Подшипниковые сплавы и припои

1. Требования к подшипниковым сплавам.

2. Баббиты.

Подшипниками (или антифрикциями) называют сплавы, предназначенные для повышения срока службы трущихся поверхностей механизмов и машин. Исходя из условий работы, подшипниковый материал должен сочетать достаточно прочную, относительно пластичную и вязкую основу, в которой имеются твердые опорные включения.

Требования к подшипниковым сплавам можно разделить на основные группы:

1. Высокие механические свойства при рабочих температурах, особенно предел выносливости, во избежание выкрашивания подшипникового сплава из-за усталостных трещин, а также твердость, износостойкость и предел прочности на сжатие. Модуль упругости низкий, для обеспечения передачи нагрузки на более прочный материал стального вкладыша.

2. Способность удерживать смазку, что обеспечивает низкий коэффициент трения, приработку и поглощение посторонних твердых частиц, возможность работы с шейкой вала средней твердости (до НВ=300) без образования в ней задиров.

3. Коррозионная стойкость в среде масел с кислотами.

4. Хорошая теплопроводимость, обеспечивающая отвод тепла от поверхности трения. Температура плавления должна быть не очень низкой и не очень высокой во избежание выплавки подшипника и для обеспечения легкости заливки.

5. Высокие технологические свойства – удобство заливки, хорошая сцепляемость с заливаемой поверхностью и хорошая обрабатываемость.

6. Невысокая цена.

Антифрикционные сплавы по своей структуре должны быть гетерогенными, состоящими из мягкой, пластичной основы и включений более твердых частиц. При вращении вал опирается на твердые частицы, обеспечивающие износостойкость, а основная масса, истирающаяся более быстро, прирабатывается к валу и образует сеть микроскопических каналов, по которым циркулирует смазка и уносятся продукты износа.

Наиболее широко используют сплавы на оловянной и свинцовой основах – баббиты, сплавы на цинковой и алюминиевой основах, а также медно-цинковые сплавы.

Баббиты.

Подшипниковые сплавы классифицируются на баббиты оловянные, свинцовые, кальциевые и алюминиевые, бронзы оловянистые, свинцовооловянистые и свинцовистые; порошковые сплавы из железного или бронзового порошка с графитом, пропитываемые маслом; антифрикционные чугуны.

Удовлетворить всем этим требованиям ни один из подшипниковых сплавов не может.

Марки баббитов обозначают буквой Б, справа от которой ставится цифра, показывающая % Sn, или буква, характеризующая специальный элемент, входящий в сплав. Например, Б83, Б16 обозначают, что баббит содержит 83 и 16% Sn соответственно. БН – сплав содержит никель и т.д.

Таким образом, обозначение условно и не показывает полностью состав сплава.

Для упрочнения Sn вводят элементы (например, Sb, Cu), образующие твердые включения. Sb растворяется в Sn с образованием твердого раствор, который имеет большую твердость и прочность, чем чистое Sn, почти при той же пластичности.

Кроме того, Sb с Sn образуют химическое соединение SbSn с высокой твердостью.

Медь также образует с Sn химическое соединение Сu₃Sn, т.е. создаются опорные включения высокой твердости.

Структура оловянного баббита Б83 (83% Sn) представляет собой твердый раствор (темный), крупные светлые кристаллы SbSn и мелкие светлые кристаллы Сu₃Sn.

Sn – дорогой элемент и дефицитный, поэтому оловянный баббит применяют в особо ответственных случаях, например, для вкладышей подшипников сильно нагруженных машин (турбин, дизелей).

Для подшипников более широкого применения (в автомобильных двигателях, прокатных станах, металлообрабатывающих станках) в баббиты в значительных количествах вводят свинец и понижают содержание олова до 5-17%. В сплавах БН, Б16, БС6 – (олова 5,5-66,5) основой служит уже свинец.

Для упрочнения Pb и создания твердых частиц кроме Sn вводят также Sb и Си. Никель улучшает форму включений и измельчает структуру.

Для подшипников железнодорожного транспорта широкое применение получили баббиты, состоящие почти из одного свинца, в которые вводят небольшое количество щелочноземельных элементов (БКА и БК2). В подобных баббитах основа (Pb) упрочняется натрием, т.к. образуется раствор натрия в свинце. Кальций дает твердое включение в виде химического соединения Pb₃Ca.