11360

Антифрикционные материалы. Антифрикционные сплавы, применяемые в судовом машиностроении

Лекция

Производство и промышленные технологии

Лекция 14 Антифрикционные материалы Антифрикционные сплавы применяемые в судовом машиностроении К антифрикционным относят материалы которые идут на изготовление различных деталей работающих в условиях трения скольжения. Антифрикционный материал должен обл

Русский

2013-04-07

139.12 KB

108 чел.

Лекция 14

Антифрикционные материалы

Антифрикционные сплавы, применяемые в судовом машиностроении

К антифрикционным относят материалы, которые идут на изготовление различных деталей, работающих в условиях трения скольжения. Антифрикционный материал должен обладать низким коэффициентом трения в кинематическом узле, хорошей прирабатываемостью, высокой износостойкостью, малой склонностью к заеданию (схватыванию), способностью обеспечить равномерную смазку. Перечисленные свойства антифрикционного материала должны им обеспечиваться при определенных удельных контактных нагрузках и различных конструктивных решениях узлов трения.

Большое разнообразие конструктивных типов узлов трения, а также условий эксплуатации привело к необходимости создания самых разнообразных антифрикционных материалов. Различают следующие антифрикционные материалы: сплавы на основе олова, свинца (баббиты), меди (бронзы), железа (сталь, чугун), металлокерамические (бронзографит, железографит), пластмассы (текстолит, фторопласт-4, древеснослоистые пластики и др.), а также сложные композиции типа “металл–пластмасса”.

В табл. 1 приведена номенклатура антифрикционных материалов.

Таблица 1

Номенклатура антифрикционных материалов

Индекс группы

Наименование

Марка

А

Баббит:

Оловянный

Свинцовый

Свинцово - никелевый

Б88, Б83, Б83С

Б16

БН

Б

Бронза:

Оловянно-фосфористая

Оловянно-цинковая

Оловянно-цинково-свинцово-никелевая

Оловянно-никелевая-цинковая

Алюминиево-марганцовистая

Алюминиево-железистая

Свинцовая

БрОФ10-1, БрОФ6,5-0,15, БрОФ7-0,2

БрОЦ10-2, БрОЦ8-4

БрОЦСН3-7-5-1

БрОНЦ8,5-4-2

БрАМц9-2, БрАМц10-2

БрАЖ9-4

БрС30

В

Латунь:

Марганцовистая

Марганцовисто-железистая

Кремнистая

Свинцовая

ЛМц58-2

ЛМцЖ55-3-1

ЛК80-3

ЛС59-1

Г

Неметаллические материалы:

Резина

Древесно-слоистый пластик

Древесно-текстолитовый пластик

Текстолит

Бакаут

Фторопласт

Полиамид литьевой

Полиамид, наполненный графитом

Полиамид стеклонаполненный

Смола капроновая

Капролон

Углеграфитовый материал, пропитанный баббитом

8130, 8075, 1626

ДСП-А, ДСП-Б, ДСП-В

Д5ТСП

ПТК-С

Ф4, Ф40

610

П68Г-5, П68Г-10

КПС-30, П-6ВСУ

Б

В

ЭГ-О-Б83

Д

Композитный материал:

Металлополимерный

Самосмазывающийся

САММ-3, САММ-4

По структурному признаку металлические антифрикционные материалы делят на две группы: первая – материалы с мягкой основой и твердыми включениями и вторая – материалы с твердой основой и мягкими включениями.

В современном судовом машиностроении используются подшипниковые сплавы на основе олова и свинца, сплавы на медной основе: латуни и бронзы. Для обеспечения, указанного выше комплекса, часто противоречивых свойств, могут использоваться сплавы, состоящие из относительно мягкой основы, в которой распределена достаточно твердая вторая фаза.

Назначение твердых кристаллов – осуществлять непосредственный контакт с вращающимся валом, назначение пластичной основы – обеспечивать прирабатываемость вкладыша к валу. Количество твердой составляющей должно быть небольшим, чтобы твердые и хрупкие кристаллы не соприкасались между собой. Кроме того, они должны быть равномерно распределены в пластичной основе. Подобную структуру имеют баббиты.

