Антифрикционные сплавы на основе меди

В качестве антифрикционных сплавов употребляют бронзы (оловянные и безоловянные) и латуни. Подшипники изготавливают из бронзы в монометаллическом и биметаллическом исполнении (рис.6.51). Для монометаллических подшипников используют оловянистые бронзы.

Для биметаллических подшипников в качестве антифрикционного слоя употребляются бронзы, содержащие повышенное количество свинца без олова (БрС30) или с 1% Sn.

В отличие от баббитов, бронза БрС30 относится к антифрикционным материалам с твердой матрицей (Си) и мягкими включениями (Pb). При граничном трении на поверхность вала переносится тонкая пленка свинца, защищающая шейку стального вала от повреждения. Эта бронза отличается высокой теплопроводностью (в четыре раза большей, чем у остальных бронз) и хорошим сопротивлением усталости. На рис.6.52 изображена микроструктура БрС30.

Рис.6.51 Схемы исполнения биметаллических и триметаллических подшипников

Биметаллические подшипники имеют стальное основание обеспечивающее жесткость и натяг в тяжелых условиях повышенной температуры и циклических нагрузок.

Второй слой материала состоит из антифрикционного сплава. Его толщина относительно велика – она составляет около 0.3 мм. Толщина антифрикционного слоя является важной характеристикой биметаллических подшипников, которые способны прирабатываться и приспосабливаться к относительно большим геометрическим дефектам. Биметаллический подшипник также обладает хорошей абсорбционной способностью, поглощая как мелкие, так и крупные включения в масле.

Обычно рабочий слой сделан из алюминия, содержащего 6 – 20% олова в качестве твердого смазочного материала, обеспечивающего антифрикционные свойства. Кроме этого, сплав часто содержит 2 – 4% кремния в виде мелких включений, распределенных в алюминии. Твердый кремний упрочняет сплав и также обладает способностью полировать поверхность вала. Присутствие кремния особенно важно при работе с валами из ковкого чугуна. Алюминиевый сплав может быть дополнительно упрочнен небольшими добавками меди, никеля, марганца, ванадия и других элементов.

Рис.6.52 Микроструктура бронзы БрС30 (Справа - схематическое изображение микроструктуры)

Антифрикционные сплавы на основе железа

Стали. В качестве антифрикционных материалов стали используют в очень легких условиях работы при небольших давлениях и невысоких скоростях скольжения. Будучи твердыми и имея высокую температуру плавления, стали плохо прирабатываются, сравнительно легко схватываются с сопряженной поверхностью цапфы и образуют задиры. Обычно используют так называемые медистые стали, содержащие малое количество углерода, либо графитизированные стали, имеющие включения свободного графита. В таблице 2 приложения приведен состав сталей, рекомендуемых к использованию взамен бронз в легких условиях работы.

Табл.2. Состав (в %) антифрикционных сталей

Антифрикционный чугун. Ряд чугунов имеет высокие антифрикционные свойства, которые определяются в значительной степени строением графитовой составляющей. Чугун с глобоидальной формой графита и с толстыми пластинками более износостоек, чем чугун с тонкими пластинками. В структуре антифрикционного чугуна желательно иметь минимальное количество свободного феррита (не более 15%) и должен отсутствовать свободный цементит. В таблице 3 приведены структура и свойства антифрикционного чугуна.

Табл.3. Структура и свойства антифрикционных чугунов

Включения графита в чугунах выполняют роль мягкой составляющей. К их недостаткам следует отнести плохую прирабатываемость, чувствительность к недостатку смазки, пониженную стойкость к воздействию ударной нагрузки.

Рис.6.53 Структуры антифрикционных чугунов с глобоидальной и шаровидной формой графита на перлитной основе

НАЗНАЧЕНИЕ АНТИФРИКЦИОННОГО ЧУГУНА (табл.4)

Таблица 4

Марка чугуна	Назначение
АЧС-1	Для работы в паре с закаленным или нормализованным валом
АЧС-2	То же
АЧС-3	Для работы в паре с закаленным или нормализованным валом, или валом, не подвергающимся термической обработке
АЧС-4	Для работы в паре с закаленным или нормализованным валом
АЧС-5	Для работы в особо нагруженных узлах трения в паре с закаленным или нормализованным валом
АЧС-6	Для работы в узлах трения при температуре до 300 °С в паре с валом, не подвергающимся термической обработке
АЧВ-1	Для работы в узлах трения с повышенными окружными скоростями в паре с закаленным или нормализованным валом
АЧВ-2	Для работы в условиях трения с повышенными окружными скоростями в паре с валом, не подвергающимся термической обработке
АЧК-1	Для работы в паре с закаленным или нормализованным валом
АЧК-2	Для работы в паре с валом, не подвергающимся термической обработке

АНТИФРИКЦИОННЫЕ СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ

Алюминиевые сплавы в последнее время все шире используются для замены антифрикционных сплавов на свинцовой и оловянной основе, а также свинцовистой бронзы. Их классифицируют по микроструктурному признаку. Первая группа – сплавы, имеющие твердые структурные составляющие (FeAl₃; Al₃Ni; CuAl₂; Mg₂Si и др.) в пластичной основе металла. Они применяются при высоких скоростях вращения и невысоких нагрузках с применением смазки. Однако, если подача смазки прекращается, то наступает схватывание. Свободны от этого недостатка сплавы второй группы, они легированы оловом. В случае прекращения поступления смазки олово расплавляется, покрывая вал тонким слоем и тем самым препятствуя контакту железа с алюминием и, следовательно, схватыванию. В таблице 5 приведены современные антифрикционные сплавы. Медь вводят для упрочнения матрицы, кремний, железо, никель и др. для уменьшения износа (образуют твердые частицы).

Таблица 5

Группа	Сплав	Ni	Mg	Sb	Cu	Si	Sn	Ti
I     II	АН-2,5 АСМ   АО9-1 АО3-1 АО9-2 АО20-1	2,7 – 3,3 –   – 0,4 1,0 –	– 0,3 – 0,7   – – – –	3,5 3,5 – 6,5   – – – –	– –   1,0 1,0 2,25 1,0	– –   – 1,85 0,5 –	– –   9,0 3,0 9,0 20,0	0,02 – 0,1