Alp22.ru

Промышленное строительство
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Баббиты это сплавы на основе

Баббиты это сплавы на основе

Баббитами называют легкоплавкие мягкие сплавы на основе свинца, сурьмы, олова, цинка или алюминия (твердость до 30НВ), применяемые для изготовления подшипников скольжения. Баббиты относятся к антифрикционным материалам.

Антифрикционность – это способность материала обеспечивать низкие потери на трение и низкий коэффициент трения скольжения, невысокую скорость изнашивания. Антифрикционные материалы должны обеспечивать: достаточную твердость, пластичность, удержание смазки, малый коэффициент трения, хорошую теплопроводность, невысокую температуру плавления, устойчивость против коррозии. Для создания необходимых свойств подшипниковые сплавы должны иметь гетерогенную структуру, состоящую из мягкой и пластичной основы с твердыми включениями фаз. Лучше всего такая структура получается у сплавов олова и свинца.

Таблица 1. Состав некоторых баббитов.

1

Из подшипниковых сплавов применяют баббиты на основе сплавов Pb–Sb, Sb–Sn, Pb–Sn–Sb, а также сплавы на основе цинка (с добавками меди и алюминия) и алюминия (с добавками меди, никеля, сурьмы). Они обладают хорошими антифрикционными свойствами, хорошо прирабатываются, но имеют низкое сопротивление усталости. Распространенными баббитами на основе олова являются сплавы Б83, Б89. Они применяются в подшипниках турбонасосов, тяжело нагруженных машин. Свинцовые баббиты Б16, БН, БС6 используются в машинах средней нагруженности.
Составы баббитов, приведенные в таблице, можно разделить на 3 группы.
1. Оловянносурьмяные (Б83 и Б89);
2. Свинцовооловянносурьмяные (Б6, БН, БТ, Б16). Эти баббиты кроме олова, сурьмы и меди содержат присадки других компонентов, назначение которых – улучшение свойств. Мышьяк увеличивает жидкотекучесть, никель и кадмий повышают твердость. Износостойкость баббита увеличивается за счет образования соединений, например AsPb, TePb, с высокой твердостью .
3. Свинцовые баббиты, не содержащие олова.
Оловянносурьмяные баббиты являются наилучшими. В состав баббита Б83 входит 10-12% сурьмы. В соответствии с диаграммой состояния олово-сурьма (рис.1) микроструктура оловянистых баббитов состоит из мягкой основы ( α -твердого раствора сурьмы в олове) и равномерно распределенных в ней кубических кристаллов химического соединения SnSb (рис.2) – фазы  . Сурьма упрочняет мягкую основу баббитов и создаёт включения высокой твердости. Добавка меди дополнительно увеличивает твердость оловянистых баббитов за счёт образования включений Cu3Sn игольчатой формы (рис.2).

2

Рисунок 1. Диаграмма состояния олово-сурьма.

3

Рисунок 2. Микроструктура баббита Б83: мягкая темная основа
(раствор сурьмы в олове), крупные светлые твердые включения химического соединения SnSb, мелкие включения Cu3Sn.

Основа баббита БС – заэвтектический сплав Pb-Sn (рис.3). Этот баббит считается наихудшим из-за своей недостаточной пластичности. Микроструктура свинцовосурьмянистых баббитов состоит из эвтектической основы (87%Pb+ 13%Sb) и крупных кубических кристаллов сурьмы. Поскольку сплав содержит до 1,5% меди, то в структуре присутствуют также кристаллы CuSb (рис. 4).

4

Рисунок 3. Диаграмма состояния свинец-сурьма.

5

Рисунок 4. Микроструктура баббита БС: основа – эвтектика, белые включения сурьмы, кристаллы CuSb.

Свинец и олово дефицитны, а, значит, дороги. Поэтому есть антифрикционные сплавы на другой основе. Например, сплавы ЦАМ на основе алюминия. На этом сайте о них есть статья.

Баббит оловянный Б83

Баббит Б83.JPG

Изготовление антифрикционного сплава баббит является одним из основных направлений производственной деятельности ООО “Урал-Олово”.

Форма выпуска: чушка

Применение: Баббит Б83 используют в подшипниках, работающих при больших скоростях и средних нагрузках, подшипниках турбин, крейцкопфных, мотылевых и рамовых подшипниках малооборотных дизелей и опорных подшипников гребных валов.

Баббит марки Б88, Б83, Б83С, основу которого составляет олово, используют, когда от антифрикционного материала требуются повышенная вязкость и минимальный коэффициент трения. Оловянный баббит по сравнению со свинцовым обладает более высокой коррозионной стойкостью, износостойкостью и теплопроводностью.

Химический состав оловянных баббитов по ГОСТ 1320-74:

Марка баббитаМассовая доля, %
SnSbСuCdNiAsPbFeZnBiAl
Баббит Б-88Ост.7,3–7,82,5–3,50,8–1,20,15–0,250,050,10,050,0050,050,005
Баббит Б-83Ост.10–125,5–6,50,050,350,10,0040,050,005
Баббит Б-83СОст.9–115–60,101–1,50,10,010,050,005

По требованию потребителя в баббите марки Б83 массовая доля примеси свинца может быть увеличена.

