Металлические материалы

Баббиты – сплавы на оловянной (Б83 – 83 %Sn, 11 %Sb, 6 %Cu, Б88 и др.) или свинцовой основе (Б16 – 16 %Sn, 16 %Sb, 2 %Cu, остальное Pb, БКА, БК2). Последние два сплава содержат кальций. Наилучшими свойствами обладают оловянистые баббиты. Структура этих сплавов состоит из a – твердого раствора сурьмы и меди в олове (мягкая фаза) и твердых светлых включений фаз b^¢ (SnSb) и Cu₃Sn. Однако из-за дефицитности олова их применяют для подшипников ответственного назначения, работающих при больших скоростях и нагрузках. В баббитах по истечении времени происходит усталостное разрушение, поэтому наносят их тонким слоем толщиной не более 1 мм.

Бронзы относятся к лучшим антифрикционным материалам. Особое место среди них занимают оловянистые и оловянисто–цинково–свинцовистые бронзы. К первым относятся бронзы БрО10Ф1, БрО10Ц2, ко вторым – БрО5Ц5С5, БрО6Ц6С3 и др. Применятся для подшипников скольжения турбин, электродвигателей, компрессоров, работающих при значительных давлениях и средних скоростях скольжения.

Латуни используют в качестве заменителей бронз для опор трения. Однако по антифрикционным свойствам они уступают бронзам. Двухфазные латуни ЛЦ16К4, ЛЦ38Мц2С2, ЛЦ40Мц3А и др. Применяются при малых скоростях скольжения (< 2м/с) и невысоких нагрузках.

К сплавам с твердой матрицей и мягкими включениями относится свинцовистая бронза БрС30 с 30 % Pb и алюминиевые сплавы с оловом типа А09–2 (9 %Sn и 2 %Cu). Мягкой составляющей является в этих сплавах, соответственно, свинец и олово. При граничном трении на поверхность вала переноситься тонкая пленка этих мягких легкоплавких металлов, защищая шейку стального вала от повреждения. Алюминиевый сплав А09–2 применяют для отливки монометаллических вкладышей, бронзу – для наплавки на стальную ленту.

Многослойные подшипниковые материалы – сплавы или чистые металлы в них уложены слоями, каждый из которых имеет определенное назначение.

В качестве примера разберем строение четырехслойного подшипника (рис. 5.1), применяемого в современном автомобильном двигателе.

Он состоит из стального основания, на котором находится слой (250 мкм) свинцовистой бронзы (БрС30). Этот слой покрыт тонким слоем (~10 мкм) никеля или латуни. На него нанесен слой сплава Sb–Sn толщиной 25 мкм.

1 – слой сплава Sb–Sn толщиной 25 мкм;

2 – слой Ni или латуни толщиной 10 мкм;

3 – слой свинцовистой бронзы БрС30 толщиной 250 мкм;

4 – стальное основание

Рисунок 5.1 – Строение четырехслойного подшипника

Стальная основа обеспечивает прочность и жесткость подшипника; верхний мягкий слой улучшает прирабатываемость. Когда он износится, рабочим слоем становиться свинцовистая бронза. Слой бронзы, имеющий невысокую твердость, также обеспечивает хорошее прилегание шейки вала, высокую теплопроводность и сопротивление усталость. Слой никеля служит барьером, не допускающим диффузию олова из верхнего слоя в свинец бронзы.

Высокими антифрикционными свойствами обладают комбинированные материалы, получаемые методом порошковой металлургии: железо–графит, железо–медь–графит, бронза–графит. Графит вводят в количестве 1–4 %. После спекания в материале сохраняются поры (15–35 %), которые пропитываются маслом или другой смазкой. Масло и графит смазывают трущиеся поверхности. При увеличении трения под влиянием нагрева поры раскрываются полнее, и смазочный материал поступает обильнее. Тем самым осуществляется автоматическое регулирование подачи смазочного материала (его запас находится в специальной камере). Такие подшипники работают при небольших скоростях скольжения (до 3 м/с), отсутствии ударных нагрузок и устанавливаются в труднодоступных для смазки местах.

Можно также использовать чугуны. Для работы при значительных давлениях и малых скоростях скольжения используют серые чугуны СЧ 15, СЧ 20 и легированные антифрикционные чугуны: серые АЧС–1, АЧС–2, АЧС–3; высокопрочные АЧВ–1, АЧВ–2; ковкие АЧК–1, АЧК–2. С целью уменьшения износа сопряженной детали марку чугуна выбирают так, чтобы его твердость была ниже твердости стальной цапфы. Достоинство чугунов – невысокая стоимость; недостатки – плохая прирабатываемость, чувствительность к недостаточности смазочного материала и пониженная стойкость к воздействию ударной нагрузки.

Также используют графитизированные стали. Мягкой составляющей в них служат включения графита.