Płyta odporna na zużycie ze stopu miedzi: rodzaje, właściwości i jak wybrać właściwą

Odporna na zużycie płyta ze stopu miedzi to jeden z tych elementów, który zwykle pozostaje niezauważony, dopóki nie ulegnie awarii, a kiedy to nastąpi, konsekwencje odbijają się na całej maszynie lub konstrukcji, na której się opiera. Od ponad stulecia blachy ścieralne na bazie miedzi cieszą się zaufaniem w zastosowaniach ślizgowych, pod dużym obciążeniem i podatnych na korozję, ponieważ oferują coś, czego nie mogą zapewnić blachy stalowe: połączenie nośności, naturalnie niskiego tarcia na stalowych powierzchniach współpracujących, odporności na korozję, a w wersjach samosmarujących możliwość pracy bez ciągłego zewnętrznego oleju lub smaru. W tym przewodniku omówiono główne rodziny stopów miedzi stosowanych w płytach ścieralnych, ich właściwości mechaniczne i tribologiczne, rolę wkładek ze stałym środkiem smarnym, konkretne gałęzie przemysłu i zastosowania, w których są one stosowane, a także wymagania, jakie należy określić przy ich pozyskiwaniu.

Dlaczego stopy miedzi są używane do płyt ścieralnych

Trybologiczny przypadek stopów miedzi w zastosowaniach związanych ze zużyciem ślizgowym rozpoczyna się od tarcia. Współczynniki tarcia dla stopów brązu w kontakcie ze stalą mieszczą się w zakresie od 0,08 do 0,14 w warunkach smarowanych — w porównaniu do 0,32 dla aluminium o stali i 1,00 dla stali o stali. W warunkach smarowania suchego lub granicznego stopy brązu nadal osiągają współczynniki tarcia zaledwie od 0,12 do 0,30, utrzymując znaczące działanie przeciwzatarciowe nawet po przerwaniu smarowania. Takie zachowanie wynika z właściwości fizycznych i chemicznych stopów miedzi na styku ślizgowym: są one bardziej miękkie niż powierzchnie współpracujące ze stali, dzięki czemu dopasowują się do nieregularności powierzchni i osadzają małe cząsteczki zanieczyszczeń, zamiast pozwalać tym cząstkom nacinać obie powierzchnie. Ta zgodność oznacza również, że zużycie blachy ścieralnej ze stopu miedzi następuje stopniowo i przewidywalnie, a nie katastrofalnie.

Oprócz tarcia stopy miedzi oferują przewodność cieplną od trzech do dziesięciu razy wyższą niż stal, co oznacza, że ​​ciepło powstałe w wyniku tarcia na styku ślizgowym szybko rozprasza się w korpusie płytki, zamiast gromadzić się w strefie styku, przyspieszając zużycie termiczne, uszkodzenie powłoki lub zatarcie. Stopy miedzi są również odporne na zacieranie — zgrzewanie adhezyjne ślizgających się powierzchni metalowych — znacznie lepiej niż kontakt stal ze stalą, szczególnie brązy aluminiowe i mosiądze o dużej wytrzymałości na rozciąganie, które tworzą na powierzchni stabilne warstwy tlenku, które działają jak cienkie, twarde warstwy protektorowe chroniące materiał sypki pod spodem.

Praktycznym rezultatem jest materiał na płyty ścieralne, który umożliwia dłuższe okresy międzyobsługowe, bardziej przewidywalne harmonogramy wymian, mniejszą częstotliwość wymian w porównaniu z płytami ścieralnymi ze stali hartowanej w tych samych zastosowaniach ślizgowych oraz zdolność do pracy w środowiskach, w których nie można utrzymać niezawodnego smarowania zewnętrznego – czyli w warunkach, w których stalowe blachy ścieralne ulegają szybkiemu zatarciu i uszkodzeniu.

Rodziny stopów miedzi stosowane w płytach odpornych na zużycie

W płytach ścieralnych stosuje się kilka różnych rodzin stopów miedzi, każdy o innym bilansie wytrzymałości, tarcia, odporności na korozję i podatności na obróbkę skrawaniem. Zrozumienie różnic pomaga w prawidłowym wyborze stopu dla określonych warunków pracy.

