книги из ГПНТБ / Подшипники из алюминиевых сплавов

\

подшипники

ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

МОСКВА „ Т Р А Н С П О Р Т * 1974

УДК 621.822.002.3: 669.715

Подшипники из алюминиевых сплавов. Б у ш е Н. А. и др.

М., «Транспорт», 1974, с. 1—256.

В книге рассмотрены вопросы по использованию, техноло­ гии производства, свойствам и особенностям эксплуатации подшипников, изготовленных из алюминиевых сплавов. Приме­ нительно к подшипникам транспортных двигателей (железных и автомобильных дорог, речного и морского флота) и под­ шипникам тракторов обобщен опыт применения монометалли­ ческих и биметаллических вкладышей с использованием алю­ миниевых сплавов I и II групп. Подробно описана технология изготовления биметаллических полос с алюминиевыми спла­ вами и штамповки вкладышей из них. Приведены результаты разработок процессов производства биметаллических полос улучшенного качества с использованием биметаллического слитка, получаемого при непрерывном литье. Описан техноло­ гический процесс производства монометаллических подшипни­ ков из алюминиевых сплавов и освоенный в заводских усло­ виях метод изготовления биметаллических подшипников со слоем алюминиевого сплава литейным способом.

Освещены результаты исследований в области оценки усталостной прочности подшипников, их износа и поврежде­ ний, включая кавитационные разрушения поверхностей трения. Рассмотрены процессы схватывания металлов, в результате которых происходит холодная сварка слоев при производстве биметаллических полос и возникают повреждения и задиры подшипников при неблагоприятных условиях трения. Рассмот­ рены различные гипотезы механизма схватывания, обобщены результаты исследований по оценке схватывания различных материалов. Представлены результаты испытаний и исследо­ ваний по совместимости некоторых подшипниковых материа­ лов в сочетании с различными валами и маслами.

Книга рассчитана на инженерно-технических работников предприятий транспорта и промышленности, связанных с из­ готовлением, эксплуатацией и ремонтом подшипников. Она может также представлять интерес для тех, кто занимается изучением вопросов трения и износа.

Рис. 141, табл. 43, библ. 306.

К н и г у н а п и с а л и :

31802-160

160-74

П 049(01)-74

© Издательство „Транспорт“, 1974 г.

ОТ А В Т О Р О В

XXIV съезд КПСС в Директивах по девятому пятилетнему плану определил необходимость повышения качества, надежности и долговечности выпускаемых и эксплуатируемых машин. В полной мере это относится к различным транспортным средствам — по­ движному составу железнодорожного транспорта, легковым и грузовым автомобилям, тракторам, судам речного и морского флота. Работоспособность этих средств прежде всего определя­ ется надежностью двигателей внутреннего сгорания, у которых одной из наиболее ответственных деталей являются подшипники коленчатого вала.

Подшипники коленчатых валов различных двигателей, изго­ товляющиеся со слоем баббита, нередко выходят из строя по усталостным разрушениям. За последнее время на тяжелонагруженных дизелях участились случаи кавитационного повреждения баббитового слоя. Использование более прочных подшипников со слоем свинцовистой бронзы также не всегда обеспечивает доста­ точно надежную работу вкладышёй. Сравнительно низкая сопро­ тивляемость коррозии под воздействием масла ускоряет устало­ стные разрушения подшипников. К тому же свинцовистая бронза обладает сравнительно низкой сопротивляемостью образованию задиров. Следует также учесть, что изготовление таких подшипни­ ков методом индивидуальной заливки экономически весьма не­ выгодно.

В СССР и за рубежом все более широкое распространение по­ лучают подшипники, изготовленные с использованием алюми­ ниевых сплавов. Такие сплавы, обладая высокой усталостной прочностью, практически не корродируют в маслах, имеют сравни­ тельно высокую задиростойкость и хорошие антифрикционные

свойства.

За последние годы подшипники из алюминиевых сплавов по­ лучили значительное распространение в связи с освоением произ­ водства прокатанной заготовки со слоем алюминиевого сплава, из которой затем штампуются вкладыши. Это более экономичный и производительный способ изготовления вкладышей по сравне­ нию со способом индивидуальной заливки подшипников. Произ­ водство биметаллической полосы освоено на Михайловском за­ воде цветной металлургии, Заволжском моторном заводе и на

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Алюминий и сплавы на его основе широко используются в тех­ нике. Во многом это определяется ценными свойствами, которыми обладает этот металл. Некоторые физические свойства алюминия приведены ниже:

При понижении температуры пластические свойства алюми­ ния, так же как и меди, не изменяются (табл. 1).

С повышением температуры алюминий сильно разупрочняется (рис. 1). При холодной пластической деформации прочность алюминия повышается, пластичность снижается. Отжиг при тем­ пературе свыше 250° С почти полностью снимает эффект на­ клепа [141].

Алюминий отличается высокой химической стойкостью на воз­ духе и в некоторых средах, что объясняется образованием на его поверхности тонкой, но достаточно плотной защитной окисной пленки.

5

По ГОСТ 11069—64 алюминий изготовляется тринадцати ма­ рок. Алюминий высокой чистоты марок А999, А995, А99, А97 при­ меняется для специальных и исследовательских целей. Для изго­

6

сплава незначительна. В качестве легирующих добавок использу­ ются компоненты, которые образуют как твердые структурные со­ ставляющие, упрочняющие матрицу сплава, так и мягкие. Ниже приведены особенности легирования различными добавками, вво­ димыми в антифрикционные сплавы.

