Ознакомление со структурой, составом, свойствами, способами изготовления новых металлических материалов

ЦЕЛЬ: 1. Ознакомиться с предложенными преподавателем металлическими материалами и используя справочную, учебную и научную литературу рассмотреть их свойства, способы изготовления и применение.

2. Ознакомиться с технологией изготовления одного из композиционных материалов – баббитов в условиях АМК.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

В современном машиностроении и металлургии находят применение не только углеродистые стали и чугуны, но и большое количество специальных сплавов и чистых металлов, обладающих достаточно разнообразными свойствами. Из таких материалов можно выделить группы магнитных и немагнитных материалов, тугоплавких металлов и сплавов, жаропрочных и жаростойких сплавов, сплавов, применяемых для легирования сталей, сплавов, полученных методами порошковой металлургии и т. д.

В настоящей работе вниманию студентов представлены металлические материалы для которых необходимо используя справочную, учебную и научную литературу рассмотреть их свойства, способы изготовления и применение и результаты занести в таблицу 1.

Таблица 1

Виды, свойства, применение и способы изготовления металлических материалов

Материал	Состав	Структура	Свойства	Применение	Способ изготовления
Трансформаторная сталь
Магнитный кобальтовый сплав
Ванадий
Вольфрам
Никель
Титан
Ниобий
Нихром
Ферромарганец
Феррованадий
Феррохром
Ферротитан
Победит
Сормайт
Порошковый сплав на основе меди
Порошковый сплав на основе железа

Одним из наиболее часто применяемых металлических сплавов, которые можно отнести к композиционным материалам является баббит, применяемый для изготовления подшипников скольжения.

Подшипниковыми сплавами называются сплавы, из которых изготавливают вкладыши подшипников.

Антифрикционные подшипниковые сплавы на оловянной и свинцовой основах называются баббитами. К подшипниковым сплавам предъявляются следующие требования:

а) коэффициент трения между поверхностью вала и поверхностью подшипника должен быть небольшим;

б) обе трущиеся поверхности должны мало изнашиваться;

в) этот материал должен выдерживать достаточные удельные давления.

Первое и второе требования удовлетворяются тогда, когда поверхность вала и вкладыша разделена пленкой смазки. Если структура вкладыша неоднородна и состоит из твердых включений и мягкой основы, то после непродолжительной работы («приработки») на поверхности вкладыша образуется микрорельеф – выступают твердые включения и между валом и вкладышем образуется пространство, в котором удерживается смазка (так называемый «принцип Шарпи»). Подобной структурой обладают сплавы олова и сплавы свинца.

Наилучшим баббитом на оловянной основе является сплав Б83, состоящий из 83 % Sn, 11 % Sb и 6 % Cu.

При содержании сурьмы более 10,5 % образуется неоднородная структура: мягкая основа сплава с отдельными твердыми включениями. Таким образом, при содержании в сплаве 11 % Sb образуется двухфазная структура, состоящая из мягкой пластичной основы твердого раствора и небольшого количества кристаллов, вкрапленных в эту массу. Такая структура является антифрикционной.

Сурьма и олово отличаются по плотности, поэтому сплавы этих металлов способны к значительной ликвации. Для предупреждения этого дефекта в баббиты вводят медь. Она образует с сурьмой химическое соединение Сu₃Sn. Это соединение имеет более высокую температуру плавления и кристаллизуется первым, образуя разветвленные кристаллы (как бы скелет), которые препятствуют ликвации (всплыванию) основных кристаллов сплава. Кроме того, кристаллы Сu₃Sn образуют в баббите твердые включения, дополнительно повышающие износостойкость вкладышей.

Температура начала и конца плавления баббита лежит в пределах 240 – 380 ⁰С. Твердость НВ 28-34.

Недостатком такого баббита является большое содержание дефицитного олова.

Баббиты на свинцовой основе обладают значительно худшими качествами, чем на оловянной. Они являются сплавами с содержанием 16 –18 % Sb. Примером свинцовых баббитов является сплав БС (82 % Pb, 17 % Sb, 1 % Cu).

Двойные свинцовые сплавы еще сильнее ликвируют, чем оловянные, поэтому в сплав добавляют медь, которая образует с сурьмой соединение Cu₂Sn. Это соединение препятствует всплыванию на поверхность основных кристаллов сплава.

Свинцовые баббиты являются менее качественными, чем оловянные, но дешевле последних. Они обладают большим коэффициентом трения. Температура начала и конца плавления баббита БС лежит в интервале 245 – 410 ⁰С. Твердость НВ 22 – 26.

Отсюда интересным является ознакомление с технологией изготовление подшипников скольжения из баббитовых сплавов или с использованием баббитовой подложки. Технология изготовления таких подшипников приведена ниже.