Антифрикционный сплав “Баббит” назван в честь американского изобретателя Исаака Баббита (IsaacBabbitt; 1799–1862).

Исаак Баббит родился в Таунтоне, штат Массачусетс, США. Работая ювелиром, стал заниматься производством сплавов. В 1824 году открыл в родном городе первую в США фабрику по изготовлению дешевого сплава – заменителя серебра, состоящего из меди, олова и сурьмы. В 1834 году продал свою часть предприятия (существующего до сих пор) и переехал в Бостон, где нанялся на работу в Южно-Бостонскую железоделательную компанию (литейное производство Алджера). Работая там, отлил первую в США латунную пушку. В 1839 году изобрел хорошо известный сейчас антифрикционный сплав баббит. За это изобретение был удостоен в 1841 году золотой медали ассоциации механиков Массачусетса. Конгресс США выкупил у Баббита патент на созданный им сплав за 20 000 долларов. Баббит продолжал разрабатывать различные сплавы, а также занимался производством мыла.

В России сплав баббит стал использоваться в промышленном производстве с 1847 года.

Раздел 11. Антифрикционные материалы

Антифрикционные материалы применяются для изготовления подшипников (опор) скольжения. Такие подшипники широко используются в современных машинах и приборах из-за их устойчивости к вибрациям, бесшумности работы и небольших габаритов.

Антифрикционные сплавы должны обладать низким коэффициентом трения, высокой теплопроводностью, хорошей прирабатываемостью к поверхности вала, малой склонностью к заеданию. В эксплуатации эти сплавы должны обладать высокой износостойкостью и не вызывать сильного износа сопряженной детали – стального или чугунного вала. Низкий коэффициент трения материала обуславливает низкие потери мощности на трение и высокую износостойкость подшипникового узла. Высокая теплопроводность необходима материалу для интенсивного отвода тепла, которое выделяется в зоне трения при работе машины.

Читайте так же:
Фотореле ps2 схема подключение

К группе антифрикционных сплавов относятся баббиты, бронзы, латуни, некоторые сплавы алюминия и серые чугуны. Выбор материала зависит от режима смазки и условий работы подшипника.

Металлические антифрикционные материалы предназначены для работы в режиме жидкостного трения, когда вал и подшипник разделены тончайшим слоем масляной пленки. Однако в режиме пуска и остановки машины наблюдается режим граничной смазки. Разрушение граничной масляной пленки возможно также из-за перегрева подшипникового узла. Поведение материала в этот период работы зависит от его склонности к схватыванию.

Металлические подшипниковые материалы по своей структуре подразделяются на два типа сплавов: 1) сплавы с мягкой основой и твердыми включениями и 2) сплавы с твердой основой и мягкими включениями.

К сплавам первого типа относятся баббиты, бронзы и латуни. Мягкая основа в этих материалах обеспечивает хорошую прирабатываемость и удержание масляной пленки, а твердые включения, на которые опирается вал, обеспечивают высокую износостойкость. Мягкая основа материала, изнашиваясь быстрее, прирабатывается к валу и образует микрорельеф, удерживающий пленку смазки.

Баббитами называют антифрикционные сплавы на основе олова или свинца. В состав баббитов вводятся также легирующие элементы, улучшающие некоторые их свойства. В частности, медь увеличивает твердость, никель – вязкость и износостойкость, кадмий – прочность и коррозионную стойкость, сурьма – прочность сплава.

В зависимости от химического состава устанавливаются марки баббитов Б83, Б88 на оловянной основе; Б16, БН, БС16 на свинцовой основе. Особую группу образуют более дешевые свинцово-кальциевые баббиты марок БКА и БК2. Баббит Б83 содержит 83% олова, 11% сурьмы и 6% меди; состав баббита Б16 – 16% олова, 16% сурьмы, 2% меди, а стальное (до 100%) – свинец.

По антифрикционным свойствам баббиты превосходят все остальные сплавы, но значительно уступают им по сопротивлению усталости. В связи с этим баббиты применяют только для тонкого (менее 1 мм) покрытия рабочей поверхности опоры скольжения. Наилучшими антифрикционными свойствами обладают оловянные баббиты.

Однако эти баббиты достаточно дороги из-за высокой стоимости и дефицитности олова. Поэтому их используют главным образом для подшипников ответственного назначения (дизельные двигатели, паровые турбины и т.п.). Из-за хорошей теплопроводности граничный слой смазочного материала на этих сплавах сохраняется при высоких скоростях скольжения и нагрузках, чем и обеспечивается надежность работы подшипниковых узлов. По сравнению с баббитами на основе свинца износ оловянных баббитов в два раза меньше. Однако при повышении температуры в рабочей зоне свыше 70°С наблюдается резкое падение износостойкости баббитовых подшипников.

