Підшипникові (антифрикційні) сплави

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

- низький коефіцієнт тертя з матеріалом спряжуваної деталі;

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

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

- здатність відносно легко деформуватись під дією місцевих напружень, тобто достатню пластичність і припрацьовуваність;

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

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

- 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 b¢ -фази (твердого розчину на базі інтерметалідної сполуки SnSb), які мають приблизно кубічну форму, і дрібних включень сполуки Cu₃Sn (рис.9.8, а).

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 сурми і міді в свинці, а твердими включеннями - b¢ -фаза (твердий розчин на базі сполуки SnSb і сполуки Cu₃Sn) (рис.9.8, б).

У кальцієвому бабіті марки БКА м’якою основою є розчин натрію в свинці, а твердими включеннями – кристали Pb₃Ca (рис.9.8, в).

Рис. 9.7. Діаграма стану сплавів Sn-Sb

Рис.9.8. Мікроструктури бабітів:

а – Б83; б – Б16; в - БКА

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’яні (БрО10Ф1, БрО10Ц2) та олов’яно-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’яні бронзи і латуні належать 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.