Баббиты

Баббитами называют антифрикционные сплавы на основе олова или свинца. Баббиты обладают низкой твердостью (HB130 – 320 МПа), имеют невысокую температуру плавления (240 – 320 °С), повышенную размягчаемость (НВ90 – 240 МПа при 100 °С), отлично прирабатываются и обладают высокими антифрикционными свойствами. В то же время они обладают низким сопротивлением усталости, что влияет на работоспособность подшипников.

В России баббиты, используемые в судостроении, стандартизованы ГОСТом1320-74 (табл. 2).

Таблица 2

Химический состав баббитов ГОСТ 1320-74

Марка

Олово

Сурьма

Медь

Кадмий

Никель

Свинец

Б88

Б83

Б16

БН

Остальное

Остальное

15,0 – 17,0

9,0 – 11,0

7,3 – 7,8

10,0 – 12,0

15,0 – 17,0

5,5 – 6,5

2,5 – 3,5

5,5 – 6,5

1,5 – 2,0

1,5 – 2,0

0,8 – 1,2

0,1 – 0,7

0,15 – 0,25

0,1 – 0,7

Остальное

Остальное

Баббит Б83 – сплав на основе олова, содержащий 83 %Sn, 11 %Sb и 6 %Сu. Если бы сплав не содержал меди, то согласно диаграммы состояния Sn – Sb его структура должна бы состоять из двух составляющих: светлых граненых первичных кристаллов (твердые включения) и темных кристаллов раствора на базе олова (мягкая составляющая). Границы зерен в мягкой составляющей обычно не вытравливаются, поэтому под микроскопом она выглядит как сплошной черный фон. Медь, введенная в сплав Б83 для предотвращения ликвации по плотности, образует с оловом интерметаллид Cu3Sn (твердая составляющая), звездчатые кристаллы которого, выделяясь в первую очередь из расплава, образуют как бы каркас, препятствующий всплытию более легких кристаллов. Таким образом, структура баббита Б83 состоит из трех фаз (рис. 1).

Оловянные баббиты являются лучшими подшипниковыми сплавами и применяются для заливки наиболее ответственных подшипников паровых турбин, компрессоров, дизелей и других высоконагруженных установок, работающих со смазкой при высоких скоростях скольжения.

а                                   б

Рис. 1. а − Микроструктура баббита Б83; б – схематическое изображение микроструктуры)

Баббит Б16, разработанный А.М.Бочваром – сплав на свинцовой основе. Он содержит 16% Sn, 16% Sb, 2%Cu. Медь введена для предотвращения ликвации по плотности.

Баббит Б16 применяют как заменитель баббита Б83 для вкладышей подшипников, электродвигателей, паровых турбин, не испытывающих ударных нагрузок. По сравнению с оловянными баббитами свинцовые обладают большим коэффициентом трения. Они более хрупки, так как в них мягкой составляющей является достаточно хрупкая эвтектика.

Антифрикционные сплавы на основе меди

В качестве антифрикционных сплавов употребляют бронзы (оловянные и безоловянные) и латуни. Подшипники изготавливают из бронзы в монометаллическом и биметаллическом исполнении. Для монометаллических подшипников используют оловянистые бронзы. Их микроструктура подробно рассмотрена в руководстве к выполнению лабораторной работы "Микроструктура медных сплавов".

Для биметаллических подшипников в качестве антифрикционного слоя употребляются бронзы, содержащие повышенное количество свинца без олова (БрС30) или с 1 %Sn.

В отличие от баббитов, бронза БрС30 относится к антифрикционным материалам с твердой матрицей (Сu) и мягкими включениями (Pb). При граничном трении на поверхность вала переносится тонкая пленка свинца, защищающая шейку стального вала от повреждения. Эта бронза отличается высокой теплопроводностью (в четыре раза большей, чем у остальных бронз) и хорошим сопротивлением усталости. На рис. 2 изображена микроструктура БрС30.

а                                            б

Рис. 2. а – микроструктура бронзы БрС30; б – схематическое изображение микроструктуры)

Антифрикционные сплавы на основе железа

Стали

В качестве антифрикционных материалов стали используют в очень легких условиях работы при небольших давлениях и невысоких скоростях скольжения. Будучи твердыми и имея высокую температуру плавления, стали плохо прирабатываются, сравнительно легко схватываются с сопряженной поверхностью цапфы и образуют задиры. Обычно используют так называемые медистые стали, содержащие малое количество углерода, либо графитизированные стали, имеющие включения свободного графита. В таблице 3 приведен состав сталей, рекомендуемых к использованию взамен бронз в легких условиях работы.