Brąz aluminiowy (CuAl)

Brąz aluminiowy to rodzina stopów miedzi o najwyższej wytrzymałości, powszechnie dostępna w postaci blachy trudnościeralnej, o wytrzymałości na rozciąganie w zakresie od 550 MPa dla standardowych gatunków odlewów do 900 MPa lub więcej dla stopów obrabianych plastycznie lub obrabianych cieplnie. Zawartość aluminium (zwykle 8–12% wag.) sprzyja tworzeniu się stabilnej, gęstej warstwy powierzchniowej tlenku glinu, która zapewnia zarówno ochronę przed korozją, jak i odporność na zużycie. C95400 (CuAl10Fe5 / GB: QAl10-3-1.5) to standardowy stop przemysłowy na blachy ścieralne z brązu aluminiowego — łączy w sobie dobrą wytrzymałość, doskonałą odporność na korozję i dużą odporność na zużycie. C95500 i C63000 (CuAl10Fe5Ni5) zawierają dodatek niklu w celu zwiększenia wytrzymałości i odporności na korozję, co czyni je standardowym wyborem dla blach ściernych stosowanych w procesach morskich, morskich i chemicznych, gdzie jednocześnie występują obciążenia mechaniczne i agresywne media.

Płyty trudnościeralne z brązu aluminiowego są preferowanym wyborem tam, gdzie występują duże obciążenia ściskające (powyżej 300 MPa nacisku kontaktowego), średnie do wysokich prędkości poślizgu i środowiska korozyjne. Typowe zastosowania obejmują podkładki ścieralne przekładni, pierścienie prowadzące cylindrów hydraulicznych, płyty łożysk mostów, tuleje wałów napędowych okrętów i pierścienie ślizgowe pomp w wodzie morskiej. Jedynym ograniczeniem brązu aluminiowego jest jego tendencja do powodowania większego zużycia powierzchni współpracujących ze stali w porównaniu z bardziej miękkimi stopami brązu – tam, gdzie zużycie powierzchni współpracującej stanowi problem, dobór stopu powinien zrównoważyć trwałość blachy ścieralnej z kosztem współpracującego elementu stalowego.

Brąz cynowy (CuSn)

Stopy brązu cynowego (zwykle 8–12% cyny) są klasycznym materiałem na łożyska i płyty ścieralne od ponad dwóch tysięcy lat i pozostają standardem w wielu zastosowaniach ślizgowych przy umiarkowanych obciążeniach ze względu na wyjątkowe połączenie odporności na zużycie, dopasowywania się, możliwości osadzania i właściwości przeciwzatarciowych. Wiodące gatunki przemysłowych blach trudnościeralnych z brązu cynowego obejmują C90700 (CuSn12), C91100 (CuSn16) i C93200 (CuSn7Pb7Zn3 / SAE 660 / GB: ZCuSn5Pb5Zn5). SAE 660 / C93200 to jeden z najczęściej stosowanych na świecie stopów brązu łożyskowego ogólnego przeznaczenia — jego skład cyny, ołowiu i cynku zapewnia dobrą nośność, doskonałe zatrzymywanie oleju w porowatej strukturze odlewu, właściwości przeciwzatarciowe pochodzące od fazy ołowiowej i szeroką odporność na korozję.

Płyty ścieralne z brązu cynowego działają skutecznie przy naciskach do 275 MPa (w niektórych klasach do 700 barów w konfiguracjach czopowych) i temperaturach do 260°C. Są one standardowym materiałem na prowadnice ślizgowe obrabiarek, pierścienie ślizgowe siłowników hydraulicznych i pneumatycznych, płytki ślizgowe złącz kompensacyjnych mostów oraz elementy ślizgowe ogólnego przeznaczenia w sprzęcie chemicznym i spożywczym. Brąz fosforowy (z dodatkiem fosforu w ilości 0,03–0,35%) jeszcze bardziej poprawia właściwości sprężynowe, sztywność i odporność na zużycie i jest stosowany w bardziej precyzyjnych płytach ścieralnych w oprzyrządowaniu i lekkiej inżynierii.

