Баббиты

Это мягкие (до 30 НВ) легкоплавкие (t_пл = 240 - 320ºС) сплавы на основе олова или свинца. Обозначают их буквой Б, справа от которой ставятся цифры, показывающие процент олова или букв, характеризующая специальный элемент, входящий в сплав.

Таблица 1 - Химический состав баббитов (ГОСТ 1320-74)

Сплав	Содержание элементов, %
Sn	Sb	Cu	Pb	Cd	Др. элементы
Б88	Основа	7,3 7,8	2,5 3,5	_	0,8 0,12	0,15 - 0,12 Ni
Б83	Основа		5,5 6,5	_	_
Б16			1,5 2,0	Основа	_
БН			1,5 2,0	Основа	0,1 0,7	0,1 - 0,5 Ni 0,5 - 0,9 Al
БС6	5,5 6,5	5,5 6,5	0,1 0,3	Основа	0,1 0,7

Обозначение баббитов носит условный характер и не показывает полностью их химический состав.

Рисунок 2 - Микроструктура оловянных баббитов

Пластичная основа этих сплавов – твёрдый раствор сурьмы (Sb) и меди (Cu) в олове (Sn), а твёрдые включения – соединения SnSb и Cu₃Sn.

Оловянные баббиты (Б88, Б83) имеют наилучшие антифрикционные свойства, высокую теплопроводность и коррозионную стойкость, не склонны к хрупкому разрушению, хорошо прирабатываются к валу. Но из-за высокого содержания дорогостоящего олова их применяют только для ответственных подшипников тяжелонагруженной техники: авиационных двигателей, турбин крупных судовых дизелей, турбонасосов и др.

В свинцовых баббитах (Б16, БН, БС6) большая часть олова заменена свинцом, мягкая основа у них - это твёрдый раствор сурьмы (Sb) и олова (Sn) в свинце (Pb), а твёрдые включения представляет собой - соединения – SnSb и Cu₃Sn. Эти баббиты дешевле оловянных, но имеют более высокий коэффициент трения, менее износо- и коррозионностойки и не выдерживают высокое удельное давление. Применяются для средненагруженных подшипников в автомобильных и тракторных двигателях, подъемных машинах, металлорежущих станках, вентиляторах и т.д.

Особую группу составляют самые дешевые баббиты - свинцово-кальциевые, химических состав их некоторых марок приведен в табл. 2 (ГОСТ1209-90).

Таблица 2 – Баббиты свинцово-кальциевые.

Сплав	Содержание элементов, %
Pb	Ca	Na	Sn	Mg	Al
БКА	Основа	0,95 - 1,15	0,7 - 0,9	-	-	0,5 - 0,2
БК2		0,3 - 0,55	0,2 - 0,4	1,5 - 2,1	0,06 - 0,11

Мягкая составляющая данных баббитов – твёрдый раствор натрия (Na) и кальция (Ca) в свинце, твёрдые включения - кристаллы Pb₃Ca. Натрий и другие элементы, вводимые в сплав, повышают твёрдость основы. Основным потребителем кальциевых баббитов является железнодорожный транспорт, т.к. температура их старения (упрочнения) равна 50…70ºС, что соответствует рабочей температуре буксовых подшипников вагонов (< 80ºС).

Все баббиты, имея небольшую прочность (60…120 МПа) и высокую стоимость, применяются только как тонкое покрытие (< 1 мм) рабочей поверхности прочного стального, чугунного или бронзового корпуса подшипника.

Высокие эксплуатационные свойства и значительную экономию цветных металлов обеспечивают отечественные триметаллические подшипники, состоящие из стальной основы, промежуточного пористого медно-никелевого или металлокерамического слоя баббита, заполняющего поры промежуточного слоя и образующего рабочий поверхностный слой толщиной < 0,1 мм. Триметаллы широко применяются в автомобилестроении.

Бронзы

Одни из лучших АФС – бронзы (сплавы на основе меди, легированные оловом, цинком, фосфором, никелем, алюминием, бериллием и др.). Химический состав некоторых марок приведен в табл. 3.

