3.9. Тугоплавкие металлы и сплавы

Наибольшее значение в технике имеют следующие тугоплавкие металлы: Cr (1875), Nb (2468), Mo (2625), Ta (2994) и W (3410) – в скобках указана температура плавления в С. Эти металлы широко используются для повышения жаропрочности легированных сталей и чугунов. Сплавы на основе ниобия незаменимы в ядерной технике из-за стойкости к нейтронному облучению. Молибден и вольфрам в чистом виде используют в химическом машиностроении, стекольной промышленности, радиоэлектронике, светотехнике и т. д. В частности, из вольфрама – самого тугоплавкого металла – изготавливают нагревательные элементы высокотемпературных печей, нити накала осветительных и радиоэлектронных ламп, контакты сильноточных реле и т. п.

Все тугоплавкие металлы обладают низкой жаростойкостью в присутствии кислорода, поэтому при температуре выше 400–600С их нужно защищать от окисления на воздухе. Для этого используют вакуум, инертные газы, азот, водород, а также специальные покрытия, например, из дисилицида молибдена и вольфрама (MoSi₂, WSi₂).

Жаропрочность чистых металлов сравнительно невелика. Более высокой жаропрочностью обладают их сплавы на основе ниобия (ВН2, ВН2А, ВН3, ВН4), молибдена (ЦМ2А, ЦМ3, ЦМ6, ВМ2, ВМ3) и вольфрама (ВВ2).

3.10. Антифрикционные материалы

Антифрикционные сплавы применяются для изготовления вкладышей подшипников трения и поэтому они должны обладать малым коэффициентом трения по отношению к валам, обычно изготавливаемым из закаленной стали. Наряду с этим антифрикционные материалы должны обладать: хорошей теплопроводностью; коррозионной стойкостью; иметь невысокую твердость, чтобы не изнашивался вал; сравнительно легко деформироваться (принимать форму вала); хорошо удерживать смазку на поверхности и т. д. Для обеспечения всех этих свойств структура антифрикционных сплавов должна состоять из мягкой и пластичной основы, в которую вкраплены твердые частицы химических соединений. В этом случае вал, опираясь на твердые частицы, быстро прирабатывается к подшипнику, а появившиеся канавки от движения твердых частиц образуют микроскопические каналы, по которым циркулирует смазка и уносятся продукты износа.

Н

Рис. 3.2. Микроструктура оловянного баббита

аилучшими антифрикционными свойствами обладают баббиты на основе олова или более дешевого свинца. Баббиты наносятся в виде тонкого слоя (до 1 мм) на поверхность опоры скольжения. Самый дорогой баббит Б88, цена которого в 40 раз превышает стоимость рядовой стали, содержит 88% олова, сурьму, медь и кадмий. Мягкой основой в нем является твердый α-раствор сурьмы в олове, а твердые частицы образованы β-фазой – твердым раствором на основе SnSb и кристаллами химического соединения Cu₃Sn (рис. 3.2). Оловянные баббиты применяются для подшипников тяжело нагруженных машин (турбин, электрогенераторов, карьерных экскаваторов и т. п.). Более дешевый свинцово-оловянный баббит БС6 содержит 6% олова, свинец, сурьму и медь. Еще более дешевыми являются свинцово-кальциевые баббиты типа БКА, БК2, содержащие десятые доли процента Са и некоторых других элементов.

Для менее нагруженных конструкций в качестве втулок подшипников применяют:

• антифрикционные чугуны;

• оловянные и алюминиевые бронзы;

• алюминиевые антифрикционные (подшипниковые) сплавы, содержащие олово, медь, никель и кремний: АО3-1 (3% Sn, 1% Cu, 0,4% Ni, 1,9% Si, остальное – Al), АО9-2, АО20-1, АН-2,5 (2,5% Ni, остальное – Al);

• цинковые антифрикционные сплавы, содержащие алюминий и медь: ЦАМ 9,5-1,5; ЦАМ 10-5 (10% Al, 5% Cu, остальное – Zn), заменяющие при температурах до 100С более дорогие оловянные бронзы.

В настоящее время в малонагруженных подшипниках широко используют втулки из полимерных и композиционных материалов, состоящие либо из одного полимера (капрон, фторопласт), либо полимера с наполнителем (текстолит), либо из смеси порошков железо-графит, бронза-графит, металлофторопласт и т. п.