Структура оловянных баббитов состоит из мягкой основы (раствора сурьмы в олове) и равномерно распределенных в ней твердых частиц химического соединения SnSb. Таким образом, сурьма упрочняет мягкую основу баббитов и создает включения высокой твердости. Добавка меди дополнительно увеличивает твердость оловянных баббитов за счет образования твердых включений Cu3Sn. Незначительные добавки кадмия и никеля уменьшают размеры зерен. Структура этих сплавов состоит из твердого раствора сурьмы в олове (мягкая фаза) и твердых включений химических соединений SnSb и Сu3Sn.

Более дешевые свинцовые баббиты применяют в менее ответственных случаях, так как они уступают оловянным баббитам по механическим и антифрикционным свойствам, а также и по коррозионной стойкости. Содержание дефицитного олова в свинцовых баббитах снижено до 5,5…17%. Для предотвращения ликвации (неравномерности химического состава по объему слитка) при литье из-за различия плотности олова, свинца и сурьмы в свинцовые баббиты вводят добавки меди.

Наиболее простой по химическому составу баббит Б16 (содержит 15…17% олова, 15…17% сурьмы и 1,5…2% меди) имеет повышенную хрупкость и применяется только для спокойных условий работы без динамических нагрузок (подшипники тепловозов, путевых машин, оборудование тяжелого машиностроения).

Наиболее дешевые из баббитов являются кальциевые баббиты. Это сплавы на основе свинца с небольшими добавками кальция и натрия. Выпускаются следующие марки кальциевых баббитов: БКА, БК2 и БК2Ш. Кальциевые баббиты обладают наименьшей теплопроводностью и наибольшей плотностью среди всех баббитов на основе олова или свинца. К их недостаткам относятся также легкая окисляемость. Эти баббиты применяются, например, в конструктивных элементах подвижного состава железных дорог.

Все баббиты имеют существенный недостаток – низкое сопротивление усталости, что ухудшает работоспособность подшипника. Кроме того, ввиду небольшой прочности баббиты могут успешно эксплуатироваться только в подшипниках, имеющих прочный стальной или чугунный корпус.

Подшипники скольжения (вкладыши) автомобильных двигателей, например, изготавливают штамповкой из тонкой биметаллической ленты, полученной на линии непрерывной заливки.

Предел выносливости (продолжительность работы) подшипников в значительной мере зависит от толщины баббитового слоя, залитого на стальной вкладыш. Уменьшение толщины слоя способствует увеличению срока службы подшипника.

Одним из лучших антифрикционных материалов являются бронзы. Особое место среди них занимают оловянистые и оловяно-свинцовистые бронзы. Оловянистые бронзы обладают высокими механическими и антифрикционными свойствами, но имеют ограниченное применение из-за дефицитности олова.

Свинец улучшает антифрикционные свойства бронз, но понижает их механические свойства.

Бронзы применяют для монолитных подшипников скольжения турбин, электродвигателей, компрессоров, работающих при значительных давлениях и сравнительно невысоких скоростях скольжения.

В последнее время бронзы широко используют как компоненты для получения антифрикционных материалов методом порошковой металлургии, а также тонкостенных пористых покрытий, пропитанных твердыми смазочными материалами, например, графитом.

Латуни используют для опор трения в качестве заменителей бронз. Однако по антифрикционным свойствам они уступают бронзам. Применяют латуни при небольших скоростях скольжения (менее 2м/с) и невысоких нагрузках. Их достаточно часто используют для опор трения приборов.

Читайте так же:
Кованый мангал с крышей фото

К сплавам второго типа относятся свинцовистая бронза БрС30 (с 30% свинца) и алюминиевые сплавы с оловом, например, сплав АО9-2 (содержит 9% олова и 2% меди).Функцию мягкой составляющей в этих сплавах выполняют включения свинца или олова. В случае граничного трения на поверхность вала переносится тонкая пленка этих мягких легкоплавких металлов, защищая шейку стального вала от интенсивного изнашивания.

По сравнению с баббитами более дешевые алюминиевые антифрикционные сплавы отличаются меньшей плотностью, более высокой теплопроводностью и прочностью. Из-за хорошей теплопроводности граничный слой смазки на этих сплавах сохраняется при более высоких скоростях скольжения и при более высоких нагрузках.

Важным достоинством этих сплавов является их высокая технологичность и коррозионная стойкость при работе в масляных средах. Детали подшипниковых узлов из антифрикционных алюминиевых сплавов можно изготавливать литьем, прессованием, прокаткой с последующей штамповкой полуфабрикатов.

Недостатком этих сплавов является высокий коэффициент теплового расширения (примерно в два раза выше, чем у стали). Это вызывает определенные трудности при изготовлении и сборке подшипников. Поэтому сборка подшипников из алюминиевых сплавов должна производиться особенно тщательно с зазором больше обычного (до 0,1 мм). При невыполнении этих требований зазор может исчезнуть и наступит преждевременное заедание.