Ж е л е з о присутствует в технически чистом алюминии в ка­ честве обязательной примеси. Железо практически не растворя­ ется в алюминии в твердом состоянии. Только при очень больших скоростях кристаллизации можно получить пересыщенный рас­ твор, содержащий до 0,17% Fe. Железо образует с алюминием хрупкое твердое химическое соединение FeAl3, являющееся про­ дуктом перитектической реакции при 1150° С между Fe2Al5 и жидкостью, содержащей 33% Fe. Наличие составляющей FeAl3 обеспечивает сплавам сравнительно удовлетворительные анти­ фрикционные свойства, поэтому для монометаллических подшип­ ников употреблялись сплавы с железом [106].

К р е м н и й , так же как и железо, всегда в виде примеси со­ путствует алюминию. Эвтектика между алюминием и кремнием образуется при температуре 577°С и содержании кремния 11,7%. При 200°С кремний растворяется в алюминии всего до 0,05%. Кремний снижает теплопроводность, электропроводность и коэф­ фициент линейного расширения, повышает температуру рекри­ сталлизации. Последнее благоприятно сказывается на жаропроч­ ности сплавов. В технике широко используются бинарные литей­ ные сплавы, содержащие до 12% Si (силумины). Такие сплавы отличаются высокой жидкотекучестью и обладают хорошей со­ противляемостью коррозии.

В подшипниковые литейные сплавы кремний добавляют в ка­ честве присадки, создающей твердые структурные составляющие. Содержание кремния в этих сплавах колеблется от десятых долей до 20% и больше.

М а г н и й в отличие от железа и кремния растворяется в твердом состоянии в значительно большем количестве. Раство­ римость при 100° С составляет 1,9%. Эвтектика содержит 33% Mg

использования. Содержащие магний алюминиевые сплавы как литые, так и деформируемые отличаются высокой прочностью и пластичностью. Сплавы типа АМг (средней прочности) и АЛ8 (высокой прочности) по содержанию магния существенно отли­ чаются (3—6 и 9—11% соответственно).

В подшипниковые сплавы магний вводится в небольшом ко­ личестве (до 2%) для повышения прочности. При наличии олова магний не вводится, так как он образует с оловом химическое сое­

a -фазы и химического соединения СиАЬ. Медь увеличивает модуль

7

упругости сплавов и является одной из основных легирующих присадок, резко упрочняющих алюминиевые сплавы. Особенно интенсивно упрочняются сплавы при содержании меди до 6%.

Сплавы, содержащие медь, способны к естественному старе­ нию. Отрицательно сказывается на старении железо, но добавки небольших присадок магния (0,02—0,03%) восстанавливают эту способность сплавов. Процесс искусственного старения ускоря­ ется под действием малых добавок индия, олова и кадмия.

Медь входит в состав многих литейных и деформируемых сплавов. В подшипниковых материалах медь является обязатель­ ной присадкой в сплавах, прокатываемых со сталью при изго­ товлении биметалла, и в ряде литейных сплавов.

Н и к е л ь со стороны алюминия образует эвтектику Al + NiAls. Растворимость его в алюминии ничтожна (при 600° С составляет 0,028%). Никель повышает модуль упругости сплава. Из двойных алюминиево-никелевых сплавов распространение получил лишь подшипниковый сплав АН2,5. В сравнительно небольшом коли­ честве никель добавляют в некоторые литейные и деформируемые

типу. Кристаллы AlSb являются твердыми хрупкими соедине­ ниями. Сплавы, содержащие свыше 9—10% сурьмы, обладают малой пластичностью. В подшипниковых сплавах сурьма исполь­

улучшает коррозионную стойкость алюминия, особенно при леги­ ровании его медью.

8

Содержание свинца в конструкционных сплавах алюминия не до­ пускается выше 0,05%. В подшипниковых сплавах свинец исполь­ зуется, так же как и олово, для создания мягких структурных со­ ставляющих.

2. СВЕДЕНИЯ ОБ АЛЮМИНИЕВЫХ ПОДШИПНИКОВЫХ СПЛАВАХ

Применение алюминиевых сплавов для подшипников скольжения стало возможным благодаря их высокой прочности, отличной со­ противляемости коррозии и сравнительно малой дефицитности. При этом невысокая стоимость и небольшой расход на единицу изделия вследствие малого удельного веса обеспечивают подшип­ никам из алюминиевых сплавов высокую экономичность.

Выбор алюминиевых сплавов для подшипников на первых по­ рах осуществляли в соответствии с известным правилом Шарли, по которому в мягкой матрице должны бытН вкрапления твердых кристаллов. Поэтому первые применявшиеся сплавы содержали медь, железо, кремний и другие добавки, образующие интерметаллиды типов CuA12, FeAl3, NiAl3, AlSb, кристаллы Si и др. От­ сутствие налаженной технологии производства биметалла опре­ делило необходимость использования монометаллических подшип­ ников из алюминиевых сплавов. В этом случае высокая прочность определялась особенностями конструкции вкладышей иногда в ущерб антифрикционным свойствам. В СССР для монометалли­ ческих подшипников в 30-х годах были предложены сплавы под названием алькусин [229], АН2,5 [108], АЖ6 [106] и др. В ре­ зультате исследований, проведенных под руководством М. М. ХруЩова [131, 219], появились сплавы для биметаллических подшип­

ном Институтом машиноведения (ИМАШ) и Научно-исследова­ тельским тракторным институтом (НАТИ), был создан сплав ACM, получивший широкое распространение для биметалли­ ческих подшипников двигателей тракторов и вытеснивший ранее используемую свинцовистую бронзу.

С увеличением мощности двигателей потребовались подшип­ ники, обладающие лучшими эксплуатационными свойствами. По­ лучившая распространение в 30-х годах свинцовистая бронза и известные в то время алюминиевые сплавы не обладали доста­ точной износостойкостью и отличались невысокой сопротивляе­ мостью задирам. В связи с этим уже в конце 30-х годов были

9