5.5. Антифрикційні сплави

Антифрикційні сплави призначені для підвищення дов- готривалості роботи деталей, які труться між собою. Тертя відбувається в підшипниках ковзання між валом і вкладишем підшипника. Тому для виготовлення вкладиша підшипника підбирають такий матеріал, який запобігає зносу вала і в той же час сам мало зношується, створює умови для оптимального змащення та зменшення коефіцієнта тертя. Зменшення тертя забезпечується структурою сплаву — в м’якій основі знахо- дяться тверді включення. Тверда складова забезпечує малий коефіцієнт тертя, а м’яка основа — хорошу прироблюваність і утворення мікрокапілярів, якими змащуюча рідина надхо-

83

дить до поверхонь тертя. При терті пластична основа частко- во зношується, а вал опирається на тверде включення. В та- кому випадку тертя відбувається не по всій поверхні підшип- ника, а мастило утримується в зношених місцях пластичної основи. Оскільки при терті виникає тепло, підшипникові спла- ви повинні мати хорошу теплопровідність. Самі ж сплави повинні бути легкоплавкими.

Антифрикційні сплави виготовляються на основі: олова, свинцю, міді та алюмінію. Найбільш широке застосування знайшли такі сплави, як баббіт, бронза, алюмінієві сплави, чавуни та металокерамічні матеріали.

Баббіти — антифрикційні сплави на основі олова або свинцю. Їх використовують для заливки вкладишів підшип- ників ковзання, які працюють на основі при великих швид- костях, змінних і ударних навантаженнях. За хімічним скла- дом баббіти розподіляються на три групи: олов’яні (Б83, Б88), олов’яно-свинцеві (БС6, Б16) і свинцеві (БК2, БКА). Останні не мають у своєму складі олова.

Найкращі антифрикційні властивості мають олов’янисті баббіти.

Мікроструктура олов’яно-сурмяно-мідного баббіту Б83 складається з м’якої основи, яка є твердим розчином на базі олова. Твердими частинками є кубічні включення SnSb та

^{голчасті кристали Cu}₃^{Sn .}

^{Баббіти на основі свинцю мають дещо гірші антифри-}

кційні властивості, ніж олов’янисті, але вони дешеві та менш дефіцитні. Свинцеві баббіти застосовують для виготовлення підшипників, які працюють в легких умовах. У марках баб- бітів цифра показує вміст олова.

На даний час використовуються антифрикційні сплави на основі цинку (наприклад, ЦАМІО-5, ЦАМ5-10, системи цинк-алюміній-магній) і на основі алюмінію (наприклад, аль- кусід Д: 7,5... 10 % міді, 1,5 — 2,5 % кремнію).

Невисока міцність баббітів обумовлює їх застосування в підшипниках з міцним (стальним, чавунним, бронзовим) кор- пусом. Заливка їх здійснюється різними способами — відцен- тровим, під тиском тощо. Розроблені дво- і тришарові підшип- ники, які мають високий опір втомлюючому руйнуванню. Так, в автомобілебудуванні з успіхом застосовуються триметали,

84

які складаються з міцної стальної основи, проміжного пори- стого шару (міднонікелевого або порошкового) і робочого поверхневого шару з свинцевого сплаву.

Хороші антифрикційні якості мають олов’янисті та свин- цеві бронзи. Антифрикційні властивості забезпечуються структурою: м’яка основа — -твердий розчин і тверде вклю-

чення — евтектоїд (   ).

Свинцева бронза має структуру, яка складається із зерен

 -фази та евтектики на основі свинцю (99,96 %), яка розта- шовується на границях зерен або в міждендритних проміжках. Однак, олов’янисті бронзи дорогі, а свинцеві мають низькі технологічні властивості та міцність. Тому бронзу БрС30 кра- ще використовувати в якості наплавленого робочого шару в бі- та триметалах. Якщо свинцеві бронзи легувати нікелем та оловом (Бр.ОС8-І2, Бр.ОСН 10-2-3 та ін.), які дають твердо- розчинне зміцнення міді, то їх можна використовувати для виготовлення втулок і вкладишів підшипників без стальної основи. Оскільки олово і свинець дефіцитні метали, то часто використовуються сплави на основі алюмінію.

