Подшипниковые сплавы. Антифрикционные свойства баббитов, их применение, классификация.

Подшипниковыми называют антифрикционные сплавы, применяемые для изготовления или заливки подшипников с целью уменьшения износа и нагрева трущихся деталей машин (валов, осей и т. п.).

Эти сплавы должны удовлетворять таким требованиям: иметь достаточную твердость и прочность на истирание, но не вызывать ускоренного износа соприкасающихся с подшипниками валов, обладать малым коэффициентом трения, хорошей прирабатываемостью, пластичностью, теплопроводностью, удерживать смазку (иметь микропористость). Таким требованиям удовлетворяют материалы с неоднородной структурой (в мягкой основе имеются твердые частицы).

Сталь ШХ15 «Ш» шарикоподшипниковая, «15» - содержание Cr в десятых долях процента. С - 0,95-1,05%, Cr - 1,3-1,65%. (ШХ6, ШХ9). ШХ15СГ. С - 0,95-1,05%, Cr - 1,3-1,65%, Mn - 1%, Si - 0,5%.

Структура - мартенсит и равномерно распределенные округлые карбиды (Fe,Cr)3C.

Обработка на примере прутков с металлургического завода для изготовления шариков, роликов и труб для колец, которые поступают после горячей деформации и охлаждения на воздухе фактически в нормализованном состоянии. Закалку проводят в масло или используют ступенчатую закалку со ступенькой 210 – 2400 С, что позволяет исправлять под прессом тонкие кольца от коробления.

Баббит - это легкоплавкий антифрикционный подшипниковый сплав с содержанием 80 - 90 % олова, 4 - 13 % сурьмы, 3 - 6 % меди, а также свинца, кальция, никеля, мышьяка, кадмия, теллура, железа и др. Температура плавления 232 - 350°C, температура литья 450 - 550°C.

В зависимости от химического состава различают такие марки оловянных и свинцовых баббитов: Б16, БН и БС6, Б88, Б83, Б83С. Основная сфера использования сплава - подшипники. Благодаря особым антифрикционным свойствам, а также износостойкости и теплопроводности, сплав баббит может применяться для изготовления подшипников самого разного назначения. Баббит бывает на основе олова и на основе свинца.

Антифрикционные свойства баббитов.

Наряду с хорошими антифрикционными свойствами они обладают повышенной усталостной прочностью, высокими теплопроводностью, теплоемкостью и стойкостью в масляных средах. Наличие олова в виде мягкой структурной составляющей придает сплаву высокие антифрикционные и прочностные свойства.

При граничном трении на сопряженную шейку вала переносится защитная пленка олова, которая предохраняет вал от повреждения и обеспечивает малые износы валов. Конструкционная прочность подшипника из алюминиево - оловянистых сплавов обеспечивается стальной основой.

Стандартизовано восемь марок баббитов, из них в ГОСТ 1320-74 включено шесть марок баббитов, в том числе Б83 и Б88 на оловянной основе и четыре марки свинцово-сурьмяных баббитов.

Особую группу составляют безоловянистые свинцово-кальциевые баббиты ВКА и БК2 (ГОСТ 1209-78). Прочность этих баббитов повышается при естественном старении.

Наиболее дорогостоящим из всех стандартных антифрикционных сплавов является баббит Б83. По ГОСТ 1320-74 применять его разрешается только в машинах ответственного назначения, когда от антифрикционного материала требуется высокая вязкость и минимальный коэффициент трения. Баббит Б83 не рекомендуется применять при температуре нагрева подшипников выше 115°С из-за понижения его твердости с ростом температуры. Он хорошо припаивается при заливке в стальные или чугунные вкладыши.

Преимуществом оловянистых баббитов Б88 и Б83 перед свинцовистыми является также более низкий температурный коэффициент линейного расширения и более высокая теплопроводность и коррозионная стойкость. Эти баббиты применяют при ударной нагрузке на подшипник.

Баббит Б16 может быть применен при спокойных нагрузках, не превышающих 60-10^s Па-м/с, а также для заливки верхних половинок опорных подшипников паровых турбин, электродвигателей небольшой мощности, редукторов, тяжелых металлорежущих станков.

Баббит БН обладает высокими антифрикционными свойствами, незначительно уступает баббиту Б83. Он является заменителем баббита Б83 при спокойной удельной нагрузке менее 60-10⁵ Па и скорости скольжения более 3 м/с и заменителем Б16 во всех случаях. Баббит БН выдерживает более высокие температуры нагрева, чем Б83 и Б16, обладает большой прочностью и широко применяется в подшипниках автомобильных и тракторных двигателей при знакопеременной нагрузке, в судовых и стационарных паровых машинах, гидротурбинах, электродвигателях, центробежных насосах и т.д.

Баббит БС6 - сурьмянистый баббит, наиболее дешевый. Его не рекомендуется применять при больших и средних нагрузках и температуре выше 60° С.

Баббит БК2 (кальциевый) является хорошим заменителем баббитов Б16 и БС6. Он обладает высокими механическими свойствами, большой пластичностью, небольшим коэффициентом трения и износом, хорошо работает при ударных нагрузках и температурах до 160° С. Он менее чувствителен к перегревам от высоких Баббит БК2 применяют в основном в подшипниках железнодорожного транспорта. Рекомендуется нормальную рабочую температуру для каждой марки баббита принимать равной 60% той, при которой его твердость НВ12.

Свойства свинцового баббита - более высокие рабочие температуры. Баббит используется для прокатных станов, двигателей с высокой нагрузкой, и т. п.

Оловянный баббит отличается небольшим коэффициентом трения, большей вязкостью. Высокая теплопроводность, стойкость к коррозии и износу, отличают оловянный баббит от свинцового. Более прочным считают баббитовый сплав на основе олова. Сплав на основе свинца менее прочен.

Минус баббита - подверженность усталости металла. Для увеличения срока службы подшипника баббитовый слой изготавливают тоньше.

Баббиты подразделяются на высокооловянистые, обозначаемые буквой В, малооловянистые - БН, БТ и безоловянистые, обозначаемые БК (свинцово-кальцие-натриевые сплавы).

Баббиты отличаются высокой износостойкостью, прирабатываемостью, пластичностью, малым коэффициентом трения и хорошей обрабатываемостью. Маркировка - Б88 - сплав баббит (7%Sb , 3% Cu, 1%Cd[, 0,25%Ni - остальное Sn).

Специальные подшипниковые сплавы - баббиты имеют минимальный коэффициент трения со сталью, хорошо прирабатываются к валу и легко удерживают смазку, благодаря вязкой основе они легко поглощают посторонние твердые частицы, не образуя задиров вала. Поставляют баббиты по ГОСТ 1320-74.

Применение баббитов.

В наше время широко используется баббит, цена на который варьируется в зависимости от вида сплава. Так, наиболее распространенными являются три вида баббита: первый - 90% олова плюс 10% меди, второй - 89% олова плюс 7% сурьмы и 4% меди, и третий - 80% свинца плюс 15% сурьмы и 5% олова. В качестве дополнительных присадок используют кадмий, никель, натрий, мышьяк и другие активные элементы. Самыми распространенными марками баббитов данного вида являются: Б83, Б88, Б83С,ASTM2, SAE11, SAE12.

Здесь основное требование к баббиту – высокая температура плавления. Единственное, что стоимость их несколько ниже, что ценится в наше время. Используют свинцовые баббиты в прокатных станах, дизельных двигателях, мощных редукторах и т.д.

Таблица 1.2.4. Условия применения баббитов и примерное назначение.

Марка баббита	Характеристика нагрузки	Давление ρ МПа	Окружная скорость v,м/с	Напряженность работы ρv,МПа · м/с	Рабочая температура,°С	Примерное назначение
Б88	Спокойная	19,6		98,0		Подшипники, работающие при больших скоростях и высоких динамических нагрузках. Подшипники для быстроходных и среднеоборотных дизелей. Нижние половины крейцкопфных подшипников малооборотных дизелей
	ударная	14,7		73,5
Б83	Спокойная ударная	9,80		49,00		Подшипники, работающие при больших скоростях и средних нагрузках. Подшипники турбин, крейцкопфные, мотылевые и ромовые подшипники малооборотных дизелей, опорные подшипники гребных валов
Б83С	7,35		36,75
БН	9,80 7,35		30,40 22,05		Подшипники, работающие при средних скоростях и средних нагрузках. Подшипники дизелей, компрессоров, судовых водопроводов
Б16	Спокойная	9,80		30,4		Моторно-осевые подшипники электровозов, путевых машин, детали паровозов и другое оборудование тяжелого машиностроения
БС6	Ударная	14,7	-	-		Подшипники автотракторных двигателей