Сплавы алюминия с оловом обладают повышенным пределом выносливости и хорошо работают в условиях полусухого трения. В этих сплавах олово образует мягкие прослойки по границам более твердых зерен алюминия. Антифрикционные свойства сплавов данной группы улучшаются с увеличением массовой доли олова. Используют эти сплавы для отлива монометаллических вкладышей и втулок. Из некоторых алюминиевых сплавов изготавливают вкладыши коленчатого вала автотракторных двигателей.

К сплавам второго типа относятся также серые и легированные антифрикционные чугуны. Роль мягкой составляющей в этих сплавах выполняют включения графита. Достоинство чугунов – невысокая стоимость; недостаток – плохая прирабатываемость, чувствительность к недостаточности смазки и пониженная стойкость к воздействию ударных нагрузок.

В последнее время получили распространение многослойные подшипниковые материалы, в состав которых входят различные антифрикционные сплавы. При этом сплавы или чистые металлы укладываются слоями, каждый из которых выполняет определенную роль. Например, четырехслойный подшипник, применяемый в современных автомобильных двигателях, состоит из стального основания, на котором уложен слой свинцовистой бронзы БрС30 (0,25 мм). Этот слой покрыт тонким слоем никеля (примерно 0,01 мм). На него нанесен слой сплава свинец-олово толщиной 0,025 мм. Верхний мягкий слой обеспечивает хорошую прирабатываемость подшипника. После его износа рабочим слоем становится свинцовистая бронза. Слой никеля служит барьером, не допускающим диффузию олова из верхнего слоя в свинец бронзы.

Следует отметить, что в качестве антифрикционных подшипниковых материалов широко используются многие полимеры, дерево, различные композиционные материалы.

В последние годы разработаны и используются различные конструкционные материалы на основе древесины.

Для изготовления некоторых древесных материалов широкой номенклатуры используют шпон – тонкие слои древесины, получаемые лущением или строганием ствола дерева.

Потребности машиностроения в конструкционных древесных материалах удовлетворяются недостаточно. Одним из наиболее эффективных путей решения этой проблемы является разработка композиционных материалов, основой которых является древесина.

Наиболее распространенными материалами на основе древесины являются древесно-слоистые пластики (ДСП). В основу технологии получения этих материалов положен процесс прессования древесного шпона, пропитанного полимерными смолами, при заданной температуре. Для пропитки шпона наиболее часто используют растворы термореактивных смол. В качестве связующего возможно также использование некоторых термопластичных полимеров. Материалы, получаемые этим методом, применяют для изготовления подшипников скольжения, зубчатых колес, шкивов для ременных передач и других деталей.

Для снижения коэффициента трения ДСП пропитывают минеральными маслами, добавляют графит и другие минеральные наполнители.

Подшипники из антифрикционных древопластиков обеспечивают надежную работу узлов трения при нагрузках до 2,5 МПа и скоростях скольжения деталей до1м/с. При смазывании маслом, водой древопластики имеют низкий и стабильный коэффициент трения при температурах до 80…90°С.

Для повышения стойкости древопластиков к воздействию ударных и изгибающих нагрузок, их прочности и твердости в состав композиций вводят различные армирующие компоненты – металлическую сетку, волокна и ткани различного состава, а также минеральные дисперсные наполнители. Наибольшее применение в машиностроении получили древесные пластики, содержащие в качестве наполнителя стекло- и углеродные волокна. Армированные древесные пластики широко применяются для изготовления подшипников скольжения, опор трения, корпусных деталей.

Материалы на основе древесины имеют постоянную возобновляемую сырьевую базу. Это делает их наиболее перспективными конструкционными материалами. При модификации дисперсной древесины суспензиями графита, фторопласта, пенопласта получаемые древопластики приобретают комплекс антифрикционных и других ценных эксплуатационных свойств. Достоинствами таких материалов являются также их недефицитность, простота технологии переработки, низкая стоимость, стойкость к воздействию абразивов.

Вопросы для самопроверки

1. Назовите требования, предъявляемые к антифрикционным материалам.
2. Приведите примеры основных металлических антифрикционных материалов.
3. Какие сплавы относятся к группе баббитов? Приведите примеры некоторых марок этих сплавов.
4. Назовите и приведите примеры подшипниковых материалов на основе меди.
5. Каковы основные преимущества использования в качестве подшипниковых материалов древесно-слоистых пластиков?

Антифрикционные сплавы

К антифрикционным относят материалы, которые идут на изготовление различных деталей, работающих в условиях трения скольжения (рис. 1). В судовом машиностроении из этих деталей конструируются кинематические узлы с вращательным или качательным движением. Антифрикционный материал должен обладать низким коэффициентом трения в кинематическом узле, хорошей прирабатываемостью, высокой износостойкостью, малой склонностью к заеданию (схватыванию), способностью обеспечить равномерную смазку. Перечисленные свойства антифрикционного материала должны им обеспечиваться при определенных удельных контактных нагрузках и различных конструктивных решениях узлов трения (рис. 2).

