АНТИФРИКЦИОННЫЕ СПЛАВЫ.

Антифрикционность – способность материала обеспечивать низкий коэффициент трения скольжения и тем самым низкие потери на трение. Кроме низкого коэффициента трения с валом антифрикционные материалы должны быть достаточно износостойкими, но изнашиваться быстрее вала, подшипник легче заменить.

Дополнительные свойства – вкладыш должен деформироваться под влиянием местных напряжений (прирабатываться к валу);

- удерживать смазку, чтобы отсутствовало сухое трение;

- выдерживать значительные удельные давления;

- не корродировать под влиянием смазки;

- обладать высокой теплопроводностью, чтобы отводить тепло, возникающее при трении.

Сплавы, использующиеся для заливки, должны иметь низкую температуру плавления.

Указанные выше требования относительно снижения коэффициента трения и минимального износа вала и подшипника удовлетворяются, если структура подшипника двухфазная, причем одна фаза должна быть твердой, износоустойчивой, а вторая мягкой и пластичной. В этом случае подшипник хорошо прирабатывается к валу, при этом мягкая фаза не только деформируется, но и быстрее изнашивается, в результате вал будет опираться на твердые включения, где циркулирует смазка и через которое удаляются продукты износа. Мягкая основа способна также поглощать попавшие в подшипник твердые частицы, предохраняя шейку вала от задирания.

В современном машиностроении для вкладышей подшипников применяют чугуны, бронзы и баббиты, а также пористые спеченные материалы.

В чугунах графит удерживает смазку и сам играет роль смазки; это самый дешевый материал для вкладышей, может выдерживать большие удельные давления, но из-за более высокого коэффициента трения чугунные вкладыши не следует применять в быстроходных двигателях.

Бронзовые вкладыши изготавливают из оловянной или свинцовой бронзы, которые имеют двухфазную структуру, хорошо удерживают смазку и обладают низким коэффициентом трения со сталью, могут выдерживать большие удельные давления. Сказанное позволяет применять бронзовые подшипники для тяжелых условий работы (большие удельные давления, большие числа оборотов).

Наименьший коэффициент трения, обеспечивающий малый износ шейки вала, имеют легкоплавкие подшипниковые сплавы – баббиты.

Баббиты.

Баббиты бывают оловянные (сплав олова с сурьмой и мелью), свинцовые (сплав свинца с сурьмой, медью и оловом), кальциевые (сплав свинца с кальцием и натрием). Все баббиты имеют структуру, состоящую из мягкой основы и твердых включений. Оловянные баббиты Б88 и Б83 (88 и 83% Sn соответственно) имеют мягкую основу из -раствора сурьмы в олове и твердых кристаллов Sn Sb ( ^'-фаза). При кристаллизации баббиты подвержены ликвации по удельному весу (сурьма всплывает); для предупреждения этого дефекта в баббиты вводят медь. Она образует с оловом химическое соединение Cu₃Sn, которое имеет высокую температуру плавления и кристаллизуется первым, образуя разветвленные дендриты, препятствующие ликвации. Кроме того, Cu₃Sn являются дополнительными твердыми включениями, повышающими износостойкость подшипника.

Свинцовый баббит (БС) содержит ~ 17% Sb, причем свинец и сурьма друг в друге не растворяются. Рb имеет твердость 3НВ, сурьма 30НВ.

Свинцовые баббиты применяют для менее нагруженных подшипников. Для предотвращения ликвации добавляют Cu (1-2%), для упрочнения и улучшения антифрикционных свойств добавляют Sn (Б16 – 16% Sn, БС6 – 6% Sn), Ni, As, Cd (например, БН – 10% Sn, ~ 0,5% Ni).

На железнодорожном транспорте большое распространение получили кальциевые баббиты системы Рb-Са-Nа (сплавы БКА, БК2 (2% Sn).

Баббиты, имея небольшую прочность ( =6-12 кгс/мм²) и твердость, могут применяться только в подшипниках, имеющих прочный стальной (чугунный) или бронзовый корпус. Толстостенные подшипниковые вкладыши автомобильных двигателей изготавливают штамповкой из биметаллической ленты, полученной на линии непрерывной заливки. Подшипники большого диаметра заливают индивидуально стационарным или центробежным способом, а также литьем под давлением.

В автомобилестроении нашли широкое применение для подшипников триметаллы, которые состоят из стальной основы, промежуточного пористого медно-никелевого или металлокерамического слоя и свинцового сплава, заполняющего поры промежуточного слоя и образующего рабочий слой толщиной не более 0,1 мм.

Кроме баббитов существуют более дешевые антифрикционные сплавы на основе Zn и Al.

Цинковыесплавы ЦАМ10-5 и ЦАМ9, 5-1, 5, где «А» - Al, а «М» - Сu. Эти сплавы применяют как для монометаллических, так и биметаллических подшипников со сталью. Могут заменять бронзы в узлах трения, где температура не превышает 100⁰С.

Алюминиевые антифрикционные сплавы – это сплавы Al с Sn и Сu. Например, сплав А03-1 расшифровывается так: Sn 3%, Сu 1%, Al – ост. Существуют еще А09-2, А020-1. Сплав алюминия с 2,5% Ni обозначается АН-2,5. Все сплавы гетерогенные, антифрикционные свойства тем лучше, чем больше олова. Сплавы А03-1 и А09-2 применяются для литья монометаллических подшипников (толщина более 10 мм). Сплавы А020-1 и АН-2,5 – для получения биметаллической ленты. Подшипники работают при нагрузке не более 200-300 МПа. Разработан новый сплав АММгК-1, содержащий Mg, Si, Ti, Mn и Sn, который имеет коэффициент трения как у баббитов, повышенную износостойкость и пртивозадирные свойства.

Порошковыеантифрикционные сплавы, полученные путем спекания порошков, имеют низкий коэффициент трения, легко прирабатываются, выдерживают значительные нагрузки и обладают хорошей износостойкостью. Из порошковых сплавов изготавливают самосмазывающиеся подшипники, у которых смазка «выпотевает» из пор.

Подшипниковые сплавы могут быть:

- Железографитовые ЖГр1, ЖГр3, ЖГр7, где цифра - % графита.

- Бронзографитовые БрОГр10-2, Бр0Гр8-4, где цифры - % олова и графита соответственно.

В последние годы все шире применяют металлопластмассовые антифрикционные материалы: спеченные бронзографиы, титан, нержавеющие стали, в том числе сульфидированные, пропитывают фторопластом Ф-4Д или Ф-4ДП. Получаются коррозионно-стойкие и износостойкие изделия, срок службы которых в два раза больше, чем у других материалов. При сухом трении лучшими свойствами обладает пропитанная фторопластом бронза.