Алюмінієві сплави мають хороші антифрикційні власти- вості, високу теплопровідність, хорошу корозійну стійкість у масляних середовищах і достатньо хороші механічні та тех- нологічні властивості. Їх застосовують у вигляді тонкого шару, який нанесений на стальну основу. У залежності від хімічно- го складу розрізняють два види сплавів.

1. Сплави алюмінію з сурмою, міддю та іншими елемен- тами, які утворюють тверді фази у м’якій алюмінієвій основі. Найбільшого поширення набув сплав АСМ, який включає сурму (до 6,5 %) і магній (0,3 — 0,7 %) Цей сплав добре пра- цює при високих швидкостях і великих навантаженнях в умо- вах рідкого тертя. Сплав АСМ широко використовується для виготовлення вкладишів підшипників колінчатого валу дви- гунів тракторів та автомобілів.

2. Сплави алюмінію з оловом і міддю, наприклад, А020-1 (20 % олова і до1,2 % міді) і А09-2 (9 % олова і 2 % міді). Вони добре працюють в умовах сухого і напівсухого тертя і по антифрикційним властивостям близькі до баббітів. Їх використовують для виготовлення підшипників в автомо- білебудуванні, тракторному та загальному машинобудуванні.

85

Інколи, як антифрикційні сплави використовують чаву- ни. Вони мають перлітну основу та підвищений вміст графі- ту. Графіт виконує роль мастила. Антифрикційні чавуни ви- користовуються для виготовлення черв’ячних зубчатих коліс, направляючих для повзунів тощо.

Останнім часом в якості антифрикційних матеріалів ши- роко використовують порошкові матеріали. Їх виготовляють з порошків бронзи, або заліза з добавками 1 — 3 % графіту, просоченого мастилом, яке заповнює пори, об’єм яких у ви- робі складає 15 — 30 %. Мастило і графіт змащують поверхні тертя. Знос підшипників і шийки вала в 7 — 8 разів менший, ніжу баббітів. Термін служби пористих підшипників у 1,5 —

10 разів більший, ніж у стандартних.

Застосування таких підшипників в авто- і авіабудуванні не вимагає регулярного змащення, спрощує конструкцію, обслуговування, підвищує надійність. Недоліком є менша, ніж у інших підшипників міцність.

У залежності від умов використання до таких підшип- ників висуваються різні вимоги. Так, до антифрикційних ма- теріалів для атомної та хімічної промисловості основною вимогою є стійкість проти агресивних середовищ (кислот, розплавлених металів, розігрітих газів тощо). Турбо- і авіа- будівництво вимагає стійкості проти високих температур, роботи без змащування. Такі порошкові матеріали виготов- ляють з порошків метало-окислів (до 90 %) або металослю- ди, графіту, з порошків залізо+графіт+сульфідні добавки, які знижують коефіцієнт тертя. Хороше змащування мастило+г- рафіт забезпечується введенням поверхнево активних речо- вин (хром, кальцій, магній, барій тощо).

Для важконавантажених підшипників застосовують свин-

цеві бронзи з графітом.

Для особливо важких умов експлуатації (наприклад, шліфувальні верстати з алмазними дисками, які працюють з швидкістю біля 10000 об/хв застосовують антифрикційні матеріали на основі карбіду вольфраму. Звичайні кулькові підшипники в таких умовах працюють біля тижня, а підшип- ники на основі карбіду вольфраму — більше року.

У ракетній та криогенній техніці використовують мета-

ло-пластикові композиційні матеріали. Оскільки в умовах

86

вакууму мастила випаровуються, а при низьких температу-

рах — затвердівають.

Для отримання такої композиції пористий металічний каркас, який спечений із порошків бронзи, свинцю, графіту або сульфіду молібдену, просочується фторопластом, який має практично нульовий коефіцієнт тертя.