Монометаллические моторно-осевые подшипники тепловозов: замена материала с бронзы на комплексно-легированный алюминиевый сплав

Введение. Замена материала монометаллических моторно-осевых подшипников, изготовляемых в настоящее время, с бронзы на алюминиевый сплав целесообразна для повышения безопасности движения в связи с более высокой надежностью и экономичностью таких подшипников.
Материалы и методы. Рассмотрены материалы монометаллических моторно-осевых подшипников — бронзы и предлагаемых комплексно-легированных алюминиево-оловянных сплавов. Стандартными методами определены механические свойства: предел прочности на растяжение, относительное удлинение (пластичность), твердость по Бринеллю, ударная вязкость. Антифрикционные свойства (прирабатываемость, задиростойкость, износостойкость антифрикционного сплава и сопряженной с ним стали, температура нагрева поверхности стали и коэффициент трения) определялись по методикам ВНИИЖТ, утвержденным ОАО «РЖД», на машине трения СМЦ-2. С дизельным маслом М-14В2 испытаны бронза и три марки алюминиевых сплавов, а с осевым маслом — бронза, баббит Б16 и одна марка алюминиевого сплава.
Результаты. В результате исследований показана возможность замены бронзы на комплексно-легированные алюминиевые сплавы как по экономическим показателям, так и по антифрикционным свойствам. Проведено сравнение механических свойств, по большинству из которых алюминиевые сплавы превосходят или не уступают бронзе. Исключением является пластичность, по значениям которой бронза превосходит предлагаемые сплавы.
Обсуждение и заключение. По комплексу служебных характеристик, полученных при лабораторных исследованиях, представляется целесообразной замена бронзы на комплексно-легированный алюминиевый антифрикционный сплав. Окончательное решение о подобной замене может быть принято после стендовых и эксплуатационных испытаний моторно-осевых подшипников на тепловозах.

1. ГОСТ 613–79. Бронзы оловянные литейные. Марки [Электронный ресурс]: дата введения 1980-01-01. URL: https://rags.ru/gosts/gost/31486 (дата обращения: 12.09.2022).

2. Рудницкий Н. М. Материалы автотракторных подшипников скольжения. М.: Машиностроение, 1965. 164 с.

3. Никифоров В. А. Состав и свойства трущихся деталей из цветных металлов на тепловозах и повышение их качества с учетом структурной самоорганизации: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.02.01. М., 2003. 30 с.

4. Миронов А. Е., Никифоров В. А. О качестве бронзовых вкладышей моторно-осевых подшипников тепловозов // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2003. № 1. С. 35–40.

5. Буше Н. А. Подшипниковые сплавы для подвижного состава. М.: Транспорт, 1967. 224 с.

6. Ребиндер П. А., Лих тман В. А., Ма сленников В. В. Облегчение деформации металлических монокристаллов под влиянием адсорбции поверхностно-активных веществ // Доклады Академии наук СССР. 1941. Т. 32, № 2. С. 125.

7. Буше Н. А. Трение, износ и усталость в машинах. М.: Транспорт, 1987. 223 с.

8. Khons a r i M. M., Boos e r E. R. Applied Tribology: Вearing Design and Lubrication. 3rd Edition. New York: Wiley, 2017. 672 p.

9. Основы трибологии (трение, износ, смазка): учеб. для технических вузов / А.В. Чичинадзе [и др.]; под общ. ред. А. В. Чичинадзе. 2-е изд. М.: Машиностроение, 2001. 664 с.

10. Lor enz N., Of fne r G., Knaus O. Thermal analysis of hydrodynamic lubrication journal bearings in internal combustion engines // Proceedings of the Institution of mechanical Engineers, Part K: Journal of Multi-Body Dynamics. 2017. Vol. 231 (3). P. 406–419. https://doi.org/10.1177/146441931769387.

11. Скрябин В. А. Особенности применения подшипников скольжения в технологических машинах // Машиностроитель. 2015. № 8. С. 8–21.

12. Анализ путей совершенствования и технологии изготовления подшипников коленчатого вала тепловозных дизелей / С. М. Захаров [и др.] // Тяжелое машиностроение. 2015. № 6. С. 11–18.

13. Захаров С. М., Никитин А. П., Загорянск и й Ю. А. Подшипники коленчатых валов тепловозных дизелей. М.: Транспорт, 1981. 181 с.

14. Cheng K., Rowe W. B. A selection strategy for the design of externally pressurized journal bearings // Tribology International. 2007. Vol. 28, no. 7. P. 465–474. https://doi.org/10.1016/0301-679X(95)00011-R.

15. Алюминиевые сплавы антифрикционного назначения / Н. А. Белов [и др.]; под ред. А. Е. Миронова [и др.]. М.: Изд. Дом «МИСиС», 2016. 222 с.

16. Pratt G. C. Materials for plain bearings // International Metallurgical Reviews. 1973. Vol. 18 (2). P. 62–88.

17. Буше Н. А. Трение, износ и усталость в машинах: Транспортная техника: учеб. для вузов ж.-д. транспорта. М.: Транспорт, 1987. 223 с.

18. Ра с с адин Ю. А., Рудницкий Н. М., Авинян Ю. Л. Повышение качества алюминиевых антифрикционных сплавов введением в них свинца // Повышение качества и надежности биметаллических подшипников: [сб. ст.] / [под ред. В. А. Ротенберга]. М.: ЦНИИТЭИ Тракторсельхозмаш, 1972. С. 30–35. (Технология и автоматизация производственных процессов).

19. Маркова Т. Ф. Антифрикционные материалы системы Al – Pb – Sn для подшипников скольжения транспортных дизелей: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.02.01. М., 1986. 23 с.

20. Tribological and Structural study of new aluminum based antifriction material / I. I. Kurbatkin [et al.] // Journal of Friction and Wear. 2014. Vol. 35, no. 2. P. 93–97. https://doi.org/10.3103/S106836661402007X.

21. Phase composition and structure of aluminum Al – Cu – Si – Sn – Pb alloys / N. A. Belov [et al.] // The physics of metals and metallography. 2016. Vol. 117 (6). P. 570–587. https://link.springer.com/article/10.1134/S0031918X16040025.

22. Столярова О. О. Обоснование состава и структуры литейных антифрикционных алюминиевых сплавов, легированных легкоплавкими металлами: дис. … канд. техн. наук: 05.16.01. М., 2016. 217 с.

23. Миронов А. Е., Котова Е. Г. Разработка новых марок литейных алюминиевых антифрикционных сплавов для замены бронз в узлах трения // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2011. Т. 13. С. 1136–1140.

24. Новые антифрикционные алюминиевые сплавы с повышенной способностью к адаптации при трении для монометаллических подшипников скольжения взамен бронз / С. Н. Григорьев [и др.]. М.: МГТУ «СТАНКИН», 2021. 136 с.

25. Новые антифрикционные алюминиевые сплавы для литых монометаллических подшипников скольжения. Стендовые испытания / А. Е. Миронов [и др.] // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2020. Т. 79, № 4. С. 217–223. https://doi.org/10.21780/2223-9731-2020-79-4-217-223.

26. ГОСТ 1497–84 (ИСО 6892–84). Металлы. Методы испытаний на растяжение [Электронный ресурс]: дата введения 1986-01-01. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200004888 (дата обращения: 12.09.2022).

27. ГОСТ 9454–78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах [Электронный ресурс]: дата введения 1979-01-01. URL: https://docs. cntd.ru/document/1200005045 (дата обращения: 12.09.2022).