пористого шару (міднонікелевого або порошкового) і робочого поверхневого шару з свинцевого сплаву.
Хороші антифрикційні якості мають олов’янисті та свинцеві бронзи. Антифрикційні властивості забезпе-чуються структурою: м’яка основа – твердий розчин і тверде включення – евтектоїд (α + δ).
Свинцева бронза має структуру, яка складається із зерен α-фази та евтектики на основі свинцю (99,96%), яка розташовується на границях зерен або в міждендритних проміжках. Однак, олов’янисті бронзи дорогі, а свинцеві мають низькі технологічні властивості та міцність. Тому бронзу БрС30 краще використовувати в якості наплавленого робочого шару в бі- та триметалах. Якщо свинцеві бронзи легувати нікелем та оловом (Бр.ОС8-І2, Бр.ОСН 10-2-3 та ін.), які дають твердорозчинне зміцнення міді, то їх можна використовувати для виготовлення втулок і вкладишів підшипників без стальної основи. Оскільки олово і свинець дефіцитні метали, то часто використовуються сплави на основі алюмінію.
Алюмінієві сплави мають хороші антифрикційні властивості, високу теплопровідність, хорошу корозійну стійкість у масляних середовищах і достатньо хороші механічні та технологічні властивості. Їх застосовують у вигляді тонкого шару, який нанесений на стальну основу. У залежності від хімічного складу розрізняють два види сплавів.
1. Сплави алюмінію з сурмою, міддю та іншими елементами, які утворюють тверді фази у м’якій алюмінієвій основі. Найбільшого поширення набув сплав АСМ, який включає сурму (до 6,5%) і магній (0,3 – 0,7%) Цей сплав добре працює при високих швидкостях і великих навантаженнях в умовах рідкого тертя. Сплав АСМ широко використовується для виготовлення вкладишів підшипників колінчатого валу двигунів тракторів та автомобілів.
2. Сплави алюмінію з оловом і міддю, наприклад, А020-1 (20% олова і до 1,2% міді) і А09-2 (9% олова і 2% міді). Вони добре працюють в умовах сухого і напівсухого тертя і по антифрикційним властивостям близькі до бабітів. Їх використовують для виготовлення підшипників в автомобілебудуванні, тракторному та загальному машинобудуванні.
Інколи, як антифрикційні сплави використовують чавуни. Вони мають перлітну основу та підвищений вміст графіту. Графіт виконує роль мастила. Антифрикційні чавуни використовуються для виготовлення черв’ячних зубчатих коліс, направляючих для повзунів тощо.
Останнім часом в якості антифрикційних матеріалів широко використовують порошкові матеріали. Їх виготов-ляють з порошків бронзи, або заліза з добавками 1 – 3% графіту, просоченого мастилом, яке заповнює пори, об’єм яких у виробі складає 15 – 30%. Мастило і графіт змащують поверхні тертя. Знос підшипників і шийки вала в 7 – 8 разів менший, ніж у бабітів. Термін служби пористих підшипників у 1,5 – 10 разів більший, ніж у стандартних.
Застосування таких підшипників в авто- і авіабуду-ванні не вимагає регулярного змащення, спрощує кон-струкцію, обслуговування, підвищує надійність. Недоліком є менша, ніж у інших підшипників міцність.
У залежності від умов використання до таких підшипників висуваються різні вимоги. Так, до антифрикційних матеріалів для атомної та хімічної промисловості основною вимогою є стійкість проти агресивних середовищ (кислот, розплавлених металів, розігрітих газів тощо). Турбо- і авіабудівництво вимагає стійкості проти високих температур, роботи без змащування. Такі порошкові матеріали виготовляють з порошків метало-окислів (до 90%) або металослюди, графіту, з порошків залізо + графіт + сульфідні добавки, які знижують коефіцієнт тертя. Хороше змащування мастило + графіт забезпечується введенням поверхнево активних речовин (хром, кальцій, магній, барій тощо).
Для важконавантажених підшипників застосовують свинцеві бронзи з графітом.
Для особливо важких умов експлуатації (наприклад, шліфувальні верстати з алмазними дисками, які працюють з швидкістю біля 10000 об/хв застосовують антифрикційні матеріали на основі карбіду вольфраму. Звичайні кулькові підшипники в таких умовах працюють біля тижня, а підшипники на основі карбіду вольфраму – більше року.
У ракетній та криогенній техніці використовують метало-пластикові композиційні матеріали. Оскільки в умовах вакууму мастила випаровуються, а при низьких температурах – затвердівають.
Для отримання такої композиції пористий металічний каркас, який спечений із порошків бронзи, свинцю, графіту або сульфіду молібдену, просочується фторопластом, який має практично нульовий коефіцієнт тертя.