Mosiądz o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie (brąz manganowy / CuZnMnAlFe)

Mosiądze o dużej wytrzymałości na rozciąganie — znane na różnych rynkach jako brąz manganowy, mosiądz Golik lub mosiądz o dużej wytrzymałości — są modyfikacjami podstawy z mosiądzu 60/40 (metal Muntz) z dodatkami manganu, żelaza, aluminium, a czasem niklu i ołowiu. Najczęściej stosowany jest chiński gatunek ZCuZn24Al6Fe4Mn3 (około 62% miedzi) oraz amerykańskie/europejskie odpowiedniki C86300 i C86200. Stopy te osiągają wytrzymałość na rozciąganie na poziomie 600–700 MPa — konkurencyjną w stosunku do brązów aluminiowych o niższej wytrzymałości — w połączeniu z dobrą obrabialnością, umiarkowaną odpornością na korozję i doskonałą odpornością na zużycie w warunkach smarowania.

Mosiężne płyty ścieralne o dużej wytrzymałości na rozciąganie są szeroko stosowane w maszynach do odlewania ciśnieniowego (płyty ślizgowe podstawy matrycy, prowadnice płyt wypychaczy), listwach ścieralnych do form wtryskowych, podkładkach ścieralnych ślizgów narzędzi pras krawędziowych i tulejach ścieralnych obrotowych maszyn budowlanych. Ich połączenie wytrzymałości, obrabialności i niższego kosztu stopu w porównaniu z brązem aluminiowym sprawia, że ​​są one opłacalnym wyborem, gdy nie jest wymagana ekstremalna odporność na korozję. Do zastosowań w prasach pod dużym obciążeniem mosiądz C86300 o dużej wytrzymałości na rozciąganie z grafitowymi korkami jest jednym z najpopularniejszych na świecie materiałów na płyty ścieralne matryc.

Brąz ołowiowy (CuSnPb)

W stopach brązu ołowiowego głównym elementem zmniejszającym tarcie jest ołów. Ołów nie tworzy stopu z miedzią — zamiast tego występuje w postaci dyskretnych kuleczek rozmieszczonych w matrycy miedziano-cynowej. W warunkach poślizgu ołów rozmazuje się po powierzchni styku, tworząc cienką, samoodnawiającą się warstwę smarną, która zapobiega zatarciu nawet przy marginalnych warunkach smarowania. Płyty ścierne z brązu ołowiowego są miękkie, bardzo dopasowujące się i lepiej tolerują niewspółosiowość wałów i brudne smary niż płyty z twardszego stopu. C93200 (wspomniany już powyżej) jest stopem hybrydowym; gatunki o wyższej zawartości ołowiu, takie jak C93700 (CuSn10Pb10) i C94300, są stosowane tam, gdzie podstawowym wymaganiem jest odporność na zatarcie w warunkach słabo smarowanych, kosztem zmniejszonej nośności w porównaniu z brązem cynowym. Płyty ścieralne z brązu ołowiowego są standardem w łożyskach silników samochodowych, głównych łożyskach silników przemysłowych i ogólnych zastosowaniach prowadnic ślizgowych, gdzie warunki pracy są umiarkowane, a priorytetem jest niezawodność przeciwzatarciowa.

Gatunki blach ściernych ze stopów miedzi — właściwości w skrócie

Poniższa tabela podsumowuje kluczowe właściwości mechaniczne i tribologiczne głównych gatunków blach ściernych ze stopów miedzi, co ułatwia szybki wybór materiału.

