§ 35. Сплавы на основе олова и свинца

 

Такие сплавы, получившие общее название баббиты, являются наиболее распространенными антифрикционными сплавами. Их используют в подшипниках скольжения в виде рабочих вкладышей или для заливки поверхности вращающихся частей машин.

К подшипниковым сплавам предъявляется ряд требований. Прежде всего они должны обеспечить низкий коэффициент трения между контактирующими поверхностями. Это обеспечивается структурой сплавов - в мягкой основе должны находиться твердые включения. Твердая составляющая обеспечивает малый коэффициент трения, а мягкая основа хорошую прирабатываемость и образование микрокапилляров для подвода смазки.

Антифрикционные сплавы на основе олова и свинца (баббиты) являются легкоплавкими, что важно в отношении процедуры заливки подшипников. Баббиты бывают оловянные (сплав олова с сурьмой и медью), свинцовые (сплав свинца с сурьмой, медью и оловом), кальциевые (сплав свинца с кальцием и натрием).

Оловянные баббиты - это сплавы Б83 (10-12% Sb; 5,5—5,6% Сu) и Б89 (7,25-8,25% Sb; 2,5- 3,5% Сu). Роль твердых включений здесь играют частицы Sn и Сu₃ Sn, вкрапленные в мягкий твердый α-раствор па основе Sn. Это - лучший подшипниковый материал, но олово - дорогой и дефицитный металл. Заменителями оловянных баббитов стали сплавы на основе свинца.

Свинцовые баббиты - сплав Б16 (15-17% Sn; 15-17% Sb; 1,5-20% Сu), твердыми включениями здесь являются частицы SnSb, Сu₃Sn, CuSb).

Кальциевые баббиты - сплав БКА (0,85- 1,15% Са; 0,6-0,9% Na); твердыми частицами у этих баббитов являются включения Рb₃Са, выделяющиеся из твердого раствора в процессе естественного старения.

Кроме перечисленных к антифрикционным сплавам относятся свинцовистые бронзы марок Бр.С30и Бр.ОС5-25 и .антифрикционные чугуны, имеющие перлитную основу и повышенное количество графитовых включений. Графит здесь выполняет роль дополнительной смазки. К тому же он способен впитывать смазочные масла, что понижает коэффициент трения.

 

Контрольные вопросы

1. Какие основные марки латуней и бронз вы знаете и где они применяются?

2. Какие свойства алюминия обеспечивают его широкое применение в технике?

3. Где применяются основные марки сплавов магния?

4. Какие свойства титана обеспечивают их применение в технике?

5. В каких областях техники применяют жаропрочные сплавы? 6. Где применяют баббиты?

Глава VII твердые сплавы

 

§ 36. Классификация твердых сплавов. Литые сплавы

 

Твердыми сплавами называют сплавы на основе карбидов тугоплавких металлов, таких, как карбиды вольфрама (WС, W₂ С), титана (Тi С), ванадия (VС), тантала (ТаС), ниобия (NbС) и отчасти хрома Сг₃ С₂, Сr₇C₃ , Сr₄С). Такие сплавы относятся преимущественно к категории инструментальных.

По методам производства твердые сплавы разделяются па литые и металлокерамические.

К литым сплавам, применяемым главным образом для оснащения рабочих поверхностей буровых долот, для вставки в волоки для волочения проволок и т. п., относятся сплавы карбидов вольфрама (ликар, рэлит), трубчато-зерновые сплавы литых карбидов вольфрама (рэлит) и наплавочные прутковые сплавы. Последние используются для наплавления износоустойчивых слоев не только на инструменты, но и на трущиеся части деталей машин. К этим сплавам относятся W- Сr -Со прутковые сплавы В2К, ВЗК (стеллиты) и Сr- Fe - Ni) прутковые сплавы (сормайты).

Металлокерамические твердые сплавы приготовляются методами порошковой металлургии и подразделяются на однокарбидные (WС+Со), двухкарбидные (WС+ТiС+Со) и трехкарбидные (WС+ТiС+ТаС+Со).

Максимальное использование высокой твердости и сопротивляемости износу карбидов тугоплавких металлов достигнуто в твердых сплавах, не содержащих относительно мягких связующих металлов (Со, Ni, Fе и т. п.), состоящих почти целиком из тугоплавких карбидов, в частности WС. Другие тугоплавкие металлы (Тi, Tа и т.п.) используются только в качестве небольших присадок к литым карбидам вольфрама.

Литые карбиды вольфрама (ликар, рэлит) из-за своей хрупкости не нашли применения в металлорежущих инструментах. Высокая твердость и износостойкость позволяют использовать их для оснащения рабочих поверхностей долот нефтяного бурения, волок в волочильном производстве, коронок горно-разведочного бурения и др.

Производят литые карбиды вольфрама путем нагрева порошка вольфрама в графитовом тигле до температуры около 3000°С. Вольфрам взаимодействует со стенками тигля и образуется смесь карбидов W₂С-WС, близкая к эвтектическому составу. Полученный сплав расплавляется и выливается в соответствующие формы для кристаллизации.

Твердость литых карбидов вольфрама составляет 92 -93 единиц НRА. Литые карбиды вольфрама выпускают или в форме определенных изделий, например в виде вставок, ввариваемых с помощью ацетилено-кислородного пламени на рабочие поверхности инструмента, или в форме дробленой крупки, засыпанной в стальные трубочки. Последние служат для наплавки твердого слоя на рабочие поверхности инструмента ацетиленовой горелкой или с помощью электрической дуги.

Литые наплавочные сплавы системы Со-Сг-W (стеллиты) применяют главным образом в качестве материала для наплавки антикоррозионных и сопротивляющихся истиранию слоев на поверхности деталей машин и инструментов, работающих при нагреве (например, штампы горячей штамповки).

Сателлиты обладают высокой коррозионной стойкостью и теплостойкостью (до 750°С). Выплавляют такие сплавы в тигельных индукционных электропечах при строгом контроле химического состава по примесям. Расплавленный металл после некоторой выдержки в жидком состоянии разливают в чугунные или земляные формы.

Сормайты - заменители кобальто-хромовольфрамовых сплавов. Для менее ответственных случаев широко применяются более дешевые наплавочные сплавы, в которых дефицитные Со и W заменены железом (55-80%), марганцем (до 1.5%) и никелем (до 3,5%). В таких сплавах сохраняется не менее 15% Сr; маркируются они как сормайт № 1 и сормайт № 2. Твердой составляющей сплавов служат карбиды типа (Сr, Fe)₇ C₃, зерна которых включены в основу твердого раствора хрома, марганца и кремния (до 4%) и железе.

Плавку сормайта ведут в электродуговых печах под основным шлаком (футеровка - основная). Раскислителем служит ферросилиций. Сплав отливают главным образом в виде прутков для последующей наплавки. Твердость сор-майтов составляет в среднем 50 единиц НКС.