Баббиты

Антифрикционные бронзы и чугуны

Антифрикционные сплавы. Баббиты, припои

В антифрикционных материалах основные требования предъявляются к величине коэффициента трения со сталью, показателям износа, а также к предельно допу­стимым удельным контактным нагрузкам и способности удержания смазки. Обеспечить указанный комплекс свойств могут сплавы, состоящие из относительно мягкой основы, в которой распределена достаточно твердая вто­рая фаза. Антифрикционные сплавы используют для из­готовления подшипников и узлов трения. Чаще всего применяют специальные бронзы, баббиты, антифрикци­онные чугуны, металлокерамические сплавы.

Из сплавов на основе Сu наилучшими антифрикционны­ми свойствами обладают свинцовистые бронзы, например БрС30. Поэтому их широко используют для изготовления подшипников. Свинец растворяется в меди лишь при тем­пературах выше 950 °С. При охлаждении сплавов ниже 326 °С происходит затвердевание свинца, заполняющего междендритные участки в меди. В результате формирует­ся структура, сочетающая прочные участки меди с мяг­ким свинцом. Поскольку и прочность, и твердость этой бронзы невысоки, ее используют в качестве наплавок на стальные трубы или ленты. Такие биметаллические под­шипники дешевы и легко заменяемы. Теплопроводность бронзы БрС30 в четыре раза выше теплопроводности оловянистых бронз, поэтому они хорошо отводят тепло, воз­никающее при трении. Но свинцовые бронзы склонны к ликвации. Их легируют никелем и оловом (БрОС8-12, БрОСН10-2-3 и др.). Легирование повышает не только механические, но и коррозионные свойства бронз. Их ис­пользуют для подшипников и без стальных вкладышей.

Для изготовления подшипников широко применяют специальные антифрикционные чугуны (АСЧ-1, АСЧ-2), обладающие высокой износостойкостью, но имеющие по­вышенные коэффициенты трения. Поэтому их используют лишь для тихоходных узлов трения. Такие подшипники очень дешевые.

Баббитами называют антифрикционные сплавы, основу которых составляют олово или свинец. Они отличаются низкими температурами плавления (350…450 °С) и хоро­шей прирабатываемостью.

Лучшими антифрикционными свойствами обладают баббиты оловянные Б83 (10…12 % Sb; 2,5…6,5 % Сu; ост. Sn) и Б89 (7,25…8,25 % Sb; 2,6…3,5 % Сu; ост. Sn). Мяг­кой основой в этих сплавах служит a - твердый раствор сурьмы и меди в олове, а твердая фаза представлена равноосными частицами b' - фазы (SnSb) и частицами иголь­чатой формы Cu₃Sn. Баббит Б89 имеет более высокую по сравнению с Б83 пластичность, но меньшую твердость из-за меньшей объемной доли b' - фазы. Из-за высокой стоимости олова сплавы Б83 и Б89 применяют только в от­ветственных целях, например в машинах большой мощ­ности.

Большее распространение получили свинцовооловянистые баббиты: Б16 (15…17 % Sn; 15…17 % Sb; 1,5…2 % Сu - ост. Рb), БТ (9…11 % Sn; 14…16 % Sb; 0,7…1,1 % Сu; 0,05…0,2 % Те; ост. Рb), БН (9…11 % Sn; 13…15 % Sb; 1,5…2 % Сu; 1,15…1,75 % Сd; 0,75…1,25 % Ni; 0,5…0,9 % Аs) и Б6 (5…6 % Sn; 14…16 % Sb; 2,5…3 % Сu; 1,75…2,25 % Сd; 0,6…1 % Аs).

Свинцовооловянистые баббиты по сравнению с Б83 имеют более высокий коэффициент трения, менее износо­стойки и хрупки (из-за присутствия фазы (SnSb)). Вве­дение меди устраняет ликвацию, а также повышает их твердость и вязкость. Кадмиевые баббиты обладают по­вышенной твердостью и коррозионной стойкостью. Ле­гирование баббитов никелем, кадмием, мышьяком по­вышает твердость и прочность основы, поэтому позволяет снизить содержание олова. Мышьяк же добавляют для улучшения жидкотекучести и измельчения зерна. Для повышения пластичности в баббиты вводят теллур.

Баббит Б16 применяют для подшипников электродви­гателей, паровых турбин, Б6 - для нефтяных двигате­лей, металлообрабатывающих станков, БТ и БН - для автомобильных и тракторных двигателей и других дви­гателей внутреннего сгорания. Для подшипников желез­нодорожного транспорта используют баббит БКА (0,8…1,15 % Са; 0,6…0,9 % Nа; 0,05…0,20 % Аs, ост. Рb). Упрочняющей фазой в нем служит соединение Рb₃Са, обладающее высокой твердостью, а легирование натри­ем повышает твердость основы. Присадка мышьяка по­вышает механические и антифрикционные свойства. Баббит БКА подвержен естественному старению (повы­шению твердости в результате длительного вылежива­ния при комнатной температуре), иногда этот процесс ускоряют подогревом до 50…70 °С. С повышением тем­пературы твердость баббитов быстро снижается, поэто­му их рабочие температуры не должны превышать 80 °С, несмотря на то, что температуры плавления баббитов относительно высоки (342 °С для Б89, 460 °С для Б6, 410 °С для Б16, 400 °С для БН). Коэффициент трения (со смазкой) для Б89 и Б83 равен 0,005, а для Б6, Б16 и БН он составляет 0,006.

Кроме свинцовых и оловянных баббитов в технике используют также баббиты на цинковой и алюминиевой основах. Баббиты ЦАМ10-5 (10 % Аl; 5,0 % Сu: ост. Zn) и ЦАМ-10 (5 % Аl; 10 % Сu) в качестве основы имеют твердый раствор алюминия в цинке и твердую фазу СuZn₃. Температура плавления 395 °С у ЦАМ10-5 и 500 °С - у ЦАМ5-10. Коэффициент трения со смазкой - 0,009.

Алюминиевый баббит АСС6-5 (5…6 % Sb; 4…5 % Рb; 0,5…0,7 % Мg; ост. Аl) упрочняется за счет соединения АlSb. Температура плавления этого баббита 750°С.

В последние годы возрастает применение спеченных порошковых антифрикционных материалов (на основе порошков железа и бронзы), краткие сведения, о кото­рых были приведены ранее.