Samosmarujące płytki ścieralne ze stopu miedzi z wkładkami ze stałego smaru

Standardowa płyta ścieralna ze stopu miedzi wykorzystuje zewnętrzny środek smarny — olej lub smar dostarczany do powierzchni ślizgowej — w celu utrzymania filmu o niskim współczynniku tarcia, który zapobiega bezpośredniemu kontaktowi metalu z metalem i kontroluje szybkość zużycia. Gdy nie można zapewnić niezawodnego smarowania zewnętrznego — ze względu na środowisko pracy, ograniczenia dostępu, ekstremalne temperatury lub obawy związane z zanieczyszczeniem — samosmarujące płyty ścieralne ze stopu miedzi z wkładkami ze stałego smaru rozwiązują problem na poziomie komponentu.

Płyty ścieralne ze stopu miedzi z osadzonym grafitem

Najpowszechniej stosowana samosmarująca miedziana płyta ścieralna łączy w sobie podstawę ze stopu miedzi o wysokiej wytrzymałości (zwykle brąz aluminiowy C95400, mosiądz o dużej wytrzymałości na rozciąganie C86300 lub brąz cynowy C90700) z cylindrycznymi zatyczkami lub prętami z litego grafitu wciśniętymi lub odlanymi w obrobionych maszynowo otworach w powierzchni ślizgowej. Grafit pokrywa około 20–30% powierzchni ślizgowej, rozkładając się równomiernie w strefie styku. Podczas pracy, gdy płyta ślizga się po powierzchni współpracującej, grafit w sposób ciągły przenosi się z świec na powierzchnię tarczy ścieralnej i powierzchnię współpracującą, tworząc stałą warstwę smaru, która utrzymuje się niezależnie od zewnętrznego układu smarowania.

Koperta robocza płyt trudnościeralnych ze stopu miedzi z osadzonym grafitem obejmuje szeroki zakres: nośność do 250 MPa statycznego nacisku kontaktowego, współczynniki tarcia na sucho 0,10–0,16 (w porównaniu z 0,20–0,35 dla niesmarowanej płyty z litej miedzi) i temperatury pracy od kriogenicznej (-200°C) do pracy w podwyższonej temperaturze do 300–400°C, gdzie większość produktów na bazie oleju smary ulegają degradacji. Ten zakres temperatur sprawia, że ​​płyty trudnościeralne z brązu zatopionego w graficie są standardowym rozwiązaniem w sprzęcie do produkcji szkła, zespołach prowadnic drzwi pieca, prowadnicach pras do kucia na gorąco i sprzęcie pomocniczym huty stali, gdzie temperatury otoczenia całkowicie wykluczają smarowanie olejem.

Płytki ścieralne ze stopu miedzi z inkrustacją MoS₂

Dwusiarczek molibdenu (MoS₂) to warstwowy, krystaliczny stały smar o współczynniku tarcia 0,03–0,06 w umiarkowanych temperaturach — niższych niż w przypadku grafitu — i doskonałym działaniu w środowiskach suchych lub próżniowych, gdzie pogarsza się smarowność grafitu (grafit wymaga pewnej wilgotności, aby osiągnąć najniższe tarcie). Korki lub powłoki MoS₂ są stosowane w płytach ścieralnych ze stopów miedzi w mechanizmach lotniczych, sprzęcie próżniowym i precyzyjnych instrumentach, gdzie wymagane jest wyjątkowo niskie tarcie bez ryzyka zanieczyszczenia smaru. Pułap temperaturowy skuteczności MoS₂ wynosi około 350°C w powietrzu (wyższy w atmosferze obojętnej lub próżni), węższy niż górny zakres grafitu, ale w pełni odpowiedni dla większości zastosowań ślizgowych poza piecami.

Płytki ścieralne ze stopu miedzi ze smarowaniem

Płyty ścieralne z rowkami smarowymi stanowią rozwiązanie pośrednie pomiędzy płytami smarowanymi zewnętrznie a płytami w pełni samosmarującymi. Powierzchnia ślizgowa jest obrobiona za pomocą rowków — prostych równoległych kanałów, wzorów kreskowania lub konfiguracji spiralnych — które służą jako zbiorniki smaru zgromadzonego podczas instalacji. Smar jest uwalniany stopniowo w miarę pracy płyty, zapewniając smarowanie przez dłuższe okresy międzyobsługowe bez konieczności ciągłego dostarczania z zewnątrz. Takie podejście jest standardem w przypadku przegubów obrotowych sprzętu budowlanego, sworzni wysięgnika koparki, suwaków wieńca obrotowego żurawi i płyt nośnych mostów, gdzie istnieje dostęp do okresowego ponownego smarowania, ale ciągłe automatyczne systemy smarowania nie są praktyczne.