Читайте так же:
Что такое 4 тактный двигатель

конструкция подшипника скольжения

  1. канал подачи смазочного материала;
  2. вкладыш;
  3. корпус;
  4. зазор, заполненный смазочным материалом;
  5. цапфа вала

Рис. 1. Типовая конструкция подшипника скольжения

Большое разнообразие конструктивных типов узлов трения, а также условий эксплуатации привело к необходимости создания самых разнообразных антифрикционных материалов. Различают следующие антифрикционные материалы:

  • сплавы на основе олова, свинца (баббиты),
  • меди (бронзы), железа (серый чугун),
  • металлокерамические (бронзографит, железографит),
  • пластмассы (текстолит, фторопласт-4, древесноложные пластики и др.),
  • а также сложные композиции типа “металл–пластмасса”.

узлы тренияузлы тренияузлы трения

узлы тренияузлы тренияузлы трения

Рис. 2. Различные конструктивные узлы трения

По структурному признаку металлические антифрикционные материалы делят на две группы:

  • первая – материалы с мягкой основой и твердыми включениями и
  • вторая – материалы с твердой основой и мягкими включениями.

В современном судовом машиностроении используются подшипниковые сплавы на основе олова и свинца, сплавы на медной основе: латуни и бронзы. Для обеспечения, указанного выше комплекса, часто противоречивых свойств, могут использоваться сплавы, состоящие из относительно мягкой основы, в которой распределена достаточно твердая вторая фаза.

Назначение твердых кристаллов – осуществлять непосредственный контакт с вращающимся валом, назначение пластичной основы – обеспечивать прирабатываемость вкладыша к валу (рис. 3). Количество твердой составляющей должно быть небольшим, чтобы твердые и хрупкие кристаллы не соприкасались между собой. Кроме того, они должны быть равномерно распределены в пластичной основе. Подобную структуру имеют баббиты.

Схема «вал – вкладыш»

Рис. 3. Схема «вал – вкладыш»

1. Баббиты

Баббитами называют антифрикционные сплавы на основе олова или свинца. Баббиты обладают низкой твердостью (HB130 – 320МПа), имеют невысокую температуру плавления (240 – 320 °С), повышенную размягчаемость (НВ90 – 240 МПа при 100 °С), отлично прирабатываются и обладают высокими антифрикционными свойствами. В то же время они обладают низким сопротивлением усталости, что влияет на работоспособность подшипников.

В России баббиты, используемые в судостроении, стандартизованы (табл.1).

Химический состав баббитов

Табл.1. Химический состав баббитов (ГОСТ 1320–74).

Литейные сплавы на основе свинца, и олова для многослойных подшипников регламентированы международным стандартом. К ним относятся сплавы на основе свинца: PbSb15SnAs; PbSb15Sn10; PbSb14Sn9CuAs; PbSb10Sn6 и олова SnSbl2Cu6Pb; SnSb8Cu4; SnSb8Cu4Cd. Баббит Б83 – сплав на основе олова, содержащий 83% Sn, 11% Sb и 6% Си. Если бы сплав не содержал меди, то согласно диаграмме состояния Sn – Sb его структура должна бы состоять из двух составляющих: светлых граненых первичных кристаллов β – фазы (твердые включения) и темных α – кристаллов раствора на базе олова (мягкая составляющая). Границы зерен в α фазе обычно не вытравливаются, поэтому под микроскопом она выглядит как сплошной черный фон. Промежуточную фазу можно рассматривать как твердый раствор на основе соединения SnSb. Медь, введенная в сплав Б83 для предотвращения ликвации по плотности, образует с оловом интерметаллиды Cu3Sn (твердая составляющая), звездчатые кристаллы которого, выделяясь в первую очередь из расплава, образуют как бы каркас, препятствующий всплытию более легких β кристаллов. Таким образом, структура баббита Б83 состоит из трех фаз – α, β (SnSb) и g (Cu3Sn.) (рис. 4).

Микроструктура баббита Б83

Рис. 4. Микроструктура баббита Б83 (Справа — схематическое изображение микроструктуры)

Оловянные баббиты являются лучшими подшипниковыми сплавами и применяются для заливки наиболее ответственных подшипников паровых турбин, компрессоров, дизелей и других высоконагруженных установок, работающих со смазкой при высоких скоростях скольжения.

Баббит Б16, разработанный А.М.Бочваром (рис. 5), – сплав на свинцовой основе. Он содержит 16% Sn, 16% Sb, 2%Cu. Медь введена для предотвращения ликвации по плотности. В сплаве Б16 первично выделяются кристаллы соединения Cu6Sn5, затем двойная эвтектика β +Cu6Sn5 и тройная эвтектика α +β +Cu6Sn5.

Микроструктура баббита Б16

Рис. 5. Микроструктура баббита Б16 (Справа — схематическое изображение микроструктуры)

Фаза β – это твердый раствор на соединения SnSb содержащий значительное количество свинца, β – фаза – твердый раствор олова и сурьмы в свинце. Твердыми включениями в этом баббите являются β – фаза (белые граненые кристаллы) и интерметаллиды g (Cu6Sn5) (звездчатые кристаллы). Пластичная основа – эвтектическая смесь (β + g), в которой β – фаза светлая, g – фаза темная. Пестрая структурная составляющая с ярко выраженным эвтектическим строением резко отличает микроструктуру сплава Б16 от микроструктуры баббита Б83.

