Подшипниковые (антифрикционные) материалы

Основными подшипниковыми металлическими сплавами являются баббиты, алюминиевые и цинковые антифрикционные сплавы.

Баббиты - мягкие антифрикционные сплавы на оловянной или свинцовой основе. Маркируются баббиты буквой Б. В соответствии с ГОСТ 1320-74* к сплавам на оловянной основе относятся Б83, Б83С, Б88; на свинцовой основе – Б16, БС6 и БН. Цифры, стоящие после буквы Б, показывают содержание олова. Остальное в сплавах на оловянной основе составляют сурьма и медь, а в сплавах на свинцовой основе – олово, сурьма и медь.

ГОСТ 1209-90 предусматривает марки БКА и БК2 – баббиты кальцевые на свинцовой основе.

Примеры расшифровки марок: Б83С – баббит на оловянной основе, содержащий 83% олова, 10% сурьмы, 6% меди, 1-1,5% свинца; Б88 – баббит на оловянной основе, содержащий сурьмы 7,3-7,8%, меди 2,5-3,5%, кадмия 0,8-1,2%, никеля 0,15-0,25%, остальное - олово; БН – баббит на свинцовой основе, содержащий 10% олова, 14% сурьмы, 2% меди, до 1% никеля, до 1% кадмия, остальное – свинец; БК2 – баббит свинцово – кальцевый, содержащий олова 1,5 - 2,1%, кальция 0,30 - 0,55%, натрия 0,2 - 0,4%, магния 0,01 - 0,05%, остальное (около 97%) – свинец.

Цинковые антифрикционные сплавы делятся на деформируемые и литейные. Марки сплавов по ГОСТ 21437-95: ЦАМ9-1,5, ЦАМ10-5 – деформируемые, ЦАМ9-1,5Л, ЦАМ10-5Л – литейные.

Буква Ц указывает, что сплав является цинковым антифрикционным. Легирующими компонентами являются алюминий (А) и медь (М). Буква Л указывает, что сплав литейный. Например, ЦАМ9-1,5Л – цинковый (Ц) антифрикционный литейный (Л) сплав, содержащий алюминия 9-11%, меди 1,0-2,0 %, остальное - цинк.

Алюминиевые антифрикционные сплавы маркируются: АО9-1, АО9-2, АО6-1, АО3-7, АО12-1, АО20-1, АН-2,5, АСМ, АМСТ, АМК (ГОСТ 14113-78*).

Если в марке алюминиевого антифрикционного сплава цифры стоят через тире, то первая цифра указывает содержание олова (О) в процентах, вторая – меди в процентах. Например, АО9-2 – алюминиевый антифрикционный сплав, в котором олова (О) 8,0 - 10,0%, меди 2,0- 2,5%, никеля 0,8-1,2%, кремния 0,3 – 0,7%, остальное – алюминий; АН-2,5 – сплав той же группы, в котором никеля (Н) 2,0-3,0%, остальное – алюминий.

Свойства и применение цветных металлов и сплавов

Алюминий и его сплавы

Алюминий – один из наиболее легких конструкционных металлов. Он обладает хорошими теплопроводностью и электропроводимостью, высокой пластичностью и коррозионной стойкостью.

Ввиду низкой прочности технический алюминий применяют для ненагруженных деталей и элементов конструкций: рамы, двери, трубопроводы, фольга, цистерны для перевозки нефти и нефтепродуктов, посуда, теплообменники в промышленных и бытовых холодильниках, конденсаторы, провода воздушных линий электропередач, кабели, обмотки и др.

Деформируемые алюминиевые сплавы хорошо обрабатываются прокаткой, ковкой, штамповкой.

Сплавы типа ММ, АМц, Д12 и АМг имеют невысокую прочность, хорошую пластичность, свариваемость газовой и контактной сваркой, коррозионную стойкость. Упрочняются они только холодной пластической деформацией. Применяют их для изделий, получаемых глубокой вытяжкой: трубопроводы для бензина и масла, сварные баки бензо- и маслопроводов, заклепки (для клепки конструкций из магниевых сплавов), заглушки и другие средненагруженные детали авиационной техники; переборки, корпуса и мачты судов, узлы подъемных кранов, рамы вагонов, кузова автомобилей и др.

Дуралюмины характеризуются хорошим сочетанием прочности и пластичности. Они хорошо свариваются точечной сваркой и практически не свариваются сваркой плавлением из за высокой склонности к трещинообразованию. Применяются: Д1 (имеет среднюю пластичность, удовлетворительную обрабатываемость резанием) -для лопастей воздушных винтов, заклепок, штампованных узлов креплений в авиационной промышленности, строительных конструкций и др.; Д16, Д19 ( имеют повышенную прочность, среднюю платичность, удовлетворительную обрабатываемость) – для силовых элементов конструкций самолетов (шпангоуты, нервюры, тяги управления, лонжероны, детали каркаса, обшивки, заклепки), кузовов грузовых автомобилей, буровых турбин и др.; Д18, В65 (имеют повышенную пластичность, заменяют сплавы Д1 и Д16) – для заклепок, которые ставят после закалки и естественного старения.