Przemysłowe zastosowania płyt odpornych na zużycie stopów miedzi

Połączenie nośności, właściwości przeciwciernych, odporności na korozję i przewodności cieplnej sprawia, że płyty odporne na zużycie ze stopu miedzi niezastąpione w szerokim zakresie zastosowań przemysłowych. Każde zastosowanie kładzie nacisk na inny podzbiór tych właściwości.

• Oprzyrządowanie do odlewania ciśnieniowego i formowania wtryskowego: Płyty ścieralne z mosiądzu i brązu aluminiowego o dużej wytrzymałości na rozciąganie (płyty prowadzące, listwy ścieralne płyt wypychaczy, prowadnice ślizgów matrycy) są standardem w oprzyrządowaniu do form wtryskowych i odlewów ciśnieniowych. Zapewniają twardość odporną na ścieranie w wyniku cyklicznego ruchu zamykania matrycy, wystarczającą miękkość, aby chronić twardsze powierzchnie współpracujące ze stali narzędziowej, a także warianty samosmarujące, które eliminują potrzebę stosowania środków antyadhezyjnych, które mogłyby zanieczyścić odlew.
• Łożyska rozprężne mostu: Płyty łożysk ślizgowych z brązu, zwykle z brązu aluminiowego lub brązu cynowego z osadzonym grafitem, są stosowane na stykach ślizgowych kompensatorów mostowych i łożysk garnkowych. Płyty kompensują rozszerzalność cieplną i kurczenie się pomostu mostu w poprzek gniazda łożyska, przenosząc obciążenia pionowe od setek do tysięcy kiloniutonów podczas przesuwania się w poziomie o milimetry do dziesiątek centymetrów dziennie. Wymagania dotyczące żywotności wynoszące 50 lat lub więcej sprawiają, że warianty samosmarujące są standardowym wyborem w budowie nowych mostów.
• Siłowniki i siłowniki hydrauliczne: Brązowe pierścienie ślizgowe i płytki prowadzące na cylindrach hydraulicznych zapobiegają stykaniu się tłoka z otworem cylindra podczas obciążenia bocznego, chroniąc uszczelnienie cylindra i powierzchnię otworu. Brąz cynowy C93200 i brąz fosforowy są standardem dla hydraulicznych pierścieni ślizgowych w zastosowaniach przemysłowych; brąz aluminiowy jest stosowany w hydraulice morskiej i cywilnej, gdzie większe obciążenia łączą się z narażeniem na wodę morską lub zanieczyszczone płyny.
• Ciężki sprzęt do prasowania i kucia: Prowadnice ślizgowe, płyty łożysk nurników i tuleje prowadnic ślizgowych w prasach mechanicznych i hydraulicznych wytrzymują wysokie naciski kontaktowe i obciążenia udarowe podczas każdego suwu prasy. Płyty ścieralne z brązu aluminiowego z osadzonym grafitem są standardem w prowadnicach ślizgowych pras kuźniczych, gdzie połączenie dużego obciążenia, umiarkowanej prędkości i wysokiej temperatury otoczenia powodowanej przez gorące detale wyklucza smarowanie olejem z bezpośredniego obszaru roboczego.
• Sprzęt morski i offshore: Płyty ścieralne z brązu aluminiowego i brązu niklowo-aluminiowego są stosowane w tulejach rur rufowych wału napędowego, czopach steru, powierzchniach ścieralnych ograniczników łańcucha i elementach ślizgowych wyposażenia pokładowego. Doskonała odporność tych stopów na korozję w wodzie morskiej, erozję kawitacyjną i osady biologiczne sprawia, że ​​są one materiałem wybieranym w całym sektorze morskim wszędzie tam, gdzie w środowisku słonowodnym występuje kontakt ślizgowy.
• Urządzenia pomocnicze huty: Rolki prowadzące maszyny do odlewania ciągłego, okładziny ścieralne obudowy walcarki i płyty ścieralne bocznej prowadnicy stołu wybiegowego pracują w środowisku charakteryzującym się wysoką temperaturą, zanieczyszczeniem zgorzeliną, narażeniem na hartowanie wodą i dużym obciążeniem mechanicznym, które stanowi wyzwanie dla każdego materiału zużywalnego. Płyty z brązu aluminiowego z osadzonym grafitem skutecznie radzą sobie w tym środowisku, ponieważ smarowanie grafitem nie ulega degradacji pod wpływem zanieczyszczenia wodą, a stop na bazie brązu aluminiowego jest odporny na korozyjne działanie chemiczne wody w młynie.
• Maszyny budowlane: Mosiężne płyty ścieralne i tuleje ze smarem o dużej wytrzymałości na rozciąganie są standardem w przegubach obrotowych koparek, dźwigów i spycharek — sprzęt budowlany pracujący w warunkach dużego naprężenia kontaktowego, powolnego ruchu oscylacyjnego i zanieczyszczonego środowiska to dokładnie profil użytkowy, dla którego pierwotnie opracowano komponenty zużywalne z brązu manganowego.

Formy produkcyjne i standardowe wymiary

Odporne na zużycie płyty ze stopów miedzi są dostępne w kilku formach produkcyjnych, z których każda jest dostosowana do różnych zakresów rozmiarów, tolerancji i ekonomiki produkcji.

Płyty i pręty odlewane metodą ciągłą

Odlewanie ciągłe wytwarza płyty i pręty ze stopu miedzi poprzez zestalanie stopionego stopu w chłodzonej wodą formie grafitowej i ciągłe usuwanie krzepnącego odlewu w postaci pręta, pręta lub przekroju prostokątnego. W procesie ciągłego odlewania powstaje drobna, jednolita struktura ziaren o większej gęstości i bardziej stałych właściwościach mechanicznych niż statyczne odlewanie w formach piaskowych, co czyni go preferowaną metodą produkcji półfabrykatów z brązu cynowego i brązu aluminiowego klasy łożyskowej. Płyty z brązu odlewanego ciągłego są dostępne w grubościach od około 6 mm do 100 mm, szerokości do 500 mm i długościach do 3000 mm lub więcej, w zależności od stopu i producenta. Ta forma służy do bezpośredniej obróbki do końcowych wymiarów blachy ścieralnej.

Pierścienie i cylindry odlewane odśrodkowo

Odlewanie odśrodkowe wlewa stopiony stop do obracającej się cylindrycznej formy, gdzie siła odśrodkowa rozprowadza ciekły metal na zewnątrz w kierunku ścianki formy. W ten sposób powstają puste cylindry o wyjątkowej gęstości mikrostrukturalnej (siła odśrodkowa wyrzuca gaz i zanieczyszczenia na powierzchnię otworu), co sprawia, że ​​odlewany odśrodkowo stop miedzi jest preferowanym surowcem do produkcji pierścieni ślizgowych o dużej średnicy, panewek łożysk poprzecznych i cylindrycznych tulei ścieralnych, które są następnie nacinane lub obrabiane w formie płaskiej płyty ścieralnej.

Płyty odlewane piaskowo i metodą odlewu inwestycyjnego

Odlewanie piaskowe i odlewanie metodą traconą stosuje się w przypadku płyt ścieralnych o złożonej geometrii — zintegrowanych kołnierzach, występach lub elementach wewnętrznych — których obróbka z pełnego półfabrykatu jest nieekonomiczna. Odlewane płyty ścieralne mają zazwyczaj nieco niższe właściwości mechaniczne niż odpowiedniki odlewów ciągłych ze względu na grubszą strukturę ziaren i możliwość porowatości odlewu, ale umożliwiają produkcję złożonych komponentów w kształcie zbliżonym do netto przy mniejszych stratach materiału niż obróbka skrawaniem z ciała stałego. Brąz aluminiowy odlewany piaskowo (C95400 według ASTM B271 lub B505) jest standardem w przypadku dużych płyt nośnych mostów i ciężkich przemysłowych elementów ślizgowych.

