Легкоплавкі підшипникові сплави (бабіти)
Для легкоплавких підшипникових сплавів застосовують сплави системи Pb-Sn, Sn-Sb і Pb-Sn-Sb, а також цинкові бабіти на основі цинку (з добавками міді та алюмінію) і алюмінієві бабіти на основі алюмінію (з домішками міді, нікелю, сурми).
Система Pb-Sb приведена в дійсному вигляді (з урахуванням розчинності сурми в свинці та свинцю в сурму) на рис. 2.4. Свинець має твердість 3 НВ, сурма 30 НВ.
Евтектика складається з 13 % Sb і 87 % Pb, твердість 7 – 8 НВ. Очевидно, доевтектичні сплави, які мають структуру евтектика + свинець, занадто м'які і кращими є евтектичні сплави, що містять 16 –18 % Sb. М'якою основою є евтектика, а твердими включеннями – кристали сурми, кількість яких становить близько 5 % загального об’єму сплаву.
В системі Sn-Sb (рис. 2.5) олово має низьку твердість (5НВ). Оптимальною композицією буде сплав, що складається з 13 % Sb і 87 % Sn, має двофазну структуру α + β, де α – твердий розчин на базі олова (м'яка основа), β – твердий розчин на базі інтерметалідне з'єднання SnSb (тверді включення).
Олов’яно-свинцово-сурмянистий підшипниковий сплав в якості м'якої основи має твердий розчин на базі свинцю, а твердими включеннями служать сполуки SnSb. Перераховані сплави містять, як правило, добавку міді, яка, з одного боку, зменшує ліквацію по щільності, а з іншого – утворює з'єднання Cu3Sn, що виконує роль твердих включень.
Рисунок 2.5 – Діаграма стану Sn – Sb
Легкоплавкі підшипникові сплави призначаються для заливки підшипників ковзання, відмінною особливістю бабітів є низька температура плавлення, хороша пріпрацювуваність і відсутність схоплювання зі сталлю. Як уже зазначалося раніше, для забезпечення високих антифрикційних властивостей сплави повинні мати гетерогенну структуру, що складається з м'якої і пластичної основи і включень більш твердих частинок. З'єднання Cu6Sn5, виділяючись при кристалізації першими, утворюють свого роду кістяк, який ускладнює ліквацію кубічних кристалів β-фази. Кількість кристалів β-фази і Cu6Sn5 в бабіті Б89 менше, ніж в Б83, тому сплав Б89 має більш високу пластичність, але меншу твердість. Бабіти Б89 і Б83, що містять велику кількість дорогого олова, застосовуються тільки для заливки підшипників машин великої потужності, коли потрібна висока в'язкість і найменший коефіцієнт тертя. Бабіт Б83 застосовують при напруженості роботи підшипника (PV), що перевищує 100 кг/см2.
Для інших підшипників застосовують бабіти, в яких значна частина олова замінюється свинцем. Свинцеві бабіти володіють більш високим коефіцієнтом тертя, менш зносостійкі і більше тендітні, тому що основою їх є не α-твердий розчин, а менш пластична евтектика (тверді розчини α + β). Твердими складовими в структурі цих бабітів є SnSb і Cu6Sn5. Зі збільшенням в свинцевих бабітах сурми і олова міцність і твердість зростає, а пластичність знижується. Мідь у свинцевому бабіті усуває ліквацію, збільшує твердість і в'язкість. Кадмій підвищує твердість, міцність і корозійну стійкість бабітів.
Значного поширення для підшипників залізничного транспорту отримав свінцовокальціевий бабіт БКА, що містить 0,8 – 1,15 % Ca, 0,6 – 0,9 % Na і 0,05 –0,20 % Al. Антифрикційні структуру надає кальцій, який утворює з'єднання Pb3Ca. Кристали Pb3Ca грають ту ж роль, що і кубічні кристали β-фази в олов'янистих бабітом. Натрій підвищує твердість, а алюміній покращує механічні та антифрикційні властивості бабіту. Міцність бабіту зростає при природному старінні: процес може бути прискорений нагріванням до температури 50 – 70 ºС. з підвищенням температури твердість бабітів сильно знижується. Тому робочі температури підшипників, залитих бабітом, не повинні перевищувати 80 ºС.
При застосуванні дуже м'яких легкоплавких підшипникових сплавів забезпечується менший знос шийки вала. Бабіти, крім того, мають і мінімальний коефіцієнт тертя зі сталлю і добре утримують мастило. Тому поряд з чавунними і бронзовими вкладишами в машинобудуванні для вкладишів підшипників широко застосовують легкоплавкі сплави на основі олова, свинцю, а також цинку і алюмінію.