8.3.1. Антифрикційні чавуни

Крім зазначеного вище, до їх переваг належать висока зносостійкість та мінімальна схильність до схоплювання. Пористість чавунів сприяє вбиранню ними мастила, їх хімічний склад наведено у таблиці 8.1. Низький коефіцієнт тертя антифрикційних чавунів зумовлений, зокрема, наявністю в матеріалі у вільному вигляді графіту, що, як відомо, є мастилом.

Антифрикційні чавуни мають перлітну або перлітно-феритну металеву основу, без вільного цементиту, з невеликими включеннями фосфідної евтектики. При підвищених швидкостях ковзання та високих тисках використовують чавуни марок АЧВ-1 та АЧВ-2 з щільною перлітною структурою та незначними виділеннями вільного графіту кулястої форми. В особливо навантажених вузлах тертя у парі з термообробленим сталевим валом застосовують чавун АЧС-5 з пластинчастими включеннями графіту, але аустенітною структурою, стабільною завдяки легуванню цього сплаву марганцем і алюмінієм.

З антифрикційних чавунів виготовляють не лише підшипники ковзання, а й інші деталі машин, які працюють в умовах тертя та зношування: втулки паливних насосів, напрямні, клапани, поршневі кільця. В останньому випадку використовується чавун АЧС-6 з підвищеним вмістом фосфору (0,5...1 %), чим забезпечується наявність у структурі цього сплаву ділянок фосфідної евтектики – твердих включень, за правилом Шарпі.

Таблиця 8.1 – Вміст хімічних елементів в антифрикційних чавунах, % ГОСТ 1585-79

Сплав	С	Мn	Si		Р	Si	Інші
АЧС-1	3,2...3,6	0,6...1,2	1,3...2,0	0,15...0,3		Не більше 0,12	0,2...0,4Сr, 1,5..2,0Сu
АЧС-2	3,2...3,8	0,4…0,7	1,4...2,2	0,15...0,4		Не більше 0,12	0,2...0,4Сr, 0,2..0,4Nі, 0,3...0.5Cu
АЧС4	3,0..3,5	0,6...0,8	1,4...2,2	Не більше 0,3		0,12...0,2	0,25...0,4 Sb
АЧВ-1	23...3,5	05...12	1,8...2,7	Не більше 0,2		Не більше 0,01	0,7 Сu; > 0,03 Мg
АЧВ-2	2,8...3,5	0,5…1,2	1,8...2,7	Не більше 0,2		Не більше 0,01	> 0,03 Мg
АЧК-1	2,3…3,0	0,6...1,2	0,5...1,0	Не більше 0,2		Не більше 0,08	1,0...1,5Сu
АЧК-2	2,6…3	0,3...0,6	0,8…1,3	Не більше 0,15		Не більше 0,15	—

8.3.2. Бабіти

На відміну від антифрикційних чавунів і бронз, для яких правило Шарпі звичайно не виконується, бабіти мають структуру, що повністю відповідає цьому правилу. Бабіти відзначаються порівняно низькою температурою плавлення, високою пластичністю і доброю припрацьовуваністю. Але міцність їх досить низька, тому їх звичайно наплавляють на сталевий корпус вкладки підшипника.

П ерші бабіти виготовляли на основі олова, але з огляду на його дефіцитність і високу вартість були створені свинцевисті бабіти, спочатку з певною кількістю олова, а потім і взагалі без нього. Тому зараз існує три групи бабітів: олов'яні, свинцево-сурм'янисті та свинцеві (таблиця 8.2).

Таблиця 8.2 – Хімічний склад бабітів, %

Сплав	Sn	Pb	Sb	Сu		Са	Nа		Інші
Олов'яні бабіти ГОСТ 1320-98
Б83	Осн.	-	10...2	5,5...6,5	-		-		-
Б83С	Осн.	1,0...1,5	9...11	5...6	-		-		-
Б88	Осн.	-	7,3...7,8	2,5...3,5	-		-		0,8...1,2 Сd; 0,15..0,25Ni
Свинцево-сурм’янисті бабіти ГОСТ 1320-98
Б16	15...17	Осн.	15...17	1,5...2		-	-		-
БС6	5,5...6,5	Осн.	5,5...6,5	0,1...0,3		-	-		-
БН	9...11	Осн.	13...15	1,5...2		-	-		1,25...1,75 Сu; 0,1...0,5 Мі; 0,5...0,9 Аl
Свинцеві бабіти ГОСТ 1209–99
БКА	-	Осн.	-	-	0,95..0,15			0,7...0,9	0,05...0,2 А1
БК2	1,5...2,1	Осн.	-	-	0,3...0,55			0,2...0,4	0,06...0,11 Мg
БК2Ш	1,5...2,1	Осн.	-	-	0,65...0,9			0,7...0,9	0,11...0,16 Мg

Фізико-механічні властивості бабітів надано в табл. 8.3.