Высокопрочный алюминиевыйсплав В95 является наиболее универсальным, по прочности значительно превосходит дуралюмины (при нормальной температуре), оличается высокими временным сопротивлением и пределом текучести, но не является теплопрочным, его можно использовать до температур не выше 100 – 120^ОС, обрабатываемость резанием и свариваемость точечной сваркой - хорошие. Его применяют для высоконагруженных конструкций, работающих, в основном, в условиях напряжений сжатия (детали обшивки, стрингеры, шпангоуты, обшивки, нервюры, лонжероны самолетов и др.).

Сплавы АК4, АК4-1 (жаропрочные, имеющие высокую прочность, удовлетворительные пластичность, свариваемость и обрабатываемость) применяют для деталей двигателей и других изделий, работающих при повышенных температурах до 350^О С - крыльчатые насосы, колеса, компрессоры, заборники, диски, лопатки, обшивки и силовые каркасы сверхзвуковых самолетов; АК6 (авиаль повышенной прочности) применяют для штампованных и кованых деталей сложной формы - крыльчаток вентиляторов для компрессоров реактивных двигателей, заборников, лопаток диффузоров и др.; АК8 (отличается большой прочностью, пластичностью, но хуже, чем у АК6) –для штамповки высоконагруженных самолетных деталей менее сложной формы: рамы, фитинги и т.п.

Деформируемые алюминиевые сплавы типа АД и АВ имеют высокую пластичность, коррозионную стойкость, достаточную прочность, удовлетворительно свариваются. Сплав АД31 применяется для изготовления деталей невысокой прочности (для отделки кабин самолетов и вертолетов с различными цветовыми покрытиями; в строительстве - для дверных рам, оконных переплетов, эскалаторов; в автомобильной, легкой и мебельной промышленности). Сплав АД33 применяется для деталей средней прочности, работающих с коррозионной стойкостью во влажной атмосфере и морской воде (лопасти вертолетов, барабаны колес гидросамолетов). Сплав АВ применяется для деталей, от которых при изготовлении требуется высокая пластичность в холодном и горячем состоянии (лопасти вертолетов, штампованные и кованые детали сложной конфигурации).

Литейные алюминиевые сплавы должны иметь хорошую жидкотекучесть, малую усадку, низкую склонность к образованию горячих трещин и пористости, а также высокие механические и антикоррозионные свойства. По назначению литейные алюминиевые сплавы условно разбивают на: сплавы, отличающиеся высокой герметичностью - АК12(АЛ2), АК9ч (АЛ4), АК7ч(АЛ9), АК7пч(АЛ9-1), АК8М3ч(ВАЛ8), АК8л(АЛ34), используемые для изготовления мелких, средних и крупных литых деталей ответственного назначения – корпусов компрессоров, картеров, двигателей внутреннего сгорания, турбинных колес турбохолодильников, вентиляторов, деталей авиационных колес, барабанов, кронштейнов и др.; высокопрочные жаропрочные сплавы- АК5(АЛ19), АК5М(АЛ5), АК5Мч(АЛ5-1), АК12М2МгН (АЛ30), используемые для крупногабаритных отливок, получаемых, в основном, в песчаных формах, для корпусов арматуры и приборов, головок цилиндров двигателей воздушного охлаждения и др.; коррозионностойкие сплавы – АЦ4Мг(АЛ24), АМг5Мц(АЛ28), АМг6л(АЛ23), АМг4К1,5М(АМг4К1,5М), применяемые для изготовления силовых деталей, работающих при температурах от –60 до +60^ОС, для деталей, работающих в различных климатических условиях, включая воздействия морской воды и тумана.

Сплавы типа САП и САС имеют повышенную жаропрочность, низкий коэффициент линейного расширения, удовлетворительную прочность. Используют САП и САС для деталей, работающих при температурах 300 … 500^ОС длительно и при 700 … 900^ОС кратковременно, от которых требуется высокая удельная прочность и коррозионная стойкость: поршневые штоки, лопатки компрессоров, лопасти вентиляторов и турбин в химической и нефтяной промышленности и др.

Медь и ее сплавы

Для меди характерны пластичность и коррозионная стойкость, высокая теплопроводность и электропроводимость; недостатками являются высокая плотность, плохая обрабатываемость резанием и низкая жидкотекучесть. Применяется медь для проводников электрического тока, различных теплоообменников, водоохлаждаемых изложниц, поддонов, кристаллизаторов.

Латуни обладают более высокой прочностью (в том числе при повышенных температурах), коррозионной стойкостью, упругостью, технологичностью (литье, обработка давлением, резание) по сравнению с медью. Наибольшую пластичность имеют латуни, содержащие 30-32% цинка, а наибольшую прочность – латуни,содержащие 42-45% цинка.

Двойные латуни. Сплав Л96 – томпак – высокопластичен и теплопроводен, не подвержен «сезонному» растрескиванию. Сплав Л80 – полутомпак - обладает высокой стойкостью против коррозии, имеет хорошую пластичность, хорошие литейные и механические свойства. Применяются для изготовления трубопроводов, радиаторных трубок, сеток фильтров и сильфонов регуляторов давления в авиационной промышленности; змеевиков, деталей теплотехнической и химической аппаратуры; для изготовления фурнитуры и украшений; гибких шлангов, деталей холодильного оборудования, конденсаторных трубок. Латуни с большим содержанием цинка (Л70 … Л60) обладают высокой пластичностью, хорошо свариваются, паяются и обрабатываются резанием. Идут на изготовление сеток в целлюлозно-бумажной и шиферной промышленности, деталей химической аппаратуры, полос, лент, труб, проволоки, фольги, толстостенных патрубков, шайб. В авиационной промышленности они применяются для изготовления обечаек радиаторов, трубопроводов, отражателей фильтров, каркасов сеток суфлеров и др.

Легированные латуни применяются в авиационной промышленности и морском судостроении, в электрических машинах и химическом машиностроении для высокопрочных и химически стойких изделий, в часовой и автотракторной промышленности (свинцовые латуни), типографском деле. Латунь ЛА85-0,5 служит заменителем золота при изготовлении знаков отличия, фурнитуры, украшений; ЛО70-1 применяетсядля изготовления трубопроводов коррозионноактивных жидкостей; ЛЖМц59-1 обладает хорошими антифрикционными свойствами, применяется для изготовления грундбукс колес самолетов, колец, втулок и других деталей, работающих на трение.

Бронзы по сравнению с латунью обладают лучшими механическими, антифрикционными свойствами и коррозионной стойкостью. Широкое применение бронзы нашли для изготовления лент, сеток в аппаратостроении и целлюлозно-бумажной промышленности (БрОФ8-0,3, БрОЦС4-4-4 и др.); деталей для работы в морской и сточных водах (БрА9Ж4Н4Мц и др.); пружин, труб, втулок в судостроении, авиации, химической промышленности (БрО5С25 и др.); антифрикционных узлов (БрА9Мц2Л, БрА10Мц2Л и др.); в пищевой промышленности (БрА10Ж4Н4Л и др.).

Медно – никелевые сплавы имеют высокую коррозионную стойкость в различных средах, высокие механические свойства, хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии, устойчивы при низких температурах.

Мельхиор идет на изготовление штампованных и чеканных изделий(монеты, декоративные изделия), теплообменных аппаратов в морской воде, конденсаторных трубок и других изделий электротехнической промышленности и приборосроения.

Куниаль и нейзильбер идут на изготовление пружин, деталей приборов и других изделий электротехники, для деталей глубокой вытяжки, художественных изделий (нейзильбер).

Копель, константан и манганин идут для изготовления термопар, компенсационных проводов и других изделий электротехнической промышленности и приборостроения.

Магний и его сплавы

Магний и его сплавы отличаются низкой плотностью, хорошей обрабатываемостью резанием и способностью воспринимать ударные и гасить вибрационные нагрузки, имеют низкую тепло- и электропроводность, коррозионную стойкость. Порошки, мелкая стружка, тонкая лента магния представляют большую опасность, т.к. самовозгораются на воздухе при обычных температурах, горят с выделением большого количества теплоты и излучением яркого света.

Технически чистый магний из-за низких механических свойств как конструкционный материал практически не применяется.

Магниевые сплавы прочно обосновались в современном самолете: колеса и вилки шасси, передние кромки крыльев, различные рычаги, корпуса насосов, приборов, коробок передач, фонари и двери кабин, детали планера самолета, а также корпуса ракет, обтекатели, топливные и кислородные баки и др. В приборостроении они используются для корпусов и деталей приборов оптической аппаратуры.

Титан и его сплавы

Титан и его сплавы обладают небольшой плотностью, высокой пластичностью и тугоплавкостью, исключительной химической и коррозионной стойкостью, обрабатываются давлением, резанием, их можно сваривать и получать литые детали. Недостатком титана является его невысокая прочность. Легирование титана позволяет в 2…3 раза повысить его прочность.

Интервал наивыгоднейшего применения титановых сплавов простирается от глубокого холода (не хладноломки даже в жидком гелии) до 500 … 600^ОС. На протяжении всего этого интервала температур титановые сплавы превосходят по своим свойствам все другие конструкционные металлические материалы.

По причине высокой удельной прочности титановые сплавы находят широкое применение в авиастроении, ракетостроении: каркасные детали, обшивка, топливные баки, детали реактивных двигателей, диски и лопатки компрессоров, детали воздухозаборника, детали ракетных двигателей второй и третьей ступени и т.д. Широкое применение также находят они в судостроении, химической, газовой, нефтяной, пищевой, медицинской промышленностях. Например, сплавы ВТ8, ОТ4-1,ОТ4 обладают повышенной жаропрочностью, хорошо деформируются, свариваются контактной сваркой и обрабатываются резанием; предназначены они для деталей, работающих до 500^ОС; сплав ВТ6 имеет высокую пластичность, повышенную жаропрочность, но неудовлетворительно сваривается и обрабатывается резанием, предназначен для изготовления крепежных деталей и обшивки, работающих до 400-450^ОС.