ГЛАВА XXIII. АНТИФРИКЦИОННЫЕ (ПОДШИПНИКОВЫЕ) СПЛАВЫ НА ОЛОВЯННОЙ, СВИНЦОВОЙ, ЦИНКОВЫЙ И АЛЮМИНИЕВОЙ ОСНОВАХ

Антифрикционные еплавы применяют для заливки вкладышей подшипников скольжения. Основные требования, предъявляемые к антифрикционным сплавам, определяются условиями работы вкладыша подшипника. Эти сплавы должны иметь достаточную твердость, но не очень высокую, чтобы не вызвать сильного износа вала; сравнительно легко деформироваться под влиянием местных напряжений, т. е. быть пластичными; удерживать смазочный материал на поверхности; иметь малый коэффициент трения между валом и подшипником.

Кроме того, температура плавления этих сплавов не должна быть высокой, и сплавы должны обладать хорошей теплопроводностью и устойчивостью к коррозии.

Для обеспечения этих свойств структура антифрикционных сплавов должна быть гетерогенной, состоящей из мягкой и 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 смазочный материал и уносятся продукты износа.

Наиболее широко применяют сплавы на оловянной и свинцовой основе (баббиты), сплавы на цинковой и алюминиевой, основе, а также медно-свинцовые сплавы (см. с. 417).

Оловянные и свинцовые баббиты. В табл. 41 приведены состав и назначение часто применяемых баббитов. Оловянные баббиты используют в подшипниках турбин крупных судовых дизелей, турбонасосов, турбокомпрессоров, электрических и других тяжелонагруженных машин.

Баббиты являются многокомпонентными сплавами, но основой их служит система

Мягкая основа сплава — -твердый раствор сурьмы в олове, а твердые кристаллы — Р-фаза; эта фаза представляет собой твердый раствор на основе химического соединения

Сурьма и олово отличаются по плотности, поэтому сплавы этих металлов способны к значительной ликвации. Для предупреждения этого дефекта в баббиты вводят медь. Она образует с сурьмой химическое соединение Это соединение имеет более высокую температуру плавления и кристаллизуется первым, образуя разветвленные дендриты, которые препятствуют ликвации

Таблица 41 (см. скан) Химический состав (по легирующим элементам) и назначение подшипниковых сплавов — баббитов (ГОСТ 1320-74)

кубических кристаллов Кроме того, кристаллы образуют в баббите твердые включения, дополнительно повышающие износостойкость вкладышей.

На рис. 195, а приведена микроструктура баббита Темное поле представляет собой пластичную массу -твердого раствора сурьмы и меди в олове, светлые кристаллы квадратной формы являются соединением (-фазой), а кристаллы в виде звездочек или удлиненных игл — соединением

Свинцовые баббиты применяют для менее нагруженных подшипников. Свинцово-оловянные сплавы имеют структуру, состоящую из -твердого раствора — и Си в свинце (мягкая составляющая) и твердых частиц Р-фазы (рис. 195, б).

Антифрикционные и механические свойства баббитов повышаются при введении в их состав никеля, кадмия и мышьяка.

Таблица 42 (см. скан) Химический состав 1 кальциевых баббитов, % (ГОСТ 1209-73)

Рис. 195. (см. скан) Микроструктура баббита:

Никель упрочняет а-раствор. Кадмий с мышьяком (сплав образуют соединения которые служат зародышами для формирования соединения (Р-фа-зы).

Некоторое применение нашел сплав свинца с сурьмой и небольшими добавками меди Структура сплава состоит из эвтектики (твердый раствор ) + (твердый раствор в первичных кристаллов и соединения играющих роль твердой составляющей.

На железнодорожном транспорте большое распространение получили кальциевые баббиты (подшипники вагонов, подшипники коленчатого вала тепловозных дизелей и т. д.). Состав кальциевых баббитов приведен в табл. 42.

Сплавы принадлежат к системе Мягкой составляющей баббита является -фаза (твердый раствор в а твердой составляющей — кристаллы (рис. 95, в). Натрий и другие элементы, вводимые в сплав, повышают твердость а-раствора.

Баббиты, имея небольшую прочность могут применяться только в подшипниках, имеющих прочный стальной (чугунный) или бронзовый корпус. Тонкостенные подшипниковые вкладыши автомобильных двигателей изготовляют штамповкой из биметаллической ленты, полученной на

Таблица 43 (см. скан) Химический состав (по легирующим элементам) и механические свойства некоторых антифрикционных алюминиевых сплавов

линии непрерывной заливки. Подшипники большого диаметра заливают индивидуально стационарным или центробежным способом, а также литьем под давлением.

Повышенные антифрикционные свойства и высокое сопротивление усталостным разрушениям обеспечивают новые триметаллические подшипники. Наиболее распространенные отечественные композиции трехслойных вкладышей состоят из стальной основы, промежуточного пористого медно-никелевого или металлокерамического слоя (см. с. и свинцового сплава, заполняющего поры промежуточного слоя и образующего рабочий поверхностный слой толщиной не более 0,1 мм. Триметаллы нашли широкое применение в автомобилестроении

Цинковые антифрикционные сплавы. Чаще применяют сплавы и содержащие кроме алюминия и меди . В литом виде сплавы применяют для монометаллических вкладышей, втулок и т. д.; сплав применяется и для отливки биметаллических изделий со стальным корпусом.

В деформированном виде сплав используют для получения биметаллических полос со сталью и алюминиевыми сплавами методом проката и последующей штамповки вкладыша.

Вследствие высоких антифрикционных свойств и достаточной прочности при температуре эти сплавы могут заменять бронзы для узлов трения, температура которых не превышает При более высоких температурах сплавы размягчаются и налипают на вал.

Алюминиевые антифрикционные (подшипниковые) сплавы. В табл. 43 приведены алюминиевые сплавы для изготовления подшипников (ГОСТ 14113-78). Основными компонентами сплавов являются образующие с алюминием гетерогенные структуры.

Чем больше в сплаве олова, тем выше его антифрикционные свойства. Однако в литых сплавах содержание олова не должно превышать 10-12 %, так как образующаяся грубая сетка оловянистой составляющей снижает износостойкость и сопротивление усталости при повышении температуры. В деформированных сплавах оловянистая составляющая располагается в виде отдельных включений внутри зерен, это дает возможность увеличить содержание олова и значительно улучшить антифрикционные свойства сплава.

Сплавы применяют для литья монометаллических вкладышей и втулок толщиной более 10 мм. Сплавы предназначаются для получения биметаллической ленты со сталью методом прокатки с последующей штамповкой вкладышей. Подшипники из сплава можно изготовлять и литьем.

При работе в тяжелонагруженных скоростных подшипниках на рабочую поверхность сплавов наносится слой (толщиной мм) олова или другого мягкого металла.

Подшипники работают при нагрузке не более и окружной скорости

Разработан сплав содержащий Применение этого сплава вместо алюминиевых сплавов для подшипников скольжения обеспечивает коэффициент трения увеличение износостойкости в раза, а противозадирной стойкости в 2 раза.

Вопросы для самопроверки

(см. скан)