Металлические материалы

Бабби­ты (ГОСТ 1320-74 [2]) - давно применяемые в технике вы­сококачественные подшипниковые сплавы на основе олова или свинца, характери­зуемые низкой твердостью (применяют только в качестве заливки или тонко­слойных покрытий), хорошей прирабатываемостью и относительно низкими требо­ваниями к твердости шеек вала и к состоя­нию трущихся поверхностей.

Недостатки баббитов — относительно невысокое сопротивление усталости, ограничивающее их применение в машинах ударного действия и в быстроходных поршневых машинах.

При высоких скоростях и давлениях применяют высокооловянные баббиты Б83, Б88, допускающие работу при давлениях до p =20 МПа и =75 МПа× м/с. Во избежание выплавления баббиты приме­няют при температурах до 110°С. Харак­терные примеры применения: в подшипни­ках паровых турбин, мощных электри­ческих генераторов и двигателей. Высоко­оловянные баббиты вызывают минималь­ный износ цапфы.

К числу давно применяемых в машино­строении подшипниковых сплавов от­носятся оловянно-свинцовые баббиты Б16 и БН, близкие по своим свойствам к высокооловянным ( МПа, 30 МПа× м/с).

Для тонкослойных покрытий, в част­ности в автомобилях, применяют баббит СОС 6-6 (88 % свинца, 6 % олова и 6% сурьмы). Предусматривается металлокерамический подслой, спеченный из порошка с 40% никеля и 60% меди на стальной основе. При этом обеспечивается хорошее сцепление слоев, так как металлокерамический подслой пропитывается баббитом, образуя с ним сильно увеличен­ную поверхность сцепления; подслой так­же диффундирует в стальную основу. Этот баббит имеет повышенное сопротив­ление усталости, обеспечивает в связи с отсутствием твердых составляющих малый износ цапф и допускает высокопроизводи­тельную технологию изготовления вкла­дышей (штамповкой из ленты).

К числу баббитов, применяемых для тонкослойных покрытий, относятся также баббиты БК2 с добавкой переплава.

Безоловянные кальциевые баббиты БК2 обладают вполне удовлетворительными антифрикционными свойствами; они хоро­шо работают при ударных нагрузках и повышенных температурах; их широко применяют в машинах железнодорожного транспорта и дизелях.

Бронзы (ГОСТ 28813-90 [5]). Универсальными антифрик­ционными свойствами обладают оловянные и оловянно-цинково-свинцовые брон­зы. Широко известна универсальная оловянно-фосфористая бронза БрО10Ф1, осо­бо эффективная при высоких давлениях и средних скоростях. Применение ее огра­ничивается большим содержанием олова. К числу оловянно-цинково-свинцовых бронз относятся БрО4Ц4С17 и БрО4Ц7С5.

При высоких скоростях и давлениях (до р = 30 МПа) и, в частности, при переменных нагрузках, характерных для двигателей внутреннего сгорания, при­меняют свинцовую бронзу БрС-30, обла­дающую повышенным по сравнению с высокооловянными баббитами сопротив­лением усталости. Свинцовая бронза предъявляет гораздо более высокие, чем баббиты, требования к твердости цапф (обязательна закалка) и к шероховатости поверхностей цапф и вкладышей, а также к смазочным маслам, так как окисленные масла вызывают коррозию.

Износ цапф — больше, чем при баб­битовых вкладышах. Увеличением содер­жания свинца до 35% можно уменьшить износ. Свинцовую бронзу наносят на ленту, из которой штампуют вкладыши, или за­ливают во вкладыши. В связи с опасностью коррозии применение свинцовой бронзы несколько сокращается.

В ответственных подшипниках рабочую поверхность вкладыша покрывают тонким приработочным слоем из сплава свинца с оловом, индия или олова.

При значительных давлениях и малых скоростях в условиях работы с закален­ной цапфой вала применяют алюминиево-железистую бронзу.

Важную группу составляют подшипни­ковые сплавы на основе алюминия, харак­терные высокой теплопроводностью, обес­печивающей меньшую температуру и соот­ветственно меньшее изменение вязкости масла. Они обладают высокой коррозион­ной стойкостью и сопротивлением уста­лости, а также экономичны вследствие низкой стоимости исходного материала.

Безоловянные алюминиевые подшипниковые сплавы. Обладают достаточно высокими антифрикционными свойствами, но при высоких скоростях обладают недостаточным сопротивлением задирам, чувствительны к загрязнению масла, а также имеют повышенный коэф­фициент линейного расширения. В СССР наибольшее распространение из этих спла­вов получил сплав АСМ, широко применяе­мый для подшипников тракторных двига­телей.

Наиболее перспективными считают алюминиево-оловянные анти­фрикционные сплавы, обладающие высо­кими антифрикционными свойствами и сопротивлением усталости. Применяют сплавы АО9-2 (9% олова, 2% меди, за­готовки — литье, монометалл), АО9-2Б (литье, биметалл), АО9-1 и АО20-1 (про­кат, биметалл). Эти сплавы обеспечивают оптимальную структуру и способны в ре­жимах масляного голодания образовывать на поверхностях цапф защитную пленку из олова. Например, сплавы АО9-1 и АО9-2 успешно применяют в подшипниках двигателей внутреннего сгорания тепло­возов, судов, тяжелых тракторов.

Из цинковых подшипниковых сплавов. Распространен сплав ЦАМ 10-5 (10% алюминия, 5% меди, остальное цинк). Благодаря своим доста­точно хорошим антифрикционным свойст­вам, недефицитности исходных материа­лов, невысокой стоимости и простоте из­готовления его широко применяют вместо баббитов типа Б16 и бронз.

К недостаткам сплава относятся пло­хая прирабатываемость, а потому повы­шенные требования к точности поверх­ностей и большой коэффициент линей­ного расширения. Наибольшая допусти­мая температура подшипника 80°С. Сплав применяют для заливки или для изготов­ления целых вкладышей.

В последнее время начали применять сплав ЦАМ 9-1, 5, для которого раз­работана технология изготовления биме­таллической ленты. Испытания показали высокую износостойкость сплава.

Все большее распространение получают полиметаллические многослойные подшип­ники. В частности, для автомобильных двигателей применяют подшипники, имею­щие стальную основу, слой свинцовистой бронзы толщиной 0, 25 мм, служащий податливой подушкой с хорошей теплопро­водностью и сопротивлением усталости, весьма тонкий слой никеля или сплава меди с цинком во избежание диффузии олова и, наконец, поверхностный анти­фрикционный, хорошо прирабатываю­щийся слой олово — свинец толщиной 25 мкм.

Для тихоходных умеренно нагруженных подшипников можно применять анти­фрикционные чугуны (ГОСТ 1585-79 [3]). Твердость цапфы вала должна быть обязательно выше твердости чугунных вкладышей на (20...40) НВ. Должны быть обеспечены тщательный монтаж и мини­мум перекосов, тщательная приработка с постепенным повышением нагрузки, бес­перебойная смазка.

Допускаемые давления резко сни­жаются с ростом скорости. Это иллю­стрируется приводимыми ниже допу­скаемыми давлениями р, МПа (в чи­слителе) при скорости , м/с (в знаме­нателе): для чугунов АЧС1 p/ равно 2, 5/5 и 9/02, для АЧС2 — 0, 1/3 и 9/0, 2; для АЧС3 — 6/0, 75; для АЧС4 — 15/05; для АЧС5 — 20/1 и 30/04; для АЧС6 — 9/4.

Металлокерамические мате­риалы (ГОСТ ИСО 2795-2001 [6]) Эти материалы, изготовляемые из порошков путем прессования и спека­ния в защитной атмосфере, применяют в связи с их удовлетворительной работой при скудном смазывании. Материалы имеют пористую структуру с объемом пор 15...35 %, который заполняется мас­лом (путем специальной пропитки вкла­дышей горячим маслом).

Широкое применение имеют железо-графитовые вкладыши, содержащие 1... 3% графита (остальное железо). При­меняют также бронзографитовые вкла­дыши, содержащие 10% олова, 1...4% графита (остальное медь), но они по своим свойствам мало отличаются от значитель­но более дешевых железографитовых вкладышей. Обработка резанием не реко­мендуется; возможно калибрование.

Основная область применения этих ма­териалов — самосмазывающиеся подшип­ники, в которых трудно или невозможно обеспечить надежную смазку обычными средствами. При низких режимах работы металлокерамические подшипники могут в тече­ние длительного времени работать, полу­чая масло из пор вкладышей. Для железо-графитовых подшипников со средней по­ристостью 20...25 % при спокойной на­грузке допускается: при =0, 1 м/с, р =15 Мпа; =0, 5 м/с, р =17 Мпа; =1 м/с, р =6, 5 Мпа; =1, 5 м/с, р =6 Мпа; =2 м/с, р =5, 5 Мпа; =2, 5 м/с, р =4, 5 Мпа; =3 м/с, р =3, 5 Мпа; =3, 5 м/с, р =1, 8 Мпа; =4 м/с, р =0, 5 Мпа;