Таблица 3

Состав (в %) антифрикционных сталей

Сталь

Cu

Al

C

Si

Mn

S

P

Медистая

Графитизированная

32

2,5

0,1

1,6

1,0

0,3

0,03

0,03

Антифрикционные чугуны

Ряд чугунов имеет высокие антифрикционные свойства, которые определяются в значительной степени строением графитовой составляющей. Чугун с глобоидальной формой графита и с толстыми пластинками более износостоек, чем чугун с тонкими пластинками. В структуре антифрикционного чугуна желательно иметь минимальное количество свободного феррита (не более 15%) и должен отсутствовать свободный цементит. В таблице 4 приведена структура и назначение антифрикционного чугуна.

Включения графита в чугунах выполняют роль мягкой составляющей. К их недостаткам следует отнести плохую прирабатываемость, чувствительность к недостатку смазки, пониженную стойкость к воздействию ударной нагрузки.

Таблица 4

Структура и назначение антифрикционного чугуна ГОСТ 1585-85

Марка чугуна

НВ,

МПа

Микроструктура

Терм. обрабо-тка, назначение

Графит

Металл. основа

АЧС-1

АЧС-2

АЧС-3

АЧС-4

АЧС-5

АЧС-6

АЧВ-1

АЧВ-2

АЧК-1

АЧК-2

180 – 241

180 – 229

160 – 190

180 – 229

180 – 290

100 – 120

200 – 260

167 – 197

187 – 229

167 – 197

Пластинчатый

то же

то же

то же

Пластинчатый

то же

Шаровидный

Шаровидный

Хлопьевидный

Хлопьевидный

Перлитная

Перлитная

П + Ф

П

Аустенитная

Перлитная, пористая

Перлитная

П + Ф

П

Ф + П

Закалка, нормализация.

Без обработки.

Закалка, нормализация.

Закалка, норма-лизация, особо нагруженные узлы трения.

Без обработки, при темпера-туре до 300 ˚С.

Закалка, норма-лизация, повы-шенные окруж-ные скорости.

Без обработки, повышенные окружные ско-рости.

Закалка, норма-лизация.

Без обработки

Антифрикционные сплавы на основе алюминия

Алюминиевые сплавы в последнее время все шире используются для замены антифрикционных сплавов на свинцовой и оловянной основе, а также свинцовистой бронзы. Их классифицируют по микроструктурному признаку. Первая группа – сплавы, имеющие твердые структурные составляющие (FeAl3; Al3Ni; CuAl2; Mg2Si и др.) в пластичной основе металла. Они применяются при высоких скоростях вращения и невысоких нагрузках с применением смазки. Однако, если подача смазки прекращается, то наступает схватывание. Свободны от этого недостатка сплавы второй группы, они легированы оловом. В случае прекращения поступления смазки олово расплавляется, покрывая вал тонким слоем и тем самым препятствуя контакту железа с алюминием и, следовательно, схватыванию. В таблице 5 приведены современные антифрикционные сплавы. Медь вводят для упрочнения матрицы, кремний, железо, никель и др. для уменьшения износа (образуют твердые частицы).

Таблица 5

Состав (в %) алюминиевых антифрикционных сплавов

Группа

Сплав

Ni

Mg

Sb

Cu

Si

Sn

Ti

I

II

АН-2,5

АСМ

АО9-1

АО3-1

АО9-2

АО20-1

2,7 – 3,3

0,4

1,0

0,3 – 0,7

3,5

3,5 – 6,5

1,0

1,0

2,25

1,0

1,85

0,5

9,0

3,0

9,0

20,0

0,02 – 0,1

Таблица 6

Состав (в %) свинцовых баббитов, используемых

для тонкослойных подшипников

Баббит

Pb

Sn

Sb

As

Ca

БС2

БК2 с добавкой переплава

2

2

9,5

0,2

0,7

0,7Mg

0,2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

17885. ПРАКТИКА СПРОСА И ПРЕДЛОЖЕНИЯ НА РЫНКЕ ТРУДА 25.15 KB
  НАЗВАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ: ПРАКТИКА СПРОСА И ПРЕДЛОЖЕНИЯ НА РЫНКЕ ТРУДА ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: Выяснить особенности спроса и предложения труда обозначить факторы определяющие изменения спроса и предложения труда. Обосновать правило найма рабочей силы и правило
17886. ПРАКТИКА ОБЩЕГО ЭКОНОМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ 31.22 KB
  НАЗВАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ: ПРАКТИКА ОБЩЕГО ЭКОНОМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: Определить условия общего и частичного равновесия ФОРМУЛИРОВАНИЕ ОСНОВНОЙ ИДЕИ ЗАНЯТИЯ 1. Уравнения потребительского спроса. Спрос отдельного потребителя на каждо
17887. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ РОЛЬ ГОСУДАРСТВА НА ПРАКТИКЕ 99.48 KB
  НАЗВАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ: ЭКОНОМИЧЕСКАЯ РОЛЬ ГОСУДАРСТВА НА ПРАКТИКЕ ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: Определить ключевые понятия в экономической роли государства на практике выявить основные причины отказа рынка или фиаско рынка познакомиться с различными вариантами ...
17888. Микроэкономика. Методические указания к самостоятельному изучению дисциплины 216.5 KB
  Методические указания к самостоятельному изучению дисциплины Микроэкономика для студентов обучающихся по направлениям 0305 Экономика и предпринимательство и Менеджмент всех форм обучения Методические указания к самостоятельному изучению дисциплины ...
17889. СВІТОВЕ ГОСПОДАРСТВО ЯК ЦІЛІСНА СИСТЕМА. ЗАГАЛЬНОЦИВІЛІЗАЦІЙНІ ЕКОНОМІЧНІ ОЗНАКИ ТА КРИТЕРІЇ 277 KB
  Тема 1 . СВІТОВЕ ГОСПОДАРСТВО ЯК ЦІЛІСНА СИСТЕМА. ЗАГАЛЬНОЦИВІЛІЗАЦІЙНІ ЕКОНОМІЧНІ ОЗНАКИ ТА КРИТЕРІЇ ПЛАН Поняття світового господарства 2. Загальне поняття €œміжнародна економіка€ 3. Загальноцивілізаційні економічні ознаки та критерії. Пре...
17890. ВИДІЛЕННЯ ПІДСИСТЕМ СВІТОВОГО ГОСПОДАРСТВА ТА ПОКАЗНИКИ ЙОГО РОЗВИТКУ 204 KB
  Тема 2 . ВИДІЛЕННЯ ПІДСИСТЕМ СВІТОВОГО ГОСПОДАРСТВА ТА ПОКАЗНИКИ ЙОГО РОЗВИТКУ ПЛАН Критерії виділення підсистем світового господарства. Основні показники розвитку світового господарства. Групи країн у світовій економіці. Класифікації країн за метод...
17891. ГЛОБАЛЬНА ЕКОНОМІЧНА СИСТЕМА: КОНЦЕПЦІЇ ТА МОДЕЛІ РОЗВИТКУ 101 KB
  Тема 3 . ГЛОБАЛЬНА ЕКОНОМІЧНА СИСТЕМА: КОНЦЕПЦІЇ ТА МОДЕЛІ РОЗВИТКУ ПЛАН 1. Концепції глобальної економічної системи 2. Головні елементи міжнародної економічної системи 3. Моделі економічного розвитку 1. Концепції глобальної економічної системи Світов...
17892. МІЖНАРОДНА ТОРГІВЛЯ 354.5 KB
  тема 4. Міжнародна торгівля 1. Сутність міжнародної торгівлі та її роль в системі світогосподарських зв’язків. Еволюція теорій міжнародної торгівлі 2. Види та методи сучасної міжнародної торгівлі 3. Міжнародна торгівля послугами 4. Показники міжнародної торгівлі 5.
17893. Світова економіка: суть, основні закономірності і тенденції її розвитку на рубежі ХХ-ХХ1вв 53 KB
  Лекція 1. Світова економіка: суть основні закономірності і тенденції її розвитку на рубежі ХХХХ1вв. Світова економіка є складною системою що включає безліч складових її елементів. Основу цієї системи утворюють міжнародне і обмежене рамками окремих держав національне в...