13.4. Антифрикционные сплавы

Наряду с подшипниками качения в машинах широко используются подшипники скольжения. Поскольку вкладыши под­шипников скольжения непосредственно соприкасаются с валами, их изготовляют из сплавов достаточно пластичных, чтобы было легко прирабатываться к поверхности вращающегося вала, и до­статочно прочных, чтобы служили опорой для вала; кроме того, сплавы должны иметь малый коэффициент трения с материалом вала и достаточно низкую температуру плавления, что необходимо для заливки подшипников. Сплавы, удовлетворяющие перечисленным требованиям, называются подшипниковыми или антифрикцион­ными.

Антифрикционные сплавы имеют пластичную основу, в которой равномерно рассеяны более твердые частицы. При вращении в под­шипнике вал опирается на эти твердые частицы, а мягкая основа сплава по поверхности соприкосновения с валом изнашивается, в результате чего образуется сеть микроканалов, по которым пере­мещается смазка. Подшипниковые материалы делят на следующие группы: белые антифрикционные сплавы на основе олова, свинца (баббиты) и алюминия; сплавы на основе меди, чугуны серые, моди­фицированные и ковкие; металлокерамические пористые материалы; пластмассы.

Баббиты. В оловянном баббите марки Б83 пластичной основой является твердый раствор сурьмы и меди в олове, а твер­дыми частицами — соединения SnSb и Cu₃Sn. Микроструктура баб­бита Б83 приведена на рис. 66.

Рис.66. Микроструктура баббита: а - Б83, б - Б16

Баббиты Б83 применяют для заливки подшипников особо нагруженных машин. Оловянные баббиты дороги, поэтому по возможности их заменяют баббитами, состоящими преимущественно из свинца (например, баббитом марки Б16).

В свинцовых баббитах с сурьмой (марки Б16) твердые частицы образуют кристаллы соединений SnSb и Cu₃Sn, рассеянные в мягкой основе — растворе сурьмы и олова в свинце. Эти баббиты уступают по качеству оловянным, однако с успехом применяются для под­шипников средней нагруженности (например, в тракторных и авто­мобильных двигателях).

Резюме

Медь. Свойства - хорошие электропроводимость и тепло­проводность, высокая пластичность и способность образо­вывать технологичные сплавы

Температура плавления меди 1083 °С, кристаллическая решетка — ГЦК. Предел прочности чистой меди 220 МПа. Плот­ность меди 8,93 г/см³.

Сплавы меди - латуни и бронзы. Латуни - сплавы меди с цинком. В группу латуней входят томпак (90 % Сu и более, остальное — цинк) и много других, не только двойных, но и более сложных сплавов. Механическая прочность латуней выше, чем меди; они хорошо обрабатываются резанием. Латуни используют в приборостроении, общем и химиче­ском машиностроении.

Наибольшее применение нашли латуни, содержащие до 38 % Zn.

Медно-цинковые латуни выпускают восьми марок и обозначают русской буквой Л. Следующая за буквой цифра указывает средний процент меди в этом сплаве. Марка с максимальным содержанием меди - Л96, с мини­мальным — Л60. Латуни более сложного состава в обо­значении имеют после

буквы Л другую букву, а цифры, размещенные после цифры, показывающей процент меди, указывают процент добавок в марке латуни. Все добавляемые к латуни элементы обозначают русскими буквами: О — олово, Ц — цинк, С — свинец, Ж — железо, Мц — марганец, Н — ни­кель, К — кремний, А — алюминий.

Сплавы меди с оловом - бронзы.

Свойства - коррозионностойки, отличные литейные качества, малый коэффициент трения и устойчивость к износу.

Бронзы маркируют русскими буквами Бр; справа ставят элементы, входящие в бронзу: О — олово, А — алюминий, Ф — фосфор, Т — титан и другие, обозначае­мые так же, как и в латунях, но цифры, стоящие за бук­вами, обозначают среднее содержание добавок этих до­полнительных элементов в бронзе (цифры, обозначающие процентное содержание меди в бронзах, не ставят).

Алюминиевые бронзы (сплавы меди с алюминием) характеризуются хорошей жидкотекучестью, малой ликвацией, хорошо деформируются в горячем и холодном состоянии. Высокими механическими свойствами, пластичностью и коррозионной стойкостью отличаются кремниевые бронзы. Очень большой прочностью и упругостью славятся бериллиевые бронзы.

Алюминий. Свойства - плотность 2,7 г/см³, высокая тепло­проводность и теплоемкость, высокая пластичность, химически стоек против органических кислот и хорошо сопротивляется воздей­ствию азотной кислоты, кристаллическая решетка — ГЦК. Температура плавления алюминия 660°С. Предел прочности при разрыве 90—180 МПа. Сплавы алюминия делят на две группы: первая — сплавы, деформируемые обработкой, и вто­рая — литейные сплавы. Деформируемые сплавы подразделяют на упрочняемые холодной деформацией (сплавы алюми­ния с марганцем и магнием) и упрочняемых термической обработкой (дуралюмины и авиаль).

Дуралюмины — сплавы на основе Al—Cu—Mg, в ко­торые дополнительно вводят марганец для повышения коррозионной стойкости сплава. Наиболее известны сплавы Д18 и Д16. Дуралюмины хорошо деформируются и в горячем, и в холодном состояниях: для их упроч­нения обычно применяют закалку в воде и естествен­ное старение.

Литейные алюминиевые сплавы на основе системы алюминий — кремний (АЛ2, АЛ4, АЛО). Немодифи­цированный силумин имеет грубую игольчатую структуру и очень хрупок; после модифицирования сплав при­обретает пластичность. Модифицирование проводят до­бавкой в жидкий сплав незначительного количества ме­таллического натрия. Модифицируют силумин смесью солей ²/з NaF и ¹/з NaCI перед разливкой.

Титан. Свойства - плотность 4,507 г/см³, плавится при температуре 1660 °С, две аллотропические модификации: до 882 °С существует α -титан (ГПУ решетка), и при более высоких температурах — (β-титан с ОЦК решеткой. Высокая сопротив­ляемость коррозии в некоторых кислотах, морской и пре-

сной воде. Технический титан, применяемый промышлен­ностью, делят на две марки: ВТ 1-00 и ВТ 1-0. Для повышения механических свойств титана его легируют алюминием, который повышает температуру аллотропического превращения титана α↔β, поэтому алюминий часто называют α-стабилизатором титана. Для получения сплавов смешанной структуры титан, кроме алюминия, легируют дополнительно хромом, мар­ганцем, молибденом.

Сплавы, обладающие такими свойствами как высокая прочность, хорошая прирабатываемость, малый коэффициент трения, низкая температура плавления, называются подшипниковыми или антифрикцион­ными.

Баббиты. В оловянном баббите марки Б83 пластичной основой является твердый раствор сурьмы и меди в олове, а твер­дыми частицами — соединения SnSb и Cu₃Sn. В свинцовых баббитах с сурьмой (марки Б16) твердые частицы образуют кристаллы соединений SnSb и Cu₃Sn, рассеянные в мягкой основе — растворе сурьмы и олова в свинце.

Вопросы для повторения

1. Расскажите о свойствах меди, используемых в технике.

2. Какие сплавы меди Вы знаете?

3. Как называются сплавы меди с цинком? Какими свойствами они обладают? Для чего используются?

4. Как называются сплавы меди с оловом? Какими свойствами они обладают? Для чего используются?

5. Расскажите о свойствах алюминия, используемых в технике.

6. Какие сплавы алюминия Вы знаете?

7. Каковы свойства и применение дуралюминов?

8. Каковы свойства и применение силуминов?

9. Назовите свойства и применение титана и его сплавов.

10. Какими свойствами должны обладать антифрикционные сплавы?

11. Назовите типичные антифрикционные сплавы.