Таблица 3 - Бронзы для антифрикционных деталей

ГОСТ, марка	Состав, % (Cu - остальное)
Sn	Pb	Zn	Al	Fe	Др. элементы
ГОСТ 17-74(олов.деф.) Бр. ОФ 6,5-0,15 Бр. ОЦС 4-4-4	6,0-7,0 3,0-5,0	3,5-4,5	3,0-5,0			(0,1 – 0,25) Р
ГОСТ 18175-78 (безолов. Деф.) Бр. АЖН 10-4-4 Бр. Б2			9,5-11	3,5-5,5	3,5-5,5 0,2-0,5	(1,8-2,1) Ве
ГОСТ 13-79 (олов. лит.) Бр. 04Ц4С17 БР. 03Ц7С5Н1	3,5-5 2,5-4	14-20 3-6	2-6 6-9,5		0,5-2
ГОСТ 13-79 (безолов. лит) Бр. А10Ж3Мц2 Бр. С30		27-33		9-11	2-4	(1-2) Mn

Подшипниковые бронзы по сравнению с баббитами имеют более высокую прочность, выносливость и теплопроводность, поэтому они работают при больших удельных давлениях, значительных ударных нагрузках, повышенных температурах. Область применения: узлы трения авиационных двигателей, тяжелонагруженных дорожных машин и станочного оборудования, скользящих соединений теплопередаточной техники, мощных турбин и электродвигателей и т.д. Например, бронза БрС30 выдерживает при высоких скоростях удельное давление до 250…300 кгс/мм², её теплопроводность в шесть раз выше, чем у баббитов; механические свойства сохраняются при нагреве до 200ºС.

Рисунок 3 - Микроструктура бронзы БрС30

Свинец и медь нерастворимы друг в друге ни в жидком, ни в твёрдом состоянии, поэтому после затвердевания сплав состоит из кристаллов нетвёрдой меди и еще более мягких включений свинца. Равномерное вкрапление свинца в меди обеспечивает высокие антифрикционные свойства сплава. Недостатки таких бронз:

- низкая прирабатываемость (вынуждает изготавливать валы с высокой степенью точности);

- неспособность поглощать инородные твёрдые частицы (требуется тщательная очистка масла);

- недостаточная коррозионная стойкость (нужно в масло вводить противоокислительные присадки);

- склонность к ликвации по удельному весу (необходимо перед заливкой сплавы хорошо перемешивать, а после заливки быстро охлаждать).

И всё-таки, бронза БрС30 является наилучшим подшипниковым сплавом для мощных дизельных двигателей. Бронзы используются для изготовления монометаллических втулок и вкладышей подшипников скольжения, и часто их наплавляют тонким слоем на стальную основу. Такие биметаллические подшипники просты в изготовлении и легко заменяются при изнашивании.

В качестве заменителей бронз для опор трения приборов, рольгангов, транспортёров используют другие сплавы на основе меди – латуни. По антифрикционным свойствам они уступают бронзам, применяются при малых скоростях скольжения (до 2 м/с) и невысоких нагрузках. Химический состав некоторых марок антифрикционных латуней приведен в табл. 4.

Таблица 4 – Химический состав антифрикционных латуней

ГОСТ, марка	Состав, % (Zn - остальное)
Cu	Mn	Pb	Fe	Al	Sn	Др. элем.
ГОСТ 15527-70 ЛН 65-5 ЛЖМц59-1-1	64-67 57-60	0,5-0,8	-	0,6-1,2	0,1-0,4	0,3-0,7	(5-6,5) Ni
ГОСТ 17711-93 ЛЦ 14 К363 ЛЦ38А 1Ж1 ЛЦ38Мц2С2	77-81 58-61 57-60	- - 1,5-2,5	2,4-4,5 - 1,5-2,5	- 0,8-1,5 -	- 0,8-1,5 -	- 0,2-0,7 -	2,5-4,5 Si - -

Ещё в 1911 г. немецкий инженер Гирен предложил антифрикционные сплавы на основе цинка – менее дорогие и дефицитные, чем баббиты и бронзы. Химический состав цинковых АФС приведен в табл. 5.

