazovaya Promyshlennost', (4), 74–81. [in Russian language].
7. Ovcharenko, N. Yu., Ladenko, S. V., & Ego¬rushkov, M. Yu. (2023). Technical progress in the development of new bearing materials for friction units. Turbiny i Dizeli, (4), 16–18. [in Russian language].
8. Bronnikov, A. N., Zabelin, N. N., Sharipov, Sh. G., et al. (2024). Application of sliding bearings with a polymer antifriction coating on the GTPA GTK-10M. Gazovaya Promyshlennost', (4), 84–89. [in Russian language].
9. Almas, N., Kurbanova, B., Zhakiyev, N., et al. (2022). Mechano-chemical properties of electron beam irradiated polyetheretherketone. Polymers, 14(15), 3067. https://doi.org/10.3390/polym14153067
10. Song, J., Shi, H., Liao, Z., Wang, J., & Chen, M. (2018). Study on the nanomechanical and nanotribological behaviours of PEEK and CFRPEEK for biomedical applications. Polymers, 10(2), 142. https://doi.org/10.3390/polym10020142
11. Rekhviashvili, S. Sh., Gaev, D. S., & Khashirova, S. Yu. (2023). Investigation of the elastic properties of solid polymer materials by indentation. Pis'ma v Zhurnal Tekhnicheskoi Fiziki, 49(5), 3–5. [in Russian language]. https://doi.org/10.21883/PJTF.2023.05.54660.19381
12. Voyiadjis, G. Z., Samadi-Dooki, A., & Malekmotiei, L. (2017). Nanoindentation of high performance semicrystalline polymers: A case study on PEEK. Polymer Testing, 61, 57–64. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2017.05.005
13. Balta-Calleja, F. J., & Fakirov, S. (2000). Microhardness of glassy polymers. In Microhardness of polymers (pp. 46–79). Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/CBO9780511565021.004
14. Voskresenskii, V. A., & D'yakov, V. I. (1980). Calculation and design of sliding bearings. Mashinostroenie. [in Russian language].
15. Potapov, A. P. (2005). Improvement of shutdown modes for a power unit with a K-500-240-2 turbine: Explanatory note 100 500 000 019 PZ for the diploma project. Ural'skii Gosudarstvennyi Tekhnicheskii Universitet – UPI. [in Russian language].
16. Esperov, D. G. (2015). Improvement of the design of support sliding bearings for steam turbines based on experimental research [Doctoral dissertation, OAO "NPO TsKTI"]. [in Russian language].
17. Mashkov, Yu. K., Poleshchenko, K. N., Povoroznyuk, S. N., & Orlov, P. V. (2000). Friction and modification of tribosystem materials. Nauka. [in Russian language].
18. Klyainrok, I. Yu., Kravtsov, D. V., & Yudin, R. O. (2023). Application of modern bearing supports in the design of centrifugal compressors. Turbiny i Dizeli, (4), 6–10. [in Russian language].
19. TsNIIMF. (1993). RD 31.28.09‒93. Marine sliding bearings with an antifriction layer made of tin-based and lead-based alloys. Technical requirements for materials. Standard technological processes. TsNIIMF. [in Russian language].
20. Luzhnikov, L. P. (Ed.). (1967). Materials in mechanical engineering. Selection and application: A reference book: In 5 vols. Vol. 1. Non-ferrous metals and alloys (pp. 254–256). Mashinostroenie. [in Russian language].
21. Potekhin, B. A., Ilyushin, V. V., & Khristolyubov, A. S. (2010). Special properties of babbitt B83 obtained by turbulent casting. Litie i Metallurgiya, (3), 78–81. [in Russian language].
22. Yakovlev, A. V., & Zernin, M. V. (2016). Influence of the rheological properties of babbitt on stresses in the antifriction layer of a sliding bearing. Vestnik Bryanskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta, (4), 66–74. [in Russian language].
23. Leszczynska-Madej, B., & Madej, M. (2016). The tribological properties and the microstructure investigations of tin babbit with Pb addition after heat treatment. Archives of Metallurgy and Materials, 61(4), 1861–1868. https://doi.org/10.1515/amm-2016-0300
24. Leszczynska-Madej, B., & Madej, M. (2011). The properties of babbitt bushes in steam turbine sliding bearings. Archives of Metallurgy and Materials, 56(3), 805–812. https://doi.org/10.2478/v10172-011-0089-6
25. Martsinkovskii, V. S., Tarelnik, V. B., & Plyakin, A. V. (2011). Problems and prospects of applying antifriction coatings to sliding bearing liners. In Collection of reports of the XIII International Scientific and Technical Conference "GERVICON-2011", seminar "EKCON-11" (pp. 197–209). [in Russian language].
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 700 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/td.2026.01.pp.024-033
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 700 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/td.2026.01.pp.024-033
and fill out the form
.
|
Текущий номер
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»