5.6. Тугоплавкі метали та їх сплави
Останнім часом у техніці застосовуються рідко-земельні тугоплавкі метали та їх сплави. Найбільше практичне значення мають тугоплавкі метали з ОЦК коміркою – вольфрам, ніобій, молібден, тантал та ін. Вони можуть працювати при температурах 1500 – 2000oC.
Самий тугоплавкий метал – вольфрам (3410oC). Його сплави застосовуються у радіо- і електронній промис-ловості. Так, із них виготовляють нитки розжарювання вакуумних приладів, листові аноди, нагрівники, контакти тощо. У сплаві з ренієм (до 30%) добре обробляється тиском.
Молібден (2625oC) і його сплави також є важливим матеріалом. Його використовують в електроламповій промисловості, радіоелектроніці, електровакуумному виробництві, високотемпературних вакуумних печах та ракетній техніці тощо. Легуючими добавками є цинк, вуглець, ніобій. Позитивно впливає на якість молібдену реній.
Ніобій (2468oC) і його сплави – перспективні матеріали нової техніки. Їх використовують у хімічній промисловості, в атомних прискорювачах тощо. З них виготовляють зверхпровідні матеріали.
Сплави ніобію технологічні, добре зварюються, відрізняються високою корозіостійкістю. Легування воль-фрамом, молібденом підвищують жаростійкість сплавів ніобію.
Тантал (2996oC) і його сплави з вольфрамом, молібденом, ніобієм відрізняються дуже високою хімічною стійкістю проти дії сильних кислот, у розплавах лужних металів і використовуються в електровакуумній та хімічній промисловості.
5.7. Сплави з пам’яттю форми
У 1963 році був вперше отриманий нітінол, який складається з 50% нікелю і 50% титану. Крім корозіо-стійкості він проявляє здатність до запам’ятовування форми. Суть цього ефекту полягає в наступному. Якщо металу надати необхідну форму, а потім повторно продеформувати при більш низькій температурі, то при нагріванні відтворюються розміри та форма виробу, які були на початку.
Подібне явище спостерігається в сплавах з термопружним мартенситним перетворенням. Суть цього явища полягає в тому, що при утворенні та рості кристалу мартенситна решітка високотемпературної фази накопичує енергію пружної деформації. В результаті ріст мартенситного кристалу може призупинитись ще до порушення когерентності границь, тобто встановлюється термопружна рівновага мартенсит-матриця. Порушення цієї рівноваги – зниження температури – приводить до росту мартенситного кристалу, а підвищення температури викликає зворотне перетворення – мартенситний кристал зменшується. Зворотне перетворення протікає в інтервалі температур і не змінює концентрацію твердого розчину, а лише викликає зміну кристалічної решітки з утворенням рельєфу на поверхні. Температури прямого і зворотного процесів можуть відрізнятися на сотні градусів. При зворотному перетворенні можуть відновлюватись форма та розміри виробу.
Ефект відтворення форми характерний не всім сплавам, які мають мартенситне перетворення при деформації. Для нітонола це характерно. Із нього виготовляють пристрої для космічних апаратів, які саморозвертаються та інші вироби.
Із сплаву при температурі вище 20oC виготовляють деталі (з’єднувальні муфти, ущільнювачі трубопроводів, заклепки тощо), які підлягають повторній деформації в рідкому азоті. Наприклад, муфта з внутрішнім діаметром, дещо меншим ніж зовнішній діаметр труби, так розширюється в рідкому азоті, що її можна одягти на трубу. При нагріванні муфта стискується до попередніх розмірів. При цьому труби з’єднуються міцно, надійно і герметично.
Завдяки ефекту пам’яті форми можна здійснювати заклепочні з’єднання у важко доступних місцях. Для цього заклепку з протилежної сторони від головки розпилюють вздовж осі, а кінці розводять і закріплюють. Потім нагрівають. Далі при кімнатній температурі кінці заклепки зводять і вставляють в отвір. При нагріванні розрізані кінці заклепки розходяться і міцно з’єднують деталі.
Широке застосування знайшов нітінол у медицині. Виявилось, що крім корозієстійкості та пам’яті форми, цей сплав сумісний з тканинами організмів. Тому з нітінолу виготовляють різні скріплюючи скоби, стержні тощо.
Перспективним є застосування нітінолу для терморегуляторів, створення пристроїв для прямого перетворення тепла у механічну енергію, автоматичних терморегуляторів та машин багатократної дії, які реагують на невеликі коливання температури.
Широкому застосуванню сплавів з пам’яттю форми заважає складність у дотриманні точного хімічного складу, регулювання певних домішок, усунення ліквацій тощо.