Секция «Технические науки» номер подсекции 3

Байда Д. С.

Место учебы: студент УО «Полоцкий государственный университет»

Свойства антифрикционных подшипниковых материалов и методы их улучшения

Цель работы: Рассмотреть основные свойства антифрикционных сплавов и методы их улучшения. Выделить наиболее распространенные антифрикционные сплавы и сделать анализ их химического состава. Выявить микроструктуру сплавов и оценить влияние данной структуры на их свойства.

Подшипник скольжения – это опора вращающегося вала, в которой участвует два тела трения (вал, вкладыш). Для уменьшения момента трения и изнашивания на внутреннюю поверхность вкладыша наносят антифрикционный слой баббита. Для увеличения срока работы подшипников необходимо предъявлять следующие требования к антифрикционным сплавам:

1) иметь достаточную твердость, чтобы не вызвать интенсивного изнашивания вала;

2) сравнительно легко деформироваться под действием местных нагрузок, т. е. быть пластичными, так как в результате неточности изготовления и монтажа на поверхности баббита могут образоваться микронеровности;

3) удерживать на поверхности смазочный материал, так как в ряде случаев смазочное масло образует на поверхности материала прочную адсорбционную пленку, которая удерживается на поверхности даже при недостаточном подводе масла и предупреждает сухое трение;

4) иметь малый коэффициент трения между валом и подшипником;

5) обладать большой теплопроводностью для отвода тепла, образующегося в масляном слое;

6) иметь противозадирные свойства;

7) быть износостойкими.

Для обеспечения этих свойств, структура антифрикционных сплавов должна быть гетерогенной, состоящих из мягкой и пластичной основы и включений более твердых частиц. При вращении вал опирается на твердые частицы, обеспечивающие износостойкость, а основная масса, истирающаяся более быстро, прирабатывается к валу и образует сеть микроскопических каналов, по которым циркулирует смазочный материал и уносятся продукты износа [1. ст. 353].

Наиболее широко применяют сплавы на оловянной и свинцовой основе (баббиты), сплавы на цинковой и алюминиевой основе, а также медно-свинцовые сплавы (свинцовые бронзы). Свинец практически не растворяется в жидкой меди. Поэтому сплавы после затвердевания состоят из кристаллов меди и включений свинца. Такая структура бронзы обеспечивает высокие антифрикционные свойства. По сравнению с оловянными подшипниками, теплопроводность бронзы БрС30 в 4 раза больше, поэтому она хорошо отводит теплоту, возникающую при трении [2. ст. 417].

Оловянные и свинцовые баббиты. Наиболее распространенными сплавами данной группы являются Б83 и Б88. Химический состав Б83: Sb – 7,3-7,8 %, Cu – 2,5-3,5 %, Cd – 0,8-1,2 %, Ni – 0,15-0,25 %; Б88: Sb – 7,3-7,8 %, Cu – 5,5-6,5 %. Баббиты Б88 и Б83 являются многокомпонентными сплавами, но основой их служит система Sn – Sb. Мягкая основа сплава – α-твердый раствор сурьмы в олове, а твердые кристаллы – β-фаза; эта фаза представляет собой твердый раствор на основе химического соединения SnSb.

На рис. а приведена микроструктура баббита Б83. Темное поле представляет собой пластичную массу α-твердого раствора сурьмы и меди в олове, светлые кристаллы квадратной формы являются соединением SnSb (β-фазой), а кристаллы в виде звездочек или удлиненных игл – соединение CuSn.

Свинцовые баббиты применяют для менее нагруженных подшипников. Свинцово-оловянные сплавы Б16, БН, БС6 имеют структуру, состоящую из α-твердого раствора – Sn, Sb и Cu в свинце (мягкая составляющая) и твердых частиц β-фазы (SnSb), CuSn и CuSb (рис. б).

а) б)

Рис. Микроструктура баббита.

Антифрикционные и механические свойства баббитов повышаются при введении в их состав никеля, кадмия и мышьяка.

Никель упрочняет α-раствор. Кадмий с мышьяком (сплав БН) образует соединения AsCd, которые служат зародышами для формирования соединения SnSd (β-фазы) [2. ст. 418].

Вывод. Таким образом, главной задачей, при подготовке антифрикционных сплавов к заливке во вкладыши, является правильный выбор сплава и его химического состава. Для сильно нагруженных подшипников применяют более пластичные баббиты (Б88, Б83), обладающие наиболее высокими антифрикционными свойствами. Кроме того, пластичность обеспечивает равномерное распределение нагрузки по несущей поверхности; становиться относительно безопасным попадание в подшипники мелких твердых частиц, которые впрессовываются в баббит и обезвреживаются. Правильный выбор сплава будет влиять не только на долговечность работы подшипника, но и на его стоимость.

ЛИТЕРАТУРА

1. Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. Кн. 2.–3-е изд., исправл.– М.: Машиностроение, 1988. – 544с.

2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: – 3-е издание., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990. – 528 с.

3. Кондратьев Т.Д., Доброклонский Е.Б. Оппозитные компрессоры: – 3-е изд., – М.: Машиностроение, 1989. – 523 с.