2. Антифрикционный сплав баббит.

Для тяжелонагруженных трибосопряжений, в частности, подшипников скольжения паровых турбин, широко используется высокооловянистый баббит Б83. Такой материал работает при больших скоростях и средних нагрузках (таблица 1) [6]. Химический состав баббита Б83 представлен в таблице 2 [6].

Таблица 1. Условия работы подшипника (ГОСТ 1320-74).

Характеристика нагрузки	Удельное давление p, МПа	Окружная скорость v, м/с	Напряженность работы pv, МПам/с	Рабочая температура, °С
Спокойная ударная	15	50	750	70

Таблица 2. Химический состав баббита Б83 по (ГОСТ 1320-74).

Основные компоненты, %
Олово (Sn)			Сурьма (Sb)			Медь (Cu)
остальное			10-12			5,5-6,5
Примеси, не более, %
Железо (Fe)	Мышьяк (As)	Цинк (Zn)		Свинец (Pb)	Висмут (Bi)		Алюминий (Al)
0,10	0,05	0,004		0,35	0,05		0,005

Рассматриваемый антифрикционный материал обладает следующими структурными особенностями: в мягкой матрице α-фазы расположены крупные кристаллы (200-300 мкм) твердой β-фазы (SnSb) и игольчатые частицы γ-фазы (Cu₃Sn). α-фаза имеет тетрагексальную решетку с параметрами а+0,58314нм, С=0,31815нм. β-фаза имеет сплошную кубическую решетку. Плотность и твердость структурных составляющих баббита Б83 представлены в таблице 3. Структурные составляющие оказывают существенное влияние на трибологические свойства баббита.

Таблица 3. Свойства структурных составляющих баббита Б83

Структурная составляющая	ρ, кг/м3	Твердость интерметаллидов НВ, кгс/мм2	Микротвердость [9]	Температура кристаллизации [9], °С
α-фаза (твердый раствор сурьмы в олове)	7,25	-	22	242
β-фаза (SnSb)	6,96 [7] 7,12 [8]	54	95	273
γ-фаза (Cu3Sn)	10,91	383	320	375

Наличие легко выкрашивающихся крупных частиц β-фазы обуславливает невысокую износостойкость баббита Б83 [10, 11]. Измельчение указанных структурных составляющих положительно влияет на повышение износостойкости баббитового вкладыша [12, 13]. Так в работе [13] показано, что уменьшение размера β-фазы от 150 до 5 мкм приводит к снижению твердости по Бринеллю и интенсивности износа на 25% (таблица 4). Следует отметить, что на трибологические свойства баббита оказывает влияние не только размеры, но и распределение структурных составляющих. В работе [7] показано, что неравномерное распределение β-фазы и практически полное отсутствие γ-фазы приводит к повышению коэффициента трения на 30…70 % и уменьшению твердости.

Таблица 4 Влияние размеров β-фазы на свойства баббита

Размер частиц β-фазы, мкм	НВ	I, 108 мг/мм2
150	27	2,679
40	23	2,260
5	20	2,003

Еще одним недостатком баббита Б-83 является низкий предел усталости при знакопеременных нагрузках, что сдерживает применение этого сплава в подшипниках с повышенным удельным давлением. Низкую усталостную прочность баббита Б-83 можно объяснить избыточной гетерогенностью сплава и, особенно, кубическими кристаллами β-фазы [14]. В связи с различием кристаллических решеток с различной ориентацией включения β-фазы слабо связаны с α-твердым раствором и являются источником возникновения микро и макротрещин при незначительном нагружении баббита. Кроме того, интермераллиды β-фазы и γ-фазы имеют остроугольную форму (β-фаза − «кубики», «треугольники» γ-фаза − иглообразная форма), что при воздействии напряжений приводит к концентрации напряжений, тем самым ускоряя процесс усталостного разрушения. Таким образом усталостная прочность баббита на прямую зависит от формы, дисперсности и равномерности распределения структурных составляющих.