Подшипниковые сплавы и припои

Категория:
Цветные металлы


Подшипниковые сплавы и припои

В качестве подшипниковых сплавов в конструкциях летательных аппаратов и двигателей находят применение оловянистые баббиты и свинцовистые бронзы.

Высокие антифрикционные свойства баббитов и бронз достигаются благодаря особенностям структуры этих сплавов. Износ сплава с такой структурой в процессе работы происходит неравномерно, вследствие чего на поверхности подшипника образуется микрорельеф, обеспечивающий хороший подвод и удержание смазки в зоне трения.

Рис. 1. Диаграмма состояний сплавов олова с сурьмой

Баббиты представляют собой сплавы олова с сурьмой и медью и названы так по фамилии изобретателя. Позднее так же стали именовать и другие подшипниковые сплавы, например на основе свинца (свинцовистые баббиты).

Первоначально в качестве баббитов применялись двойные сплавы олова с сурьмой. Диаграмма состояний этих сплавов представлена на рис. 1. Баббиты имеют гетерогенную структуру и относятся к двухфазной области а + р диаграммы. Твердый раствор а имеет низкую твердость и высокую пластичность, в то время как фаза р, представляющая собой химическое соединение SnSb, обладает высокой твердостью и хрупкостью. Включения ее имеют форму кубиков.

Сочетание в баббитах Мягкой основы и твердых включений обеспечивает хорошую работу материала в эксплуатации. Однако химическое соединение SnSb обладает по сравнению с твердым раствором а значительно меньшим удельным весом и имеет высокую температуру кристаллизации, равную 600°. Поэтому при затвердевании баббита в результате всплытия выпадающих из жидкого раствора кристаллитов SnSb наблюдается ликвация по весу и нарушение равномерного распределения твердых частиц в мягкой основе, что приводит к ухудшению эксплуатационных качеств сплава.

С целью предотвращения этого неприятного явления в современные баббиты вводят медь, которая образует с оловом химические соединения CuSn и Cu3Sn. Эти соединения кристаллизуются в виде игл и звездочек и препятствуют всплытию кубиков SnSb. Поэтому структура баббитов получается равномерной и вполне работоспособной.

Основными сплавами, применяемыми для заливки вкладышей подшипников ответственного назначения, являются баббиты марок Б83 и Б92. Высокооловянистый баббит Б83 содержит 83% олова, 11% сурьмы и 6% меди. Структура его представлена на рис. 2. Этот сплав имеет хорошие антифрикционные свойства, однако он является маловыносливым вследствие повышенной хрупкости.

Рис. 2. Микроструктура баббита Б83.

В последнее время более широкое распространение получил высокооловянистый баббит марки Б92, содержащий 92% олова, 4% сурьмы и 4% меди. Этот сплав имеет принципиально такую же структуру, как баббит Б83, но с меньшим количеством включений химических соединений. Поэтому он оказывается менее хрупким и более выносливым в эксплуатации.

Наряду с баббитами в качестве подшипниковых сплавов ши-ко применяются свинцовистые бронзы. Они несколько уступают баббитам по антифрикционным свойствам, но способны выдергивать более высокие удельные давления. Если баббитам свойственна недостаточная теплопроводность, малая усталостная прочность и склонность к растрескиванию после нескольких десятков часов работы, то свинцовистые бронзы свободны от этих недостатков.

Рис. 3. Диаграмма состояний сплавов меди со свинцом

Рис. 4. Микроструктура свинцовистой бронзы.

Диаграмма состояний сплавов меди со свинцом приведена на рис. 3. Она показывает, что медь и свинец совершенно нерастворимы в твердом состоянии. Поэтому структура свинцовистой бронзы, представленная на рис. 4, состоит из смеси дендритов меди и располагающихся между ними включений чистого свинца. В процессе работы наблюдается незначительный износ свинца, как более мягкого металла. Поэтому на поверхности подшипника появляется микрорельеф, способствующий хорошему подводу и удержанию смазки.

Основными свинцовистыми бронзами являются двойной сплав марки БрСЗО, содержащий наряду с медью 30% свинца, и тройной сплав БрОС5-25, содержащий кроме меди 5% олова и 25% свинца. Олово растворяется в меди и повышает ее прочность и твердость.

Кроме баббитов и свинцовистых бронз в качестве подшипниковых материалов находят некоторое применение серебряные сплавы, антифрикционные свойства которых несколько хуже, но усталостная прочность значительно выше, чем у бронз, и особенно у баббитов.

Припои. В конструкциях летательных аппаратов и двигателей применяются паяные соединения. Пайка осуществляется при помощи сравнительно легкоплавкого материала, называемого припоем, и проводится без расплавления основного металла. Припои должны обладать относительно низкой температурой плавления, высокой жидкотекучестью и достаточной прочностью. Для электротехнических конструкций важное значение имеет также высокая электропроводность припоя.

Прочность соединения при пайке обеспечивается в первую очередь благодаря взаимной диффузии припоя и соединяемых металлов и образования общего диффузионного слоя.

По температуре плавления и прочности паяного соединения припои подразделяются на мягкие и твердые. Мягкими называются легкоплавкие припои, имеющие температуру плавления не выше 300° и обеспечивающие получение предела прочности паяного соединения от 3 до 11 кГ/мм2. Основными мягкими припоями являются сплавы олова со свинцом и олова с цинком. Олово и свинец, а также олово и цинк практически нерастворимы друг в друге при обычных температурах и образуют сплавы — механические смеси.

Рис. 5. Диаграммы состояний двойных сплавов олова со свинцом (а) и цинком (б)

Основными оловянносвинцовистыми припоями являются сплавы марок ПОСЭО, ПОС61, ПОСбО, ПОС40, ПОСЗО, ПОС18. Содержание олова в них соответствует числу, указанному в написании марки.

Основными оловянноцинковыми припоями являются сплавы марок ПОЦ90, П01Д70, ПОЦбО и П01Д40, содержащие соответственно 90, 70, 60 и 40% олова.

Твердыми называются тугоплавкие припои, обеспечивающие получение предела прочности паяного соединения от 20 до 40 кГ/мм2 при испытании на срез. Наиболее распространенными твердыми припоями являются сплавы меди с цинком и серебра с медью.

Медноцинковые припои марок ПМЦ36, ПМЦ48 и ПМЦ54, а также применяемая в качестве припоя латунь Л62 содержат меди соответственно от 36 до 62%. Температуры плавления их, как видно по диаграмме состояний, зависят от концентрации сплава и составляют от 800 до 900°.

Серебряные припои характеризуются диаграммой состояний сплавов серебра с медью, приведенной на рис. 6. Структура медносеребряных сплавов при комнатной температуре состоит фактически из смеси компонентов.

Серебряные припои могут быть двухкомпонентными, содержащими серебро и медь, и трехкомпонентными, в состав которых входит также цинк. Двухкомпонентные припои ПСр72 и ПСр50 содержат соответственно 72 и 50% серебра. Температура плавления двойных серебряных припоев может быть легко установлена по диаграмме состояний (рис. 6). Примером тройного серебряного припоя является ПСр25, содержащий 25% серебра, 40% меди, а остальное цинк. Температура плавления его 765°.

Рис. 6. Диаграмма состояний сплавов серебра с медью

Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум