6.3 Антифрикційні сплави на основі цинку

(сплави системи Zn-Al-Cu)

Порівняно з оловом та свинцем цинк має більшу температуру плавлення (419°С), але меншу густину (7,14г/см³); є набагато міцнішим, але менш пластичним (_в = 150 МПа,   50%,   70%). Кристалічна гратка цинку – гексагональна (параметри гратки а = 0,266 нм, с = 0,494 нм) [2].

Марки та хімічний склад сплавів на основі цинку наведено в табл.6.10.

Таблиця 6.10 – Хімічний склад антифрикційних сплавів на основі цинку, % (ГОСТ 2437-95)

Марка сплаву	Масова доля, %
	Основні компоненти				Домішки, не більше
	Al	Cu	Mg	Zn	Pb	Fe	Sn	Cd	Si	Загальний вміст домішок
ЦАМ9-1,5Л	9,0…11,0	1,0…2,0	0,03…0,06	основа	0,03	0,15	0,01	0,02	0,10	0,35
ЦАМ9-1,5
ЦАМ10-5Л	9,0…12,0	4,0…5,5	0,03…0,06	основа	0,03	0,15	0,01	0,02	0,10	0,35
ЦАМ10-5

Примітка. Принцип маркування: буква Ц – цинк, А – алюміній, М – мідь, Л – ливарний; цифри вказують на середній вміст у відсотках Al та Cu відповідно.

Порівняно з олов’яно-сурм’янистими та свинцево-олов’яно-сурм’янистими бабітами сплави на основі цинку мають задовільні антифрикційні властивості, проте є менш дефіцитними та економічними. Але при виготовленні вальниць з цинкових сплавів необхідно враховувати їх більший коефіцієнт лінійного розширення порівняно з бабітами (зазвичай зазор між вальницею та валом знаходиться в межах 0,12…0,15% від діаметру валу) [2].

За властивостями сплави на основі цинку рівноцінні свинцево-олов’яно-сурм’янистим бабітам.

Сплави системи Zn-Al-Cu мають трифазну структуру: -фаза + подвійна евтектика ( + ) + потрійна евтектика ( +  + ) [2]. Фаза  проміжна фаза на основі хімічної сполуки CuZn₃; -фаза – твердий розчин заміщення атомів алюмінію в гратці цинку; -фаза – твердий розчин заміщення атомів міді в гратці цинку. Роль м’якої складової виконує евтектика, а твердої складової – включення CuZn₃. Мікроструктура сплаву ЦАМ10-5 показана на рис. 6.10.

Рисунок 6.10 – Мікроструктура сплаву ЦАМ10-5, 460

Сплави системи Zn-Al-Cu, як і сплави системи Zn-Al, схильні до природного старіння. Ефект від старіння та зміцнення залежить від хімічного складу. В деяких сплавах старіння проходить дуже повільно, а в інших – дуже швидко. Іноді старіння може привести до короблення та самодовільного руйнування. Старіння сплавів пов’язано із структурними змінами, які відбуваються в твердому розчині: по-перше, з евтектоїдним перетворенням -фази (твердий розчин заміщення атомів Zn в гратці Al) та по-друге, з виділенням -фаз з -фази. Ступінь та швидкість процесу старіння залежать від температури та хімічного складу сплаву. Особливо швидко ці процесі відбуваються в сплавах збагачених алюмінієм.

Для підвищення міцності та уповільнення процесу природного старіння сплави легують магнієм.

Механічні властивості, умови експлуатації та приклади використання сплавів на основі цинку наведені в табл.6.11.

Таблиця 6.11 – Механічні властивості, умови експлуатації та приклади використання сплавів на основі цинку [19]

Марка сплаву	Механічні властивості			Умови експлуатації			Призначення
	в, МПа	, %	НВ	питомий тиск, МПа	швидкість ковзання, м/с	температура, °С
	не менш
ЦАМ9-1,5Л	245	1,0	95	9,8	8	80	Для відливки монометалевих вкладишів, втулок, повзунів та ін.
				19,6	10	100	Для біметалевих виробів з металевим каркасом для литва
ЦАМ9-1,5	294	10	85	24,5	15	100	Для біметалевої стрічки зі сталі та дюралюміну методом прокатування з наступним штампуванням вкладишів
ЦАМ10-5Л	245	0,4	100	9,8	8	80	Для відливки вольниць та втулок різних агрегатів
ЦАМ10-5	343	4,0	90	19,6	8	80	Для отримання прокатних полос для направляючих ковзання металорізальних верстатів та інших виробів.