Таблиця 8.3 – Фізико-механічні властивості бабітів

Параметр марка	Б 83	Б 16	БК 2	БС 6
Густина, кг/м2 Межа текучості при стисканні, МПа Межа міцності при стисканні, МПа Твердість НВ при 20 0С Темпер.коеф.лінійного розширення α ∙104 Коефіцієнт тертя в парі з сталью: - при змазці - без змазки Коефіцієнт теплопровідності, кДж/ (м с0С)	7360 83 115 30 23 0,005 0,280 0,033	9290 86 123 30 24 0,006 0,250 0,025	10500 116 160 32 36 0,004 0,410 0, 021	5600 83 136 32 28 0,005 - 0,021

Олов'яні бабіти, до яких належить і класичний бабіт Шарпі (сплав Б83, рис. 8.2), є сплавами олова із сурмою та міддю. Остання вводиться до їх складу як антилікватор – для запобігання ліквації за густиною. Мідь з оловом утворює тугоплавку сполуку Сu₃Sn, яка кристалізується у першу чергу, раніше від інших фаз сплаву. Кристали цієї сполуки, що мають форму зірочок або ланцюжків (рис. 8.3), утворюють свого роду каркас, який внеможливлює ліквацію за густиною.

Рисунок 8.2 - Мікроструктура бабіту Б83	Рисунок 8.3 - Мікроструктура бабіту Б16

Після того, як практично вся мідь викристалізувалася, подальшу кристалізацію сплаву можна розглядати за діаграмою стану подвійної системи олово-сурма. Тут практичний інтерес становлять 2 фази: -твердий розчин сурми в олові, який є м'якою основою сплаву, та тверді включення -фази на основі сполуки SnSb, кристали якої мають квадратну або трикутну форму (рис. 8.2).

Олов'яні бабіти Б83, Б83С і Б88 мають найвищі антифрикційні властивості, порівняно з іншими бабітами, зношуються у 2...3 рази менше, ніж свинцеві. Вони відзначаються більшою стійкістю до корозії і теплопровідністю, меншим температурним коефіцієнтом лінійного розширення, ніж у інших бабітів, їх недоліками є висока вартість, низька робоча температура (до 120 °С), погані експлуатаційні властивості в умовах сухого тертя. Але їх переваги вагоміші за недоліки, тому олов'яні бабіти застосовують у підшипниках відповідального призначення, які експлуатуються при великих навантаженнях – підшипники парових турбін, крупних суднових двигунів, турбокомпресорів, турбонасосів, дизелів, електродвигунів тощо.

Типовим представником свинцево-сурм’янистих бабітів є сплав Б16. Мідь тут також використовується як антилікватор, вона утворює сполуку Сu₂Sb, яка кристалізується у першу чергу у вигляді голчастих кристалів (рис. 8.3) червонуватого кольору. Твердими включеннями у цьому сплаві є та сама фаза (SnSb), що й у олов’яних бабітах, але м’якою основою тут буде подвійна евтектика (+), де -твердий розчин олова та сурми у свинці. З цієї причини Б16 поступається в’язкістю бабіту Б83 і тому повинен експлуатуватися при більш спокійних навантаженнях. Водночас робочі температури сплавів Б16 і БС6 вищі, що дозволяє застосовувати їх у підшипниках автомобільних і тракторних двигунів. У сплаві БН вміст дефіцитного олова дещо знижено за рахунок додаткового легування його кадмієм, миш’яком, нікелем. Перші два з них утворюють ще одну сполуку (АsСd), яка відіграє роль твердих включень у матриці. Міцність останньої підвищується завдяки введенню нікелю. Використовують цей сплав для середньонавантажених підшипників дизелів і компресорів.

Свинцеві бабіти - сплави БКА, БК2 і БК2Ш – як один із головних легуючих елементів мають кальцій. Саме він утворює з основою сплаву – свинцем – сполуку Рb₃Са, тверді включення якої у вигляді дрібних дендритів (рис. 8.4) червонуватого кольору рівномірно розподілені у м'якій матриці. Тому такі бабіти називають ще кальцієвими. Натрій вводять до їх складу для підвищення твердості, олово – для зменшення їх здатності до окислення та поліпшення адгезії зі сталевою вкладкою, алюміній і магній – для зменшення вигорання кальцію та натрію.

Бабіт БКА застосовують для заливання буксів підшипників залізничних вагонів і тендерів, БК2 – вкладок корінних та шатунних підшипників дизелів і газових двигунів, а БК2Ш – для підшихтування сплаву БК2 при його повторному заливанні.

Рисунок 8.4 - Мікроструктура бабіту БК2

До свинцевих бабітів належить також сплав БС6. Оскільки мідь і в цьому сплаві є антилікватором і кристалізується у вигляді голчастих кристалів сполуки Сu₂Sb в першу чергу, подальшу кристалізацію можна розглядати за діаграмою стану подвійної системи свинець-сурма. Сплав БС6 є заевтектичним, отже, його структура складається з крупних первинних кристалів сурми та евтектики, до складу якої входять -твердий розчин сурми у свинці і знову ж таки сурма (рис. 8.5).

Рисунок 8.5 - Мікроструктура бабіту БС6

Наявність у структурі сплаву великої кількості крихкої сурми надає йому підвищеної крихкості, внаслідок чого цей бабіт можна застосовувати лише в умовах спокійного навантаження і малих обертових швидкостей.