![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Баббиты
Наиболее давним подшипниковым материалом называют оловянистую бронзу (8-16% Sn). Затем в середине XlX века появляются мягкие сплавы на основе олова и свинца - баббиты (их изобрел английский инженер И. Баббит). В двойной системе Sn-Sb оптимальным будет сплав, состоящий из 87% Sn и 13% Sb. Его структура - двухфазная - α + β, где α - твердый раствор Sb в Sn, а β ' - твердый раствор на базе интерметаллидного соединения SnSb. Баббиты на основе Sn являются сплавами тройной системы Sn-Sb-Сu. В состав баббитов вводят л. э.: Sb - прочность сплава, Си - увеличивает твердость и ударную вязкость, Ni - вязкость, твердость, износостойкость, Cd - прочность и коррозионную стойкость, Те и As - износостойкость. Маркируются буквой Б, за которой следует цифра - содержание основного компонента Sn (остальное - Sb и Си). Оловяннистый баббит - Б83 (83% Sn + 10-12% Sb + 5-7% Си) имеет структуру состоящую из ажурных первичных кристаллов-дендритов промежуточной фазы Cu^Sn^-, многогранных (полиэдрических) кристаллов фазы SnSb и - твердого раствора - c? t - Sn (Sb, Cu). При формировании структуры прежде всего кристаллизуются сильно разветвленные длинноосевые дендриты Cu^Sn^r Они образуют своеобразный скелет в жидком расплаве, препятствуя всплытию легких кристаллов SnSb. Твердые, хорошо полирующиеся кристаллы SnSb оседают на ветвях Cu^Sn^-, равномерно распределяясь в объеме отливки. В последнюю очередь кристаллизуется мягкая основа - at - твердый раствор. Оловянистые баббиты имеют большую усталостную прочность по сравнению со свинцовыми. Баббиты на основе РЬ: сурьмянистые (БС - без олова; оловянносурь-мянные - Бб, ЬТ, БН) и щелочноземельные (БК). В системе Pb-sb эвтектика мягкая и недостаточно пластичная (состоит из 87% РЬ и 13% Sb). Доэвтектические сплавы, имеющие структуру (эвтектика (РЬ + Sb) + РЬ), являются слишком мягкими. Подшипниковыми являются завтектические сплавы, содержащие 16-18% Sb, Присутствующая в сплавах Си преследует главную цель - уменьшить ликвацию выделением игл соединения Cugb (+ повышает твердость). Баббит БС (80, 5^% РЬ + 16-18% Sb + 1, 0-1, 5% Си), имеет структуру: мягкая основа - эвтектика (РЬ + Sb) (HB 7-8) + твердые включения -кристаллы Sb (HB 30) + иглы CuSb. Баббиты Б6, БТ, БН - являются сплавами тройной системы Pb-^n-Sb. Они легированы Си и (Cd и Те) или Си и As, или Си и (Ni иUd). Их структура: эвтектика (РЬ + SnSb) + соединения л. э. (TePb, AsPb, Для подшипников, эксплуатируемых при скоростях скольжения до. 50 м/с и удельных нагрузках 10... 20 МПа вкладыши изготавливают из сплавов на основе Sn - Б83, Б83С. Подшипники скольжения из свинцовых баббитов - Б16, БН, БС6, БКА работоспособны при скоростях скольжения до 30 м/с и нагрузках 75... 100 МПа. Дефицитность Sn и РЬ заставляет изыкивать сплавы на другой, менее дефицитной основе (цинка, меди и алюминия). Баббит БК (0, 85-1, 15% Са, 0, 6-0, 9% Na) легированы щелочно-земель-ными^Ме и не содержат Sb, Sn и Си. Их гл. недостаток - маллая коррозионная стойкость на воздухе и выгорание щелочно-земельных Me из расплава. Зато по твердости и износостойкости они не уступают свинцово-сурьмянистым и даже оловянным. Структура: мягкая основа (твердый раствор Na в РЬ) + твердые включения PbjCa. Баббиты обладают низкой твердостью (НВ 130-320 МПа), имеют невысокую температуру плавления (240-320°С), повышенную размягчаемость (НВ 90-240 МПа при 100" С), отлично прирабатываются и обладают высокими антифрикционными свойствами. В то же время они обладают низким сопротивлением усталости, что влияет на работоспособность подшипников. Стандартизированы 2 группы сплавов - литейные сплавы на основе свинца и олова для многослойных подшипников: ГОСТ 1320-74 - на основе Sn - Б88; Б83; Б83С; на основе РЬ - Б16; БН; БС6. ГОСТ 1209-78 - на основе РЬ - БКА; БК2; БК2Е Наиболее распространенные в зарубежной практике баббиты ИСО 4381 -на основе свинца: PbSM5SnAs, PbSbl5SnlO, PbSM4Sn9CuAs, PbSbl0Sn6 на основе олова: SnSbl2Cu6Pb, SnSb8Cu4, SnSb8CuCd. Подшипники скольжения из баббитов изготавливают в виде биметаллических деталлей (вкладышей). Работоспособность баббитовых подшипников зависит от температуры и толщины вкладыша. Выбор подшипниковых сплавов должен осуществлятся с учетом толщины слоя баббита. Тонкослойные подшипники работают в условиях жидкостного трения, поэтому антифрикционные свойства материала вкладыша имеют меньшее значение. Баббитные вкладыши в них подвержены усталостным повреждениям под действием значительных циклических нагрузок. При толщине баббитного вкладыша меле£ 1±_мм. желательна однофазная структура пониженной твердости до НВ 150-200 МПа (= лучшей прирабаты-ваемости) при достаточном сопротивлении смятию, усталости и высокой прочности сцепления с подложкой (с материалом корпуса подшипника). Для тонкослойных подшипников применяют сплавы на основе РЬ -СОСб-6, БС2, БК2. Для мощных авиамоторов в качестве антифрикционного материала при Подшипники с толщиной баббитного слоя около 3 мм используют при " сравнительно легких условиях работы. К такому типу относятся подшипники скольжения вагонов, вкладыши тихиходных мощных судовых двигателей, компрессоров... Баббитный слой таких подшипников имеет гетерогенную микроструктуру типа сплава Б83 (с крупными твердыми кубическими кристаллами SnSb). Такой слой обладает способностью хорошо прирабатываться и является своеобразным компенсатором всякого рода неточностей, возникших при обработке и монтаже или возникающих в процессе эксплуатации). АНТИФРИКЦИОННЫЕ цинковые сплавы (ПОДШИПНИКОВЫЕ) Для изготовления малонагруженных подшипников скольжения, эксплуатируемых при скоростях скольжения до 3 м/с и удельных нагрузках до 20 МПа, используют цинковые антифрикционные сплавы. Цинковые сплавы уступают баббитам на оловянной основе по пластичности, коэффициенту трения, коэффициенту линейного расширения (и примерно равноценны свинцовистым баббитам). Цинк менее дефицитен, чем олово и свинец. Его сплавы - дешевле. Цинковые подшипники успешно заменяют бронзовые при Т эксплуатации, не превышающих 120°С. Они легче прирабатываются (размягчаясь при нагреве), т.к. Т плавления цинковых сплавов (около 400" С), т.е. ниже, чем у бронз и А1 сплавов. Цинковые сплавы явлются весьма технологичными при изготовлении как монометаллических, так и биметаллических трущихся деталей. Соединение цинкового сплава со сталью легко достигается литьем и совместной прокаткой, а также жидкостным цинкованием (нанесение расплава). Сплавы на цинковой основе легируют А1, Си, Мп и микродозами Mg (0, 03-0, 06%): ЦАМЭ-1, 5; ЦАМ10-5. После горячей обработки давлением (при 250-300 " С) прочность и пластичность цинковых сплавов повышаются. Например, для литого сплава ЦАМ9-1, 5 предел выносливости при переменном изгибе вращающихся круглых образцов - 50 МПа, а для прессованного сплава - 100-110 МПа. АНТИФРИКЦИОННЫЕ медные сплавы (ПОДШИПНИКОВЫЕ) Антифрикционные медные сплавы - это бронзы и латуни. Монометаллические подшипники (вкладыши, втулки...) изготавливают из бронз, обладающих достаточной прочностью и твердостью. Бронзы, употребляемые в таких подшипниках, подразделяют на сплавы с высоким (до 10%) и низким (до 3%) содержанием олова. В ответственных случаях используют бронзы с высоким содержанием Sn. Для монометаллических подшипников иногда используется свинцовистая бронза БрОС5-25. Для биметаллических подшипников в качестве антифрикционного слоя употребляются бронзы, содержащие повышенное количество свинца без олова (БрСЗО) или с 1% Sn. В тяжелонагруженных трибосистемах (дорожные машины, тяжелое станочное обрудование...) применяют высокопрочные алюминиевые бронзы. В качестве антифрикционных материалов используют и латуни (кремнистые, марганцовистые и алюмвниево-железные). АНТИФРИКЦИОННЫЕ алюминиевые сплавы (ПОДШИПНИКОВЫЕ) Алюминиевые сплавы относят к эффективным подшипниковым сплавам. Они обладают достаточным сопротивлением усталости, коррозионной стойкостью в маслах, имеют сравнительно высокую задиростойкость и хорошие антифрикционные свойства. А1 сплавы употребляют для изготовления монометаллических деталей (втулок, подшипников, шарников...) и биметаллических подшипников. Их изготавливают штамповкой из биметаллической полосы или ленты (слой А1 сплава соединяют прокаткой со сталью). Для монометаллических подшипников употребляются сравнительно твердые сплавы, а для биметаллических вкладышей - слой из менее твердого пластичного сплава Классифицируются А1 подшипниковые сплавы преимущественно по микроструктурному признаку: I группа - двухфазные сплавы, имеющие включения твердых структур система AL-Sb-Ni - AH-2, 5 (2, 7-3, 3% Ni, 3, 5% Sb); система Al-Sb + Mg - ACM (0, 3-0, 7% Mg, 3, 5-6, 5% Sb); система Al-Si + Cd или Си, Ti - AlSi4Cd, AlSillCup; система Al-Cd + Cu, Ni - ^AlCd3CuNi. II группа - наряду с твердыми составляющими имеются мягкие включе система Al-Sn + Си - А09-1 (9% Sn, 1% Си); АОЗ-1, А09-2, А09-2Б, А020-1, AlSn20Cu, AlSn6Cu. Наибольшее применение из А1 подшипниковых сплавов получил сплав ACM (Al-Sb + Mg). По антифрикционным свойствам он близок к свинцовой бронзе, однако превосходит ее по коррозионной стойкости и технологичности. Сплав АСС-6-5 содержит в своем составе свинец (5%), что придает ему высокие противозадирные свойства. Подшипники скольжения из сплавов АСМ и АСС-6-5 применяют взамен бронзовых в дизельных двигателях. Сплавы, содержащие РЬ (до 14%), обладают способностью хорошо сопротивляться задиру при ультратонких смазочных слоях. Из А1 сплавов, легированных оловом (АОЗ-1, А09-1, А09-2Б, А020-1), изготавливают тяжелонагруженные подшипники скольжения (автомобиле-, судо- и общее машиностроение). Высокооловянистые сплавы А1 (до 40% Sn) по триботехническим свойствам не уступают бронзам. Высокий к-т теплового расширения А1 (по сравнению с чугунами и сталями) ограничивает применение А1 сплавов для производства монометаллических подшипников. АНТИФРИКЦИОННЫЕ СПЛАВЫ НА ЖЕЛЕЗНОЙ ОСНОВЕ Стали в качестве антифрикционных материалов используют в очень легких условиях работы трибосистемы (при небольших удельных давлениях и невысоких скоростях скольжения). Как замена бронз. Будучи твердыми и имея высокую Т плавления, стали плохо прирабатываются, сравнительно легко схватываются с сопряженной поверхностью цапфы и образуют задиры. Обычно используют так называемые медистые стали, содержащие малое количество углерода (32% Си + 2, 5%" А1 + и, 1% С), либо графитизирован-ные, имеющие включения свободного графита (1, 6% С + 1, 0% Si). Чутуны (ГОСТ 1585-85) применяют для подшипников с легкими условиями работы. Антифрикционные свойства чугунов определяются в значительной степени строением графитной составляющей. Чугун с глобоидальной формой графита и с толстыми пластинками графита более износостоек, чем чугун с тонкими пластинками графита. В структуре чугуна желательно иметь минимальное количество свободного феррита (не более 15%). Рысокопрочный чугун: АЧВ-1 на перлитной основе; АЧВ-2 на П-Ф основе. Ковкий чугун: АЧК-1 на П основе; АЧК-2 на Ф-П основе. Серый чугун: АЧС-1, АЧС-2, АЧС-4 на П основе; АЧС-6 на П пористой основе, АЧС-3 на П-Ф основе; АЧС-5 на аустенитной основе. Антифрикционные сплавы. Эти сплавы получают из порошков как черных, так и цветных металлов. После составления шихты и получения порошков металлов последние спрессовывают в штампах под давлением 1000-6000 кг/см2, а затем спекают при температуре, равной 0, 4 температуры плавления основного металла (что обеспечивает возможность протекания в порошках диффузии).Изменяя режимы прессования и спекания, можно получить антифрикционные сплавы различной степени пористости, т. е. с меньшим или большим числом пустот. В связи с этим порошковые антифрикционные сплавы подразделяются на пористые, компактные (непористые) и материалы с неметаллическими составляющими. Часто в сплавы вводят графит (1-3%), который заполняет поры. При наличии пор, в которых удерживается смазка, и наличии графита, являющегося твердой смазкой, подшипники отличаются малым износом, малым коэффициентом трения, потребляют меньшее количество смазки, хорошо прирабатываются. У пористых подшипников объем пор составляет от 20 до 30% их общего объема. В последнем случае структура пористых подшипников состоит из спрессованных порошков основных металлов (железа, меди и др.) и пор, заполненных графитом. Зерна порошков основных металлов являются твердыми, а графитовые включения мягкими структурными составляющими. Пористыми подшипниковыми металлами и сплавами являются: пористое железо; железо-графит (1-2%); железо - медь и железо - медь - графит с содержанием меди до 25% и графита до 3 %; медь (88%) - олово(10%) - графит(2%). Для пористых железографитных сплавов наиболее желательной структурой, обеспечивающей высокое качество подшипников, является перлит с графитом. В компактных подшипниках поверхностный слой заполняют свинцовистым баббитом; поэтому они наряду с высокой износоустойчивостью имеют большую прочность. В подшипниках с неметаллическими материалами поры заполняют бакелитом. Антифрикционные сплавы применяют для изготовления поршневых колец автомобилей, самосмазывающихся подшипников и других деталей. ФРИКЦИОННЫЕ СПЛАВЫ Назначение: тормозные колодки и накладки, накладки сцепления... Тормозные устройства из фрикционных материалов предназначены для превращения кинетической энергии движущихся масс в теплоту при сохранении их работоспособности для последующих многократных циклов торможения. При работе в сцеплениях фрикционные материалы должны надежно обеспечить передачу движения от двигателя к исполнительному механизму. Фрикционный материал должен обладать коэффициентом трения в пределах 0, 2-0, 5 (наименьшее значение назначается исходя из необходимой силы трения, а наибольшее - из ограничения по самозаклиниванию). Условия работы фрикционных материалов: 1. широкий диапазон скоростей скольжения (до 50 м/с и выше); 2. большие нагрузки растяжения, сжатия, сдвига, в ряде случаев ударные нагрузки (до десятков тонн); 3. нестационарные условия трения (многократный нагрев-охлаждение) Тепловой режим трения зависит от условий работы (скоростной режим, нагрузка), от конструкции и размеров фрикционного сочленения (при полном перекрытии вся теплота идет вглубь трущихся тел и тепловой режим сопряжения становится более напряженным; при неполном - есть теплоотдача с открытых участков). В зависимости от Т разогрева поверхностей трения условия работы фрикционных материалов считают: весьма легкими - Т = до 100 С; легкими - Т = до 250 С;. средними - Т - до 600 С; тяжелыми и весьма тяжелыми -Т = 1000 С и выше. ФРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ разделяются на две группы: металлические и неметаллические. При выборе материала принимается во внимание: величина коэфициента трения и его стабильность.(при изменении скорости скольжения и Т); склонность к схватыванию; физические свойства материала (теплоемкость и теплопроводность); механические свойства (предел текучести, прочности, ударная вязкость, твердость), а также способность прирабатываться и сопротивление изнашиванию. Для легких условий эксплуатации применяют стали (ЗОХГСА, 65Г и ; * 12Х18Н9Т), легированные чугуны (на П основе; Ф не более 10%) и бронзы. Однако для них характерны нестабильность к-та трения и склонность к схватыванию при высоких Т. Для условий эксплуатации средней тяжести применяют композиционные асбофрикционные материалы* и спеченные материалы на основе бронз (Cu-Sn-Pb-Fe-C + добавки: Ti, V, Si, As, MoS., Ni, Si, Zn...). * асбест обладает высокой термостойкостью и прочностью, невысокой стоимостью..., однако, он небезопасен для здоровья. Перспективный заменитель асбеста - высокопрочное и теплостойкое волокно Кевлар. Стальные волокна обеспечивают высокую тормозную эффективность, но при этом идет ускоренный износ контртела. Для тяжелых и сверхтяжелых условий эксплуатации применяют спеченные материалы' на железной основе (Fe-Ni-C + добавки: Сг, W, Си. S; Fe-Cu + добавки: Мл, BN, В. С, SiC, MoSi.; Fe-Cu-C + добавки: SiO., асбест, SiC, В. С, FeSO.) и композиционные углеродные материалы (углеродные или графитовые волокна в углеродной матрице = " карбон").
|