11. Антифрикционные (подшипниковые) сплавы на оловянной, свинцовой и цинковой основах

Антифрикционностъ — способность материала обеспечивать низкий коэффициент трения скольжения и тем самым низкие потери на трение.

Антифрикционные сплавы — материалы с низким коэффициентом трения скольжения, достаточной твердостью, хорошей деформируемостью и пластичностью, способностью удерживать смазку на поверхности.

Основные потребительские свойства антифрикционных сплавов реализуются за счет структурных особенностей — однородная, мягкая, пластичная основа с включением твердых частиц (например, SnSb). Мягкая основа должна обеспечивать хорошую прирабатываемость трущихся поверхностей, а равномерно распределенные в основе хорошо полирующиеся твердые включения — уменьшать (наряду со смазкой) коэффициент трения (рис. 11.1).

Рис. 11.1 Схема работы пары трения вал – вкладыш: 1 – вал; 2 – вкладыш; 3 – мягкая основа; 4 – твердые включения; 5 – пространство, заполняемое смазкой, уменьшающей силы трения

При вращении вал опирается на твердые частицы, обеспечивающие износостойкость, а основная масса, истирающаяся более быстро, прирабатывается к валу и образует сеть микроскопических каналов, по которым циркулирует смазка и уносятся продукты износа.

Большая часть подшипников скольжения изготавливается из цветных сплавов на медной основе (латуни — ЛКС80-3-3 и бронзы — БрС3О и БрОЦС5-5-5) и на основе алюминия. Широкое распространение получили также баббиты.

Баббиты — антифрикционные сплавы на основе Sn, Pb, Ca, Zn и др. с добавками Sb, Сu и других элементов, предназначенные для заливки вкладышей подшипников.

Оловянные баббиты базируются на системе Sn-Sb-Cu. Оловянные баббиты маркируются буквой Б, за которой следует цифра, показывающая содержание основного компонента — олова (остальное — сурьма и медь).

Оловянные баббиты (Б88, Б83) обладают наилучшим сочетанием антифрикционных и физико-механических свойств. Однако ввиду большого содержания дорогостоящего олова они применяется для заливки подшипников ответственного назначения тяжело нагруженных машин (турбин).

Свинцовые баббиты применяют для менее нагруженных подшипников, чем оловянные. Для легирования свинцовых баббитов используют Ni, Cd и As.

Свинцовый баббит Б16 системы Pb — Sb (15...17 %) с добавкой олова (15...17 %) и меди (1,5...2 %) является дешевым заменителем оловянных баббитов.

Он используется для изготовления подшипников скольжения высокоскоростных двигателей, хорошо воспринимает ударные и знакопеременные нагрузки.

Кальциевые баббиты базируются на системе Са — Pb — Na. Дополнительное легирование осуществляют Sn, Mg и Аl.

Эти баббиты (БКА, БК2, БК2Ш), имея небольшую прочность (σв = 60... 120 МПа, 20...30 НВ), могут применяться только в подшипниках с прочным стальным (чугунным) или бронзовым корпусом.

Для цинковых баббитов (ГОСТ 21437—95) используется цинк, легированный алюминием, медью или магнием.

Цинковые баббиты обладают высокими антифрикционными свойствами и прочностью (σв = 250...400 МПа) и могут применяться для узлов трения, температура которых не превышает 100 °С, при сравнительно небольших скоростях скольжения (до 8 м/с).

Сплавы ЦАМ 10-5 и ЦАМ 9,5-1,5 в литом виде применяют для монометаллических вкладышей, втулок и др., а сплав ЦАМ 10-5 — для изготовления биметаллических изделий со стальным корпусом.

Сплав ЦАМ 9,5-1,5 в деформированном виде используют для получения биметаллических полос со сталью и алюминиевыми сплавами.

Припои

Припой — металл или сплав, заполняющий зазор между соединяемыми деталями и предназначенный для их соединения пайкой. Температура плавления припоев должна быть ниже температуры плавления материалов паяемых деталей, а в расплавленной состоянии припой должен хорошо смачивать поверхности металлов. Температурные коэффициенты линейного расширения металла и припоя должны быть близки.

Пайка (паяние) — процесс получения неразъемного соединения путем нагрева места пайки и заполнения зазора между соединяемыми деталями расплавленным припоем с его последующей кристаллизацией.

Припои разделяют на низкотемпературные (t_пл < 400 °C) и высокотемпературные (t_пл > 400 °С).

Основные материалы низкотемпературных припоев (ГОСТ 21930—76) — сплавы олова и свинца. Дополнительное легирование низкотемпературных (мягких) припоев с целью повышения температуры плавления выполняется сурьмой (до 6 %) или кадмием.

Низкотемпературные припои используются для лужения и пайки деталей электрорадиоаппаратуры, приборов, реле, в том числе, оцинкованных, в кабельной, электро- и радиоэлектронной промышленностях, пайки белой жести, лужения и пайки деталей с закатанными и клепанными швами из латуни и меди, шпатлевки кузовов автомобилей и др.

Высокотемпературные припои выполняют на медно латунной, медно-никелевой или серебряной (например, ПСр 72, где 72 - содержание серебра в %) основах.

Серебряные припои применяют для пайки черных и цветных металлов, кроме сплавов алюминия и магния, а припои на медной основе - для пайки углеродистых и легированных сталей, никеля и его сплавов.

Припои для высокотемпературной пайки обеспечивают более прочные соединения, чем припои для низкотемпературной пайки, так как вследствие высокой температуры нагрева легче происходит взаимная диффузия элементов основного металла и припоя.