Баббит Б16 применяют как заменитель баббита Б83 для вкладышей подшипников, электродвигателей, паровых турбин, не испытывающих ударных нагрузок. По сравнению с оловянными баббитами свинцовые обладают большим коэффициентом трения. Они более хрупки, так как в них мягкой составляющей является достаточно хрупкая эвтектика.

2. Антифрикционные сплавы на основе меди

В качестве антифрикционных сплавов употребляют бронзы (оловянные и безоловянные) и латуни. Подшипники изготавливают из бронзы в монометаллическом и биметаллическом исполнении (рис. 6). Для монометаллических подшипников используют оловянистые бронзы.

Для биметаллических подшипников в качестве антифрикционного слоя употребляются бронзы, содержащие повышенное количество свинца без олова (БрС30) или с 1% Sn.

В отличие от баббитов, бронза БрС30 относится к антифрикционным материалам с твердой матрицей (Си) и мягкими включениями (Pb). При граничном трении на поверхность вала переносится тонкая пленка свинца, защищающая шейку стального вала от повреждения. Эта бронза отличается высокой теплопроводностью (в четыре раза большей, чем у остальных бронз) и хорошим сопротивлением усталости. На рис. 52 изображена микроструктура БрС30.

биметаллические и триметаллические подшипники

Рис. 6. Схемы исполнения биметаллических и триметаллических подшипников

Биметаллические подшипники имеют стальное основание обеспечивающее жесткость и натяг в тяжелых условиях повышенной температуры и циклических нагрузок.

Второй слой материала состоит из антифрикционного сплава. Его толщина относительно велика – она составляет около 0.3 мм. Толщина антифрикционного слоя является важной характеристикой биметаллических подшипников, которые способны прирабатываться и приспосабливаться к относительно большим геометрическим дефектам. Биметаллический подшипник также обладает хорошей абсорбционной способностью, поглощая как мелкие, так и крупные включения в масле.

Читайте так же:
Аксиально плунжерный насос принцип работы

Обычно рабочий слой сделан из алюминия, содержащего 6 – 20% олова в качестве твердого смазочного материала, обеспечивающего антифрикционные свойства. Кроме этого, сплав часто содержит 2 – 4% кремния в виде мелких включений, распределенных в алюминии. Твердый кремний упрочняет сплав и также обладает способностью полировать поверхность вала. Присутствие кремния особенно важно при работе с валами из ковкого чугуна. Алюминиевый сплав может быть дополнительно упрочнен небольшими добавками меди, никеля, марганца, ванадия и других элементов.

Микроструктура бронзы БрС30

Рис. 7. Микроструктура бронзы БрС30 (Справа — схематическое изображение микроструктуры)

3. Антифрикционные сплавы на основе железа

Стали. В качестве антифрикционных материалов стали используют в очень легких условиях работы при небольших давлениях и невысоких скоростях скольжения. Будучи твердыми и имея высокую температуру плавления, стали плохо прирабатываются, сравнительно легко схватываются с сопряженной поверхностью цапфы и образуют задиры. Обычно используют так называемые медистые стали, содержащие малое количество углерода, либо графитизированные стали, имеющие включения свободного графита. В таблице 2 приложения приведен состав сталей, рекомендуемых к использованию взамен бронз в легких условиях работы.

Состав антифрикционных сталей

Табл.2. Состав (в %) антифрикционных сталей Антифрикционный чугун.

Ряд чугунов имеет высокие антифрикционные свойства, которые определяются в значительной степени строением графитовой составляющей. Чугун с глобоидальной формой графита и с толстыми пластинками более износостоек, чем чугун с тонкими пластинками. В структуре антифрикционного чугуна желательно иметь минимальное количество свободного феррита (не более 15%) и должен отсутствовать свободный цементит.

Включения графита в чугунах выполняют роль мягкой составляющей. К их недостаткам следует отнести плохую прирабатываемость, чувствительность к недостатку смазки, пониженную стойкость к воздействию ударной нагрузки.