Таблица 5 – Химический состав цинковых АФС

ГОСТ, марка	Состав, % (Zn-остальное)
Al	Cu	Mg
ГОСТ 21437-75 ЦАМ 9-1,5 ЦАМ 10-5	9-11 9-12	1-2 4,0-5,5	0,03-0,86 0,03-0,06

Цинковые сплавы технологичны при изготовлении как монометаллических, так и биметаллических подшипников скольжения. Антифрикционные свойства у них высоки, прочность достаточна, но пластичность невысока, и при температуре в рабочей зоне выше 120ºС они размягчаются и налипают на вал. Их применяют в узлах трения металлорежущих станков, подъёмных механизмов, прессов, работающих без ударных нагрузок при температуре ниже 100ºС.

Применение алюминиевых сплавов для изготовления подшипников скольжения их преимуществами перед баббитами и бронзами: более высокой усталостной прочностью, меньшей плотностью, лучшей коррозионной стойкостью в масляных средах. Кроме того, алюминиевые сплавы имеют низкий коэффициент трения, высокие теплопроводность и износостойкость. Основными легирующими компонентами этих сплавов являются олово, медь, никель, кремний.

Таблица 6 – Химический состав некоторых марок алюминиевых антифрикционных сплавов

ГОСТ, марка	Состав, % (Al)
Sn	Cu	Ni	Si	Mg	Fe	Sb
ГОСТ 14113-78 АН 2,5 АСМ Алькусин АО 20-1	- - - 17-23	- - 7,5-9,5 0,7-1,2	2,7-3,3 - - -	- - 1,5-2,5 -	- 0,3-0,7 - -	- - - < 0,12	- 3,5-6,5 - -

Алюминиевые сплавы широко применяются для изготовления монометаллических и биметаллических подшипников тракторных и автомобильных двигателей, транспортного и общего машиностроения. Но по технологичности они уступают баббитам: нужно учитывать их высокий коэффициент линейного расширения при выборе зазоров для сборки; высокая твёрдость сплавов требует обработки цапф и вкладыша повышенной чистоты, а шейка сопрягаемого вала должна быть твёрдой, иначе в узле возможен ускоренный износ.

Сплавы на основе железа

Стали в качестве АФС используют в очень легких условиях работы при небольшом давлении и малой скорости скольжения. Имея высокие относительно цветных сплавов твёрдость и температуру плавления, стали плохо прирабатываются, схватываются с сопряженной поверхностью цапфы и образуют задиры. Обычно используют или медистые стали с малым содержанием углерода или графитизированные стали с включениями свободного графита.

Таблица 7 – Химический состав некоторых марок антифрикционных сталей

Сталь	Состав, % (остальное железо)
Cu	Al	C	Si	Mn	S	P
Медистая Графитизированная	-	2,5 -	0,1 1,5-1,7	- 0,7-1,0	- 0,15-0,4	- 0,025	- 0,03

Чугуны для изготовления подшипников скольжения используют чаще, чем стали. Они могут работать при значительном давлении, но малой скорости скольжения (до 5 м/с). Недостатки чугунов: плохая прирабатываемость, не выдерживают ударной нагрузки и обычно требуют постоянной смазки.

По ГОСТ 1585-85 эти чугуны маркируют тремя буквами и цифрой:

АЧС-1, АЧС-2, АЧС-6; АЧВ-1, АЧВ-2; АЧК-1, АЧК-2.

Значение буквы: «А» - антифрикционный, «Ч» - чугун, «С» - серый, «В» - тип чугуна - высокопрочный, «К» - ковкий.

Цифра показывает порядковый номер марки чугуна в ГОСТе.

ГОСТ 1558-85 регламентирует химический состав и микроструктуру чугуна. Все антифрикционные чугуны содержат повышенное количество графита, который сам является смазкой и одновременно впитывает смазочные масла, чем дополнительно снижает коэффициент трения. Чугунные вкладыши применяют для неответственных подшипников в тихоходных двигателях с.–х. машин, несложной бытовой техники (ручные мясорубки, миксеры и т.д.).