Płyty spiekane i metalurgii proszków

Płyty ścieralne ze spiekanego stopu miedzi produkowane są poprzez zagęszczanie i spiekanie mieszanek miedzi, cyny i proszków smarowych, a następnie kalibrowanie spiekanej formy do ostatecznych wymiarów. Z natury porowata, spiekana struktura działa jak zbiornik oleju — gdy płyta nagrzewa się podczas pracy, rozszerzalność cieplna pompuje olej na powierzchnię; gdy ostygnie, olej jest ponownie zasysany. To samosmarujące zachowanie sprawia, że ​​płyty ze spiekanego stopu miedzi są standardem w zastosowaniach przy niskich prędkościach i lekko obciążonych, takich jak łożyska urządzeń gospodarstwa domowego, prowadnice lekkich maszyn i czopy instrumentów, gdzie smarowanie ciągłe lub ręczne nie jest praktyczne.

Wybór właściwej blachy ścieralnej ze stopu miedzi: kluczowe kryteria decyzyjne

Wybór właściwej płyty odpornej na zużycie ze stopu miedzi do konkretnego zastosowania wymaga systematycznego analizowania warunków pracy i dopasowywania ich do stopu i opcji konfiguracji.

• Nacisk kontaktowy i rodzaj obciążenia: Obliczyć średni i szczytowy nacisk kontaktowy na styku płyty ścieralnej (obciążenie podzielone przez powierzchnię styku). W przypadku obciążeń statycznych lub wolno oscylujących poniżej 200 MPa odpowiedni jest brąz cynowy SAE 660 / C93200 lub standardowy mosiądz C86300 o dużej wytrzymałości na rozciąganie. W przypadku wyższych nacisków kontaktowych lub dynamicznych obciążeń udarowych należy zastosować brąz aluminiowy C95400 lub C95500. Obciążenia powyżej 300 MPa nacisku kontaktowego wymagają brązu aluminiowego lub brązu niklowo-aluminiowego jako minimalnej specyfikacji.
• Dostępność smarowania: Jeśli można utrzymać ciągłe lub niezawodne okresowe smarowanie zewnętrzne, ekonomiczny jest lity brąz z rowkami smarowymi. Jeżeli smarowanie jest przerywane, zawodne lub w ogóle go nie ma (wysoka temperatura, zanieczyszczenie, ograniczenia dostępu), należy wybrać samosmarujące płyty ścieralne z osadzonym w graficie. W środowiskach próżniowych lub wolnych od wilgoci, gdzie grafit traci skuteczność, należy rozważyć wkłady MoS₂.
• Temperatura pracy: Płytki ścieralne z brązu cynowego i brązu ołowiowego można stosować w temperaturze roboczej około 260°C. Brąz aluminiowy zachowuje użyteczne właściwości do temperatury 400°C i wyższej. Dla temperatur powyżej 400°C (środowisko pieca, sprzęt szklany) standardem jest brąz aluminiowy z osadzonym grafitem; w bardzo wysokich temperaturach należy rozważyć spiekane kompozyty miedź-grafit.
• Środowisko korozyjne: W przypadku środowisk procesowych zawierających wodę morską, morską lub zawierających chlorki wymagany jest brąz aluminiowy (C95400 lub C95500) lub brąz niklowo-aluminiowy. Brąz cynowy dobrze sprawdza się w wodzie słodkiej i wielu środowiskach chemicznych. Mosiądz o dużej wytrzymałości na rozciąganie sprawdza się odpowiednio w warunkach lekko korozyjnych, ale nie powinien być przeznaczony do bezpośredniego zanurzenia w wodzie morskiej lub w środowiskach zawierających amoniak, gdzie udokumentowanym typem awarii jest pękanie korozyjne naprężeniowe (pękanie sezonowe) mosiądzu.
• Materiał powierzchni współpracującej i twardość: W przypadku powierzchni współpracujących ze stalą należy upewnić się, że stal jest twardsza niż płyta ze stopu miedzi — w przypadku płyt ścieralnych z brązu aluminiowego zaleca się minimalną twardość powierzchni współpracującej wynoszącą 30 HRC, aby zapewnić preferowane zużycie stopu miedzi. Miękkie stopy miedzi (brąz cynowy, brąz ołowiowy) są bardziej tolerancyjne na bardziej miękkie lub chropowate powierzchnie współpracujące, ponieważ ich podatność kompensuje niedoskonałości powierzchni.
• Wymiary standardowe lub niestandardowe: Standardowe blachy ścieralne ze stopów miedzi są dostępne w grubościach co 5–10 mm i o standardowych szerokościach. Jeżeli zastosowanie wymaga niestandardowych wymiarów, należy potwierdzić u dostawcy, czy w wymaganym czasie realizacji dostępny jest odlew ciągły lub materiał obrabiany z materiału stałego. W przypadku złożonych geometrii należy ocenić, czy odlewanie jest bardziej ekonomiczne niż pełna obróbka z pełnego pręta.

