1. Олово и оловянные сплавы

Литература.

1. Журнал «Библиотечка литейщика» №6. 2004г.

2. Цветное литьё: Справочник/ Н.М.Галдин, Д.Ф. Чернега, Д.Ф.Иванчук и др.;

Под общ.ред. Н.М. Галдина.—М.:Машиностроение,1989.—528с.

3. Производство отливок из сплавов цветных металлов: Учебник для вузов.

/ Курдюмов А.В., Пикунов М.В., Чурсин В.М., Бибиков Е.Л. 2-е издание, дополненное и переработанное-М.: » МИСиС», 1996.

4. Металлы и сплавы. Справочник. Санкт-Петербург.2002г.

Олово, Sn, химический элемент 4-й группы Периодической системы Д.И. Менделеева; белый блестящий, мягкий, пластичный металл.

Олово известно человечеству с древних времён. В древнем мире из олова делали украшения, посуду, домашнюю утварь. В средние века широко использовали оловянную посуду.

Содержание олова в земной коре составляет 2,5·10­4%. Промышленное производство считается целесообразным, если его содержание в рудах составляет не менее 0,1%. Из первичной руды получают около 50% олова, остальное олово получают из вторичного металла: из отходов лужёной жести, лома и различных сплавов.

Чистое олово имеет 2 аллотропические модификации: β – модификацию (белое олово) с объемно-центрированной тетрагональной кристаллической решёткой, устойчивой при температуре выше -13 ºС, имеющего плотность 7,298г/см³, и α- модификацию (серое олово) с кубической кристаллической решёткой, устойчивой при температуре ниже - 13 ºС, имеющую плотность 5, 846 г/см³.

При температурах от -20 до -30ºС происходит самопроизвольный переход белого в серое олово. Аллотропическое превращение сопровождается большими объёмными изменениями, что приводит к разрушению изделия в порошок. Это явление, называемое «оловянной чумой», имеет место при хранении олова при низких температурах. Скорость превращения тем больше, чем ниже температура и чем чище металл. Введение в белое олово 0,5% висмута или сурьмы полностью подавляет аллотропическое превращение.

Олово плавится при 232ºС, кипит при 2270ºС. Оно обладает коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в холодной и горячей воде, растворах пищевых кислот, морской воде и др. агрессивных средах. В горячей концентрированной серной кислоте олово растворяется, образуя Sn(SO4)2 и SO2.

В литом состоянии олово имеет высокую пластичность (40-60%) и низкую прочность (20 МПа).

Наиболее вредными примесями являются железо, мышьяк, алюминий, цинк. Эти примеси снижают пластические свойства. Алюминий и цинк снижают коррозионную стойкость.

Химический состав олова регламентирует ГОСТ 860-75. В соответствии с ГОСТом промышленность выпускает 6 марок олова, отличающиеся содержанием примесей.

Олово играет очень большую роль в технике. До 40% олова применяется в пищевой промышленности для лужения консервной жести, для пайки и лужения. Большое количество олова применяется для приготовления легкоплавких сплавов, а также для легирования оловянных бронз и латуней.

В промышленности применяют три группы оловянных сплавов:

- антифрикционные (баббиты – ГОСТ 1320-98);

- припои;

- сплавы для литья под давлением.

Первый подшипниковый сплав на основе олова был разработан в 1839 г. англичанином И.Баббитом. Он содержал 82-84 % олова, 5-6% меди и 11- 12% сурьмы. С этих пор все антифрикционные сплавы на основе олова и свинца называют баббитами. Баббиты обладают низкой твёрдостью (13…32 НВ), имеют невысокую температуру плавления (240-320ºС), повышенную размягчаемость при 100ºС (до 9-24 НВ), отлично прирабатываются и обладают высокими антифрикционными свойствами. В то же время они обладают низкой усталостной прочностью.

Причиной хороших антифрикционных свойств баббитов является гетерогенная структура, состоящая из мягкой легко прирабатывающейся основы, и твёрдых включений, способствующих удержанию плёнки смазки, что снижает коэффициент трения.

Баббиты применяются в подшипниках в виде слоя, залитого по корпусу вкладыша из бронзы, латуни, стали или чугуна. Наиболее прочное соединение заливаемого слоя баббита с корпусом вкладыша достигается специальным процессом заливки, включающим очистку поверхности корпуса и его облуживание. Тонкостенные вкладыши двигателя легкового автомобиля изготовляются штамповкой из биметаллической ленты, получаемой непрерывной заливкой баббита по движущейся стальной калиброванной ленте.

При правильной подготовке поверхности вкладыша и его заливке прочное соединение баббита и металла корпуса (бронза, сталь, чугун) происходит по всей поверхности вкладыша, что позволяет значительно уменьшить толщину слоя баббита.

Способ механического крепления баббита к вкладышу (путём устройства во вкладыше пазов и отверстий, заполняемых баббитом при заливке) пригоден лишь для напряжённых узлов.

Для изготовления тонкослойных вкладышей баббит должен удовлетворять следующим требованиям:

- не иметь резко выраженной неоднородности структуры. Для таких вкладышей возможно использование однофазных сплавов при достаточном сопротивлении смятию;

- обладать повышенной сопротивляемостью усталостному разрушению, т.к. работа тонкослойных прецезионных вкладышей должна протекать, в основном, в условиях жидкостного трения;

- баббитовый антифрикционный слой желательно применять с пониженной твёрдостью – до НВ 15-20. При этом улучшается прирабатываемость. Это важно в связи сем, что сопротивляемость смятию в тонком слое повышается за счёт влияния подложки;

- для обеспечения надлежащей долговечности подшипников существенное значение имеет прочность соединения баббита с корпусом, определяемая способностью слоя полуды сопротивляться усталостному разрушению.

Подшипники с толщиной слоя > 3мм используют при сравнительно лёгких условиях работы. Баббитовый слой таких подшипников (Б83, Б16, БН, БКА) обладает хорошей способностью прирабатываться и является своеобразным компенсатором всякого рода неточностей, образовавшихся при работе и монтаже трущихся деталей и возникающих в процессе эксплуатации. К такому типу относятся подшипники скольжения вагонов, вкладыши тихоходных мощных судовых двигателей, компрессоров и др.

Баббит, где основу составляет олово (Б88, Б83,Б83С) используют, когда от антифрикционного материала требуется повышенная вязкость и минимальный коэффициент трения. Оловянный баббит по сравнению со свинцовым обладает более высокой коррозионной стойкостью, износоустойчивостью и теплопроводностью.

Баббиты на основе свинца (Б16, БН, БС6, БКА, БК2, БК2Ш и др.) обладают более высокой рабочей температурой, чем на основе олова. Применяются эти баббиты для подшипников дизельных двигателей, прокатных станов. Свинцовокальциевый баббит используют в подшипниках подвижного железнодорожного транспорта.

В таблице 6.2.1 приведены условия эксплуатации оловянных и свинцовых баббитов.

Таблица 6.2.1. Условия применения баббитов

Марка баббита	Характеристика нагрузки	Давление, МПа	Окружная скорость, м/с	Рабочая температура, ºС	Область применения
Б88	Спокойная Ударная	19,6 14,7	50	75	При больших скоростях и высоких динамических нагрузках, высоко-и среднеоборотные дизели)
Б83	Спокойная Ударная	14,7 9,8		70	При больших скоростях и средних нагрузках (подшипники турбин, крановые подшипники малооборотных дизелей, опорные подшипники гребных валов)
Б83С	Спокойная Ударная	14,7 9,8
БН	Спокойная Ударная	9,8 7,4	30		При средних скоростях и средних нагрузках (подшипники дизелей, компрессоров, судовых водопроводов).
Б16	Спокойная	9,8			Моторно-осевые подшипники электровозов, путевых машин, щековых дробилок, детали тяжёлого машиностроения без ударных нагрузок.
БС6	Ударная	14,7	-		Подшипники автотранспортных двигателей.

Для литья под давлением применяют близкие по химическому составу сплавы, обладающие хорошей жидкотекучестью (70-80 мм), небольшой линейной усадкой (0,6-0,7%), мало склонных к образованию трещин при затруднённой усадке.