Классификация антифрикционных материалов
Металлические материалы: |
Баббиты (сплавы на основе Sn и РЬ), Бронзы и латуни Алюминиевые антифрикционные сплавы Цинковые антифрикционные сплавы Графитизированные чугуны и стали |
Неметаллические материалы:
|
Полимерные антифрикционные материалы Древесные антифрикционные материалы Графитовые материалы |
Комбинированные материалы: |
Металлографитовые Металлополимерные |
Структура подшипниковых сплавов
Наибольшее применение в технике нашли металлические подшипники скольжения. Для их изготовления используют сплавы цветных металлов Sn, Pb, Al, Zn и другие, подбирая химический состав сплавов так, чтобы в структуре сплава образовались две фазы - мягкая и твердая. В зависимости от принятого состава сплава можно получить два типа неоднородной структуры с различным соотношением мягкой и твердой фаз и, следовательно, два типа подшипников скольжения, характеризуемые как: «мягкая основа и твердые включения» и «твердая основа и мягкие включения», рисунок 1.
Мягкой основой у подшипниковых сплавов являются металлы Sn, Pb, Al и твердые растворы других элементов (Sb, Cu, Mg и др.) в этих металлах, а твердыми включениями - химические соединения SnSb, Cu6Sn5, Pb3Ca, CuZn3, AlSb и др.
Рисунок 1 Схема структуры подшипника скольжения
а – мягкая основа и твердые включения (баббит Б83)
б – твердая основа и мягкие включения (бронза БрС30)
Твердой основой в подшипниковых сплавах - бронзах является Си или растворы Sn и Zn в Си с мягкими включениями Рb, а в чугунах соответственно феррито-перлитная или перлитная основа с включениями графита.
Механические и эксплуатационные свойства у сплавов систем «мягкая основа и твердые включения» и «твердая основа и мягкие включения» существенно отличаются между собой, что определяет различие в их практическом применении в зависимости от удельных нагрузок, скорости перемещения трущихся поверхностей, температурных условий, характера смазки и др.
Химический состав антифрикционных подшипниковых сплавов приведен в таблице 1, 2, 3, 4.
Свойства подшипниковых сплавов
Свойства подшипниковых сплавов: физические, механические, антифрикционные зависят, прежде всего, от типа сплава, соотношения основных компонентов и количества легирующих добавок.
Свойства подшипниковых сплавов различных; типов приведены в таблице № 5.
Характеристики различных антифрикционных материалов, применяемых в различных отраслях техники, приведены в таблице № 6.
Условия работы и области рационального применения различных подшипниковых сплавов приведены в таблице №7 .
Сравнительные характеристики эксплуатационных свойств баббита Б83 и бронзы БрС30 даны на рисунке 2.
Рисунок 2 Сравнительные характеристики эксплуатационных свойств
а – баббита Б83; б – бронзы БрС30.
Многослойные подшипники скольжения
В настоящее время наибольшее распространение получили многослойные подшипники, в состав которых входят многие из рассмотренных выше сплавов. Сплавы или чистые металлы расположены слоями, каждый из которых имеет определенное назначение.
Так, баббиты, имея наибольшую прочность (в=60..120 МПа, НВ200-300) могут применяться только в подшипниках, имеющих прочный стальной или бронзовый корпус. Тонкостенные подшипниковые вкладыши автомобильных двигателей изготавливают штамповкой из биметаллической ленты, полученной на линии непрерывной заливки. Подшипники большого диаметра заливают индивидуально стационарным или центробежным способом, а также литьем под давлением.
По конструкции подшипниковые вкладыши могут быть двух-, трех-и четырехслойными. На рисунке 3 показаны лента для двуметаллического вкладыша (а) и лента для триметаллического вкладыша (б).
а
б
Рисунок 3 Схема строения вкладыша подшипника скольжения
а – двуметаллического (двухслойного);
б – триметаллического (трехслойного).
Высокие антифрикционные свойства и высокое сопротивление усталостным разрушениям обеспечивают триметаллические подшипники, состоящие из стальной основы, промежуточного пористого медноникелевого или металлокерамического слоя (железо-графитовый или бронзо-графитовый слой) и свинцового сплава, заполняющего поры промежуточного слоя и образующего рабочий поверхностный слой толщиной не более 0,1 мм.
Четырехслойный подшипник автомобильного двигателя состоит из стального основания, слоя свинцовистой бронзы (БрСЗ0) толщиной 250 мкм, тонкого слоя (10 мкм) никеля или латуни и слоя сплава Pb-Sn толщиной 25 мкм. Стальная основа обеспечивает прочность и жесткость подшипника; верхний мягкий слой улучшает прирабатываемость, а когда он износится, рабочим слоем становится свинцовистая бронза. Слой никеля служит барьером, не допускающим диффузию олова из верхнего слоя в бронзу, рисунок 4.
Рисунок 4 Схема строения четырехслойного металлического подшипника скольжения: 1 – сплав свинца и олова; 2 – никель; 3 – свинцовистая бронза; 4 - сталь