Instalacja, docieranie i konserwacja

Nawet najlepiej dobrana płyta odporna na zużycie ze stopu miedzi będzie działać gorzej lub ulegnie przedwczesnemu uszkodzeniu, jeśli zostanie nieprawidłowo zainstalowana, niewłaściwie dotarta lub konserwowana bez zwracania uwagi na specyficzne wymagania styku ślizgowego ze stopu miedzi.

Podczas montażu należy upewnić się, że powierzchnia przylegania płytki ścieralnej jest płaska, czysta i wolna od zadziorów lub wzniesień, które mogłyby powodować kołysanie lub nierówny docisk. Nierówne podparcie koncentruje obciążenie na małych obszarach płyty, podnosząc lokalny nacisk kontaktowy znacznie powyżej średniej projektowej i przyspieszając miejscowe zużycie. Mocno przymocuj płytkę, aby zapobiec powstawaniu ciernych lub mikroruchów na powierzchni tylnej powierzchni styku — w przypadku zastosowań wciskanych lub skręcanych sprawdź, czy system mocowania utrzymuje odpowiednią siłę mocowania w całym oczekiwanym zakresie temperatur roboczych.

Nowe płyty ścieralne ze stopu miedzi charakteryzują się okresem docierania – okresem pracy przy zmniejszonych obciążeniach i prędkościach, pozwalającym na dopasowanie powierzchni ślizgowych i utworzenie stałego filmu transferowego smaru (w płytach z osadzeniem grafitu) lub pełnego filmu olejowego (w płytach smarowanych olejem). W przypadku samosmarujących płyt ścieralnych z osadzonym w graficie początkowy film transferowy zwykle tworzy się w ciągu pierwszych kilku godzin pracy; w tym okresie wyższe tarcie i temperatury są zjawiskiem normalnym. W przypadku płyt ze stopów miedzi smarowanych olejem, przed pierwszym uruchomieniem nałóż cienką warstwę kompatybilnego smaru lub oleju zarówno na powierzchnię płyty, jak i powierzchnię współpracującą, nawet jeśli zewnętrzne smarowanie będzie dostarczane automatycznie podczas pracy.

Częstotliwość przeglądów należy ustalić w oparciu o cykl pracy i środowisko pracy. Mierz grubość płyty w regularnych odstępach czasu i porównuj ją z projektowaną minimalną grubością użytkową – punktem, w którym wymagana jest wymiana, zanim wyczerpią się grafitowe korki (jeśli są) lub materiał płyty podstawy. Prowadź rejestry zmierzonej grubości w czasie; nagłe przyspieszenie zużycia jest wczesnym wskaźnikiem awarii smarowania, problemu z zanieczyszczeniem lub pogorszenia się powierzchni współpracującej, co należy zbadać, zanim płyta osiągnie minimalną grubość.