Структуры антифрикционных чугунов

Рис. 8. Структуры антифрикционных чугунов с глобоидальной и шаровидной формой графита на перлитной основе

4. Назначение антифрикционного чугуна

Марка чугунаНазначение
АЧС-1Для работы в паре с закаленным или нормализованным валом
АЧС-2То же
АЧС-3Для работы в паре с закаленным или нормализованным валом, или валом, не подвергающимся термической обработке
АЧС-4Для работы в паре с закаленным или нормализованным валом
АЧС-5Для работы в особо нагруженных узлах трения в паре с закаленным или нормализованным валом
АЧС-6Для работы в узлах трения при температуре до 300 °С в паре с валом, не подвергающимся термической обработке
АЧВ-1Для работы в узлах трения с повышенными окружными скоростями в паре с закаленным или нормализованным валом
АЧВ-2Для работы в условиях трения с повышенными окружными скоростями в паре с валом, не подвергающимся термической обработке
АЧК-1Для работы в паре с закаленным или нормализованным валом
АЧК-2Для работы в паре с валом, не подвергающимся термической обработке

5. Антифрикционные сплавы на основе алюминия

Алюминиевые сплавы в последнее время все шире используются для замены антифрикционных сплавов на свинцовой и оловянной основе, а также свинцовистой бронзы. Их классифицируют по микроструктурному признаку. Первая группа – сплавы, имеющие твердые структурные составляющие (FeAl3; Al3Ni; CuAl2; Mg2Si и др.) в пластичной основе металла. Они применяются при высоких скоростях вращения и невысоких нагрузках с применением смазки. Однако, если подача смазки прекращается, то наступает схватывание. Свободны от этого недостатка сплавы второй группы, они легированы оловом. В случае прекращения поступления смазки олово расплавляется, покрывая вал тонким слоем и тем самым препятствуя контакту железа с алюминием и, следовательно, схватыванию. В таблице 5 приведены современные антифрикционные сплавы. Медь вводят для упрочнения матрицы, кремний, железо, никель и др. для уменьшения износа (образуют твердые частицы).

Баббиты

Общее название антифрикционных сплавов на основе олова или свинца с добавками сурьмы, меди и других элементов.
Применяются для заливки подшипников скольжения. Отличаются хорошей прирабатываемостью, низкой температурой заливки и малым коэффициентом трения. Все баббиты обязательно должны иметь гетерогенную структуру, состоящую из твердых включений и мягкой основы. После непродолжительной приработки на поверхности вкладыша образуется микрорельеф, позволяющий удерживать смазку между выступающими твердыми включениями вкладыша и поверхностью вала. Название происходит от имени американского изобретателя И. Баббита /I. Babbit, 1799-1862/.

  1. Низкий коэффициент трения со стальной поверхностью.
  2. Малый износ трущейся пары.
  3. Способность выдерживать достаточные удельные давления.
  4. Должны обладать небольшой температурой плавления.

Для уменьшения коэффициента трения всегда между трущейся парой стараются ввести смазку. Если структура одного из элементов трущейся пары (вкладыша) неоднородна и состоит из мягкой основы и твердых включений, то после непродолжительной приработки на поверхности вкладыша образуется микрорельеф, на котором способна удерживаться смазка.

  1. Оловянные баббиты.
  2. Свинцовые баббиты.
  3. Кальциевые баббиты.
  4. Цинковые баббиты.
  5. Алюминиевые баббиты.

Коэффициент трения таких баббитов по стали без использования смазочных материалов составляет примерно 0,07, а при использовании смазки может доходить до 0,004. Температура плавления их составляет примерно 250-280 °С. Оловянные баббиты — это сплавы системы Sn — Sb, и они описываются соответствующей диаграммой состояния.

Рисунок 1

  1. &#945-фаза — твёрдый раствор сурьмы в олове. Максимальная концентрация сурьмы в таком растворе составляет 10 %.
  2. &#946′-фаза — твёрдый раствор на базе интерметаллидного соединения состава SnSb при концентрации олова 42-58 %.
  3. &#947-фаза — твёрдый раствор олова в сурьме.

Наибольшее распространение из группы оловянных баббитов получили сплавы, содержащие не более 13 % Sb, имеющие двухфазную структуру &#945 + &#946′. Следует заметить, что твердость олова невелика, составляя 5 НВ. Введение в сплав сурьмы способствует повышению твердости сплава. Однако при концентрации сурьмы свыше 13 % в оловянных баббитах заметно возрастает склонность к ликвации, что является нежелательным явлением. Для устранения явления ликвации в оловянные баббиты вводят медь.

На рисунке представлена микроструктура оловянного баббита марки Б83, состоящего из 10-12 % сурьмы, 5,5-6,5 % меди и остальное — олово. На темном фоне &#945-фазы видны кубические включения соединения SnSb в виде мелких тёмных включений, заметны соединения состава Cu2Sn.

Рисунок 2

Баббиты :: Микроструктура оловянного баббита

Оловянные баббиты рекомендуют использовать для изготовления тяжело нагруженных подшипников скольжения паровых турбин, турбокомпрессоров, дизелей, электродвигателей и т.д.

Они являются более экономичными, по сравнению с оловянными. Мягкой основой в таких сплавах является эвтектика, состоящая из 13 % Sb и 87 % Pb. Твёрдость сплаву придают кристаллы сурьмы.

