9.5. Підшипникові (антифрикційні) сплави

Підшипниковими називають сплави, із яких виготовляють вкладиші підшипників ковзання. До підшипникових сплавів висувають ряд вимог. Вони повинні мати:

1) низький коефіцієнт тертя з матеріалом спряжуваної деталі;

2) достатньо високу твердість і зносостійкість, але не викликати при цьому сильного спрацювання вала;

3) добру теплопровідність, що необхідно для запобігання її перегріву в процесі роботи;

4) здатність відносно легко деформуватись під дією місцевих напружень, тобто достатню пластичність і прироблюваність;

5) не дуже високу температуру плавлення (для сплавів, які використовують для заливання вкладишів);

6) здатність утримувати мастило на поверхні, що забезпечується високою змочуваністю сплаву мастильним матеріалом;

7) високу корозійну стійкість.

Таким вимогам задовільняють сплави, які називаються бабітами.

Бабіти – це антифрикційні сплави на олов’яній або свинцевій основі. До олов’яних бабітів належать бабіти марок Б83 (83%Sn, 11%Sb i 6%Cu) і Б89 (89%Sn, 8%Sb і 3%Cu). Їх структура, згідно з діаграмою стану Sn-Sb (рис. 9.7), складається з твердого розчину сурми і міді в олові (м’яка основа) і твердих включень -фази (твердого розчину на базі інтерметалідної сполуки SnSb), які мають приблизно кубічну форму, і дрібних включень сполуки Cu₃Sn.

Рис. 9.7. Діаграма сплавів Sn-Sb

До бабітів на свинцевій основі належать марки Б16 (16%Sn, 16%Sb, 2%Cu, решта - Pb), Б6, БН, БТ, що містять олово та марки БС, БК, які не містять олова. У бабіті Б16 м’якою основою є твердий розчин Sb і Cu в свинці, а твердими включеннями - -фаза (твердий розчин на базі сполуки SnSb і сполуки Cu₃Sn). У кальцієвому бабіті марки БК м’якою основою є розчин натрію в свинці, а твердими включеннями – кристали Pb₃Ca.

Олов’яні та свинцеві бабіти містять звичайно мідь, яка зменшує ліквацію за густиною і утворює хімічну сполуку Cu₃Sn, яка додатково виконує роль твердих включень.

Олов’яні бабіти застосовують для заливання підшипників, що працюють в умовах малих тисків і великих швидкостей ковзання. Свинцеві бабіти дешевші олов’яних, але поступаються їм за якістю. Вони використовуються в двигунах внутрішнього згоряння.

До антифрикційних сплавів належать також бронзи і латуні. Найчастіше для виготовлення підшипників ковзання використовують олов’янисті (БрО10Ф1, БрО10Ц2) та олов’янисто-цинково-свинцеві (БрО5Ц5С5, БрО6Ц6С3 та ін.) бронзи. Бронзові монолітні підшипники ковзання використовують в турбінах, електродвигунах, компресорах, які працюють при значних тисках і середніх швидкостях ковзання.

Латуні за антифрикційними якостями поступаються бронзам. Їх застосовують як замінники бронз при малих швидкостях ковзання і невисоких навантаженнях.

Бабіти, олов’янисті бронзи і латуні відносяться до антифрикційних сплавів першого типу, структура яких складається з м’якої основи і твердих включень. Є ще антифрикційні сплави другого типу, структура яких складається з твердої матриці і м’яких включень. До цих сплавів належать свинцеві бронзи, наприклад, БрС30, алюмінієві сплави з оловом, антифрикційні чавуни.

Структура свинцевої бронзи БрС30 складається з відносно твердої мідної основи з вкрапленням м’якого свинцю. У структурі алюмінієвого сплаву АО9-2 (9% Sn, 2% Cu) м’якою складовою є включення олова, а в антифрикційних чавунах роль м’якої складової виконують включення графіту. Крім того, графіт виконує функцію мастила. Як антифрикційний матеріал використовують чавуни: сірі АЧС-1, АЧС-2, АЧС-3; високоміцні АЧВ-1, АЧВ-2; ковкі АЧК-1, АЧК-2, АЧК-3. З метою зменшення спрацювання спряжуваної деталі марку чавуну вибирають так, щоб його твердість була нижчою за твердість матеріалу цапфи.

Перевагою чавунів є їх невисока вартість, а недоліками – погана прироблюваність, чутливість до браку мастила і низька стійкість до ударних навантажень