§ 30. АНТИФРИКЦИОННЫЕ СПЛАВЫ

Требования к сплавам. Антифрикционные сплавы предназначены для повышения долговечности трущихся поверхностей машин и механизмов. Трение происходит в подшипниках скольжения между валом и вкладышем подшипника. Поэтому для вкладыша подшипника подбирают такой материал, который предохраняет вал от износа, сам минимально изнашивается, создает условия для оптимальной смазки и уменьшает коэффициент трения. Исходя из этих требований, антифрикционный материал представляет собой сочетания достаточно прочной и пластичной основы, в которой имеются опорные (твердые) включения. При трении пластичная основа частично изнашивается, а вал опирается на твердые включения. В этом случае трение происходит не по всей поверхности подшипника, а смазка удерживается в изнашивающихся местах пластичной основы.
Антифрикционными сплавами служат сплавы на основе олова, свинца, меди или алюминия, обладающие специальными антифрикционными свойствами (табл. 16). Антифрикционные свойства сплавов проявляются при трении в подшипниках скольжения. Это, в первую очередь, низкий коэффициент трения, хорошая прирабатываемость к сопрягаемой детали, высокая теплопроводность, способность удерживать смазку и др. Из антифрикционных сплавов наиболее широко применяют баббит, бронзу, алюминиевые сплавы, чугун и металлокерамические материалы.
Антифрикционные сплавы хорошо прирабатываются в парах трения благодаря мягкой основе - олову, свинцу или алюминию. Более твердые металлы (цинк, медь, сурьма), вкрапленные в мягкую основу, способны выдерживать большие нагрузки. После приработки и частичной деформации мягкой основы в ней образуются углубления, способные удерживать смазку, необходимую для нормальной работы пары.


Сплавы. Баббиты - антифрикционные материалы на основе олова или свинца. Их применяют для заливки вкладышей подшипников скольжения, работающих при больших окружных скоростях и при переменных и ударных нагрузках. По химическому составу баббиты классифицируют на три группы: оловянные (Б83, Б88), оловянно-свинцовые (БС6, Б16) и свинцовые (БК2, БКА). Последние не имеют в своем составе олова.
Лучшими антифрикционными свойствами обладают оловянные баббиты. Микроструктура оловянносурьмяномедного баббита Б83 (рис. 49) состоит из мягкой основы, представляющей собой твердый раствор на базе олова. Твердыми частицами являются кубические включения SnSb и игольчатые кристаллы включений Cu₃Sn.


Баббиты на основе свинца имеют несколько худшие антифрикционные свойства, чем оловянные, но они дешевле и менее дефицитны. Свинцовые баббиты применяют в подшипниках, работающих в легких условиях. В марках баббитов цифра показывает содержание олова. Например, баббит БС6 содержит по 6% олова и сурьмы, остальное - свинец.
Для оловянных и оловянно-фосфористых бронз характерны высокие антифрикционные свойства: низкий коэффициент трения, небольшой износ, высокая теплопроводность, что позволяет подшипникам, изготовленным из этих материалов, работать при высоких окружных скоростях и нагрузках.
Алюминиевые бронзы, используемые в качестве подшипниковых сплавов, отличаются большой износостойкостью, но могут вызвать повышенный износ вала. Их применяют вместо оловянных и свинцовых баббитов и свинцовых бронз.
Свинцовые бронзы в качестве подшипниковых сплавов могут работать в условиях ударной нагрузки.
Латуни по антифрикционным свойствам уступают бронзам. Их используют для подшипников, работающих при малых скоростях и умеренных нагрузках.
Из-за дефицитности олова и свинца применяют сплавы на менее дефицитной основе, например алюминиевые сплавы. Алюминиевые сплавы обладают хорошими антифрикционными свойствами, высокой теплопроводностью, хорошей коррозионной стойкостью в масляных средах и достаточно хорошими механическими и технологическими свойствами. Их применяют в виде тонкого слоя, нанесенного на стальное основание, т. е. в виде биметаллического материала. В зависимости от химического состава различают две группы сплавов.
1. Сплавы алюминия с сурьмой, медью и другими элементами, которые образуют твердые фазы в мягкой алюминиевой основе. Наибольшее распространение получил сплав АСМ, содержащий сурьму (до 6,5%) и магний (0,3-0,7%). Этот сплав хорошо работает при высоких нагрузках и больших скоростях в условиях жидкостного трения. Сплав АСМ широко применяют для изготовления вкладышей подшипников коленчатого вала двигателей тракторов и автомобилей.
2. Сплавы алюминия с оловом и медью, например АО20-1 (20% олова и до 1,2% меди) и А09-2 (9% олова и 2% меди). Они хорошо работают в условиях сухого и полужидкого трения и по антифрикционным свойствам близки к баббитам. Их используют для производства подшипников в автомобилестроении, транспортном и общем машиностроении.
Для работы в подшипниковых узлах трения применяют специальные антифрикционные чугуны. Изготовляют три типа антифрикционного чугуна: серый, высокопрочный с шаровидным графитом и ковкий (см. табл. 16). Антифрикционный чугун идет на изготовление червячных зубчатых колес, направляющих для ползунов и т. п. деталей машин, работающих в условиях трения.
Металлокерамические сплавы получают прессованием и спеканием порошков бронзы или железа с графитом (1-4%). Пористость сплава 15-30%. После спекания сплавы пропитывают минеральными маслами, смазками или маслографитовой эмульсией. Сплавы хорошо прирабатываются к валу, а наличие смазки в порах способствует снижению износа подшипника.


1. Где применяют деформируемые алюминиевые сплавы?
2. Как улучшают механические свойства литейных алюминиевых сплавов?
3. Назовите основные группы медных сплавов.
4. Как маркируют латуни?
5. Что такое бронзы и как их маркируют?
6. Какими особыми свойствами обладают сплавы меди с никелем?
7. Назовите свойства, характерные для титановых и магниевых сплавов.
8. Как маркируют оловянно-свинцовые припои?
9. Где применяют цинковые сплавы?
10. В чем заключается антифрикционность сплавов?