Рисунок 3

Баббиты :: Диаграмма состояния сплавов Для улучшения прирабатываемости и вязкости сплава в его состав вводят олово, но здесь оно не является основой сплава. В составе свинцовых баббитов может находиться медь в количестве от 0,7 до 3 %. Так же, как и в оловянных баббитах, она устраняет ликвацию сплавов, повышает твердость и ударную вязкость. Для повышения жидкотекучести вводят до 1 % мышьяка, а для повышения прочности и коррозионной стойкости вводят до 2,25 % кадмия. Кроме этого, для повышения износостойкости вводят до 0,20 % теллура. В связи с наличием в составе свинцовых баббитов большого количества компонентов, анализ этих диаграмм довольно затруднителен. Иногда приходится учитывать не двойную диаграмму состояния, а тройную, четверную и более сложные диаграммы, где появляются не только продукты обычной двойной эвтектической реакции, но и продукт тройной эвтектики — ((&#945 + (&#945 + &#946) + &#947)).

На рисунке 4 показана микроструктура свинцового баббита марки Б16, состоящего из 15-17 % олова, такого же количества сурьмы, 1,5-2,0 % меди, остальное — свинец. Здесь крупные светлые включения, приближающиеся по форме к квадратным — кристаллы SbSn. Они располагаются на фоне указанной выше тройной эвтектики.

Рисунок 4

Баббиты :: Микроструктура свинцового баббита

Свинцовые баббиты рекомендуют использовать для изготовления подшипников в следующих случаях:

Марка Б16 — для паровых турбин, лесопильных рам, гидротурбин, элетродвигателей, компрессоров;

Марка Б6 — для металлообрабатывающих станков и вентиляторов;

Марка БТ — для автомобилей и тракторов;

Марка БН — для двигателей внутреннего сгорания, редукторов и т.д.

Основой таких баббитов служит твердый раствор натрия в свинце, а твердые включения представляют собой химические соединения состава Pb3Ca. Это разновидность свинцовых баббитов. Кроме натрия и кальция в состав таких сплавов может входить незначительное количество алюминия, который способствует повышению пластичности, прочности и антифрикционных свойств баббитов, хотя по этим показателям кальциевые баббиты заметно уступают оловянным.

К недостаткам кальциевых баббитов является то, что в процессе плавки из них выгорает все большее и большее количество натрия и кальция, что, в свою очередь, Отрицательно сказывается на свойствах сплавов такого типа. Для снижения угара этих элементов в баббиты вводят до 2,5 % олова. Кроме того, олово способствует хорошему сцеплению самого баббита со стальным корпусом подшипника.

Одной из особенностей кальциево-натриевых баббитов является склонность их к старению, в результате которого увеличивается твердость.

Микроструктура кальциево-натриевого баббита марки БКА представлена на рисунке 5.

Рисунок 5

Баббиты :: Микроструктура кальциево-натриевого баббита Здесь четко просматриваются светлые дендриты химического соединения состава Pb3Ca, которые расположены на темном фоне твердого раствора натрия в свинце. Из таких сплавов рекомендуют изготавливать подшипники редукторов, металлообрабатывающих станков, буксовые подшипники вагонов и т.п. Эти материалы допускают давление до 1000 МПа (100 кгс/мм 2 ).

Мягкой основой в таких сплавах является эвтектика (&#945 + &#946), а твердые включения представляют собой или Al, или химическое соединение состава CuZn3. На рисунке 6 изображена диаграмма состояния сплавов системы Zn — Al, из которой можно заметить, что в рассматриваемой системе при комнатной температуре существуют две фазы:

Рисунок 6

Баббиты :: Диаграмма состояния сплавов системы Zn - Al

&#946-фаза — твёрдый раствор алюминия в цинке. При этом при комнатной температуре растворимость алюминия настолько низкая, что указанную фазу можно считать, как чистый цинк.

В интервале температур 275…350 °С и в интервале концентраций алюминия от 22 % до 67 % &#945-фаза подвергается распаду с образованием &#9452-фазы, в которой находится 22 % алюминия и 78 % цинка. Наряду с &#9452-фазой будет выделяться &#9451-фаза, в которой находится только 67 % цинка. Незначительные добавки в сплав магния приводит к стабилизации размеров изделий.

На рисунке 7 показана микроструктура цинкового баббита марки ЦАМ 10-5. В таком сплаве находится 10-12 % Al, 4-5 % Cu, 0,03-0,06 % Mg. Остальное — цинк.

Рисунок 7

Баббиты :: Микроструктура цинкового баббита

Главный недостаток цинковых баббитов в том, что у них самый высокий коэффициент линейного расширения, что требует назначения больших зазоров в трущихся парах.

Такие сплавы заметно уступают по коэффициенту трения оловянным баббитам, но их достоинство в низкой стоимости. У алюминиевых баббитов, как и у цинковых, большой коэффициент линейного расширения, что требует более тщательной сборки подшипников.

Понравился материал на сайте sl3d.ru? Поделитесь им!

Помощь проекту «Машиностроение. Толковый словарь терминов»

Если Вам не безразлично будущее сайта, и Вы чувствуете необходимость продолжения начатой нами работы, мы с благодарностью примем от Вас добровольные пожертвования. Размер и количество взносов — на Ваше усмотрение. Все собранные средства пойдут на развитие проекта. Мы будем благодарны за любое пожертвование!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector