Подшипниковых сплавов

Подшипник скольжения - это опора или направляющая, относительно рабочей поверхности которой перемещается (скользит) контртело (вал, ось). В таких парах трения из-за сильного трения и большой площади касания особенно велика опасность схватывания трущихся поверхностей, приводящего к их интенсивному износу. Наиболее эффективным методом предотвращения схватывания является разделение трущихся поверхностей смазкой. Смазка во много раз снижает коэффициент трения и соответственно повышает износостойкость.

Поэтому материалы для втулок и вкладышей подшипников скольжения (подшипниковые или антифрикционные материалы) должны хорошо удерживать смазку на рабочей поверхности. В металлических подшипниковых сплавах это обеспечивается неоднородной гетерогенной структурой, состоящей из мягких и твердых составляющих. Поверхность мягких составляющих легко истирается в начальный период работы (приработки) узла, в результате образуются микроскопические каналы, по которым циркулирует смазка и уносятся продукты износа. Несколько выступающие твердые составляющие играют роль опоры стального вала. Кроме того, в случае нарушения сплошности смазочного слоя (например из-за перегрева) материал мягких легкоплавких включений может “намазываться” на стальной вал, предохраняя его от повреждения.

Таким образом, указанная структурная особенность является важнейшим условием антифрикционности подшипниковых сплавов - их способности обеспечивать низкий коэффициент трения скольжения при работе в паре со стальным валом.

Традиционными антифрикционными металлическими сплавами являются серые чугуны, бронзы и баббиты.

Мягкой составляющей антифрикционных чугунов является графит, твердой - перлитная или феррито-перлитная основа (см. работу 5). Применяются антифрикционные серые (АЧС‑ 1, АЧС‑ 2), высокопрочные (АЧВ‑ 1, АЧВ‑ 2) и ковкие (АЧК‑ 1, АЧК‑ 2) чугуны (ГОСТ 1585-85).

Чугуны - дешевые антифрикционные материалы, но из-за весьма высоких значений твердости и коэффициента трения в паре со сталью они чувствительны к недостаточности смазки и могут применяться только для работы при малых скоростях скольжения.

Хорошими антифрикционными свойствами обладают двухфазные оловянные и, особенно, свинцовые бронзы. Структура наиболее распространенной свинцовой бронзы БрС30 (30 % Pb, 70 % Cu) представляет собой смесь мягких кристаллов свинца и более твердых кристаллов меди. Эта бронза используется для вкладышей подшипников скольжения в виде тонкого слоя, наплавленного на стальную ленту. Такие подшипники работают при высоких давлениях и больших скоростях скольжения.

Наилучшими антифрикционными свойствами обладают баббиты (ГОСТ 1320-74) – легкоплавкие сплавы на оловянной или свинцовой основе. Например, химический состав оловянного баббита Б83: 83 % Sn, 11 % Sb, 6 % Cu; свинцового Б16: 16 % Sn, 16 % Sb, 2 % Cu, 66% Pb. Мягкой структурной составляющей этих сплавов являются твердые растворы легирующих элементов в олове или свинце, а твердыми включениями - кристаллы интерметаллических соединений различного состава. Баббиты применяются для заливки тонкостенных вкладышей подшипников скольжения. Невысокая температура плавления (около 400 °С) облегчает этот процесс. Используют баббиты для подшипников ответственного назначения (дизелей, паровых турбин, турбонасосов, автомобильных двигателей и т.п.), работающих при больших скоростях вращения и относительно малых удельных давлениях.

Вопросы для самоконтроля по теме:

1. Какие требования предъявляют к материалам вкладышей подшипников скольжения?

2. Какова структура этих материалов: однофазная или двухфазная?

4. Как эта структура облегчает приработку узлов трения?

5. Как она влияет на смазочный слой в узле трения?

3. Что является твердой, а что мягкой составляющей в структуре серых чугунов?

4. При каких скоростях скольжения работают чугунные вкладыши?

5. Какова структура оловянных и свинцовых антифрикционных бронз?

6. При каких скоростях и давлениях работают бронзовые вкладыши?

7. Какова структура баббитов?

6. При каких скоростях и давлениях работают баббиты?