Антифрикционные материалы

Вкладыши подшипников
Вкладыши подшипников в судовых двигателях
Подшипники скольжения (вкладыши) в блоке цилиндров автомобильных двигателей
Вкладыши подшипников в двигателях тепловозов

Хорошая
прирабатываемость
Малая изнашиваемость вала
Высокая усталостная
прочность
Хорошая теплопроводность
Достаточная коррозионная стойкость
Хорошие технологические свойства
Достаточная прочность
Требования к антифрикционным материалам
Антифрикционными называются материалы, которые используется для подшипников скольжения и обеспечивают малые потери энергии при работе пары трения. Главное требование к этим материалам - низкий коэффициент трения в паре с контртелом.

есть должна мягкие
структура содержать и твёрдые
составляющие.
Низкий коэффициент трения имеют материалы, способные удерживать на поверхности масляную плёнку.
Микроструктура может
состоять из
мягкой
основы и
твердых включений или твердой
основы,
в которой
расположены мягкие включения.
В процессе работы мягкая составляющая вырабатывается, и образуются микровпадины, в которых задер- живается смазка.
Мягкая составляющая
Твёрдая составляющая
Для этого мате- риал должен быть неоднородным, то

Коэффициент трения
Характер нагрузки (статический,
циклический)
Твердость материала
поверхности вала
Удельное давление на подшипник Р
Скорость скольжения V

Баббиты
Алюминиевые подшипниковые сплавы
Антифрикционные чугуны
Бронзы
Порошковые материалы

твердых кристаллов SnSb кубической формы и звездоподобных или
ных кристаллов
располагаемых в
пластической основе, представляет собой
удлинен- Cu3Sn, мягкой которая твердый
раствор Sb и Cu в Sn.
Такая структура обеспечивает низкий коэффициент трения. Основным недостатком оловянных баббитов является их низкая усталостная прочность. Поэтому они непригодны для быстроходных бензиновых двигателей. Так как баббиты имеют низкий коэффициент трения и низкую прочность, то их наносят в виде покрытия на более прочную основу, т.е. для изготовления биметаллических подшипников.
Баббитами называются легкоплавкие сплавы на основе олова или свинца. Классическим является оловянный баббит Б83 (83% Sn, 11% Sb, 6% Cu).
SnSb (тверд.)
Его структура состоит из
Cu Sn
3
(тверд.)
твёрдый раствор Sb, Сu в
Sn (мягк.)

Оловянный баббит Б83 (11% Sb, 6% Cu, остальное Sn)
SnSb (тверд.)
Cu3Sn (тверд.)

При заливки жидкий
баббит затекает в поры подслоя, что обеспечивает хорошее
сцепление слоя с
основанием.
Уменьшения толщины слоя баббита можно достичь в так называемых триметаллических подшипниках, где между
стальной наносится слой.
Это позволяет уменьшить толщину слоя и улучшить служебные свойства вкладыша. Такие подшипники широко используют в автомобилях ГАЗ, ЗИЛ, КрАЗ.
основой и антифрикционным материалом промежуточный пористый медно-никелевый
Свинцовый бабит Б16
Cu-Ni бронза
Сталь 10

Триметаллический вкладыш подшипника.
Сталь 10 + Cu-Ni бронза + свинцовый баббит Б16
Cu-Ni бронза
Сталь 10

В частности, бронзовые
подшипники
применяют в авиастроении.
В качестве антифрикционных применяют двойные свинцовые и оловянные, а также сложные бронзы. Эти сплавы прочнее баббитов, поэтому они используются для тяжелонагруженных подшипников, работающих при больших удельных давлениях и высоких скоростях скольжения.
Структура свинцовой бронзы БрС30 (70% Cu, 30% Pb) является механической смесью зерен Pb и Cu. Равномерное вкрапление мягкого свинца в твердую медь обеспечивает высокие антифрикционные свойства.
Cu (тверд.)
Pb (мягк.)
Свинцовая бронза
БрС30
(30% Pb, остальное Cu)

Свинцовая бронза БрС30 (30% Pb, остальное Cu)
Cu (тверд.)
Pb
(мягк.)

Структура БрС30: механическая смесь мягких зёрен свинца и твёрдых зёрен меди. Твёрдость свинца - HV9, твёрдость меди – HV57.
Р = 10 гс

Распределение олова в литом сплаве неодно- родное: оси дендритов обедненные оловом, междендритные прост-
обогащенные
элементом, и
ранства этим создает
необходимую
микрогетерогеннисть структуры.
В качестве антифрикционных используют оловянные бронзы Бр06 (6% Sn, остальное Cu), Бр010 (10% Sn, остальное Cu). В таких количествах олово полностью растворяется в меди, образуя твердый раствор.
Антифрикционные латуни дешевле бронзы и используются
как их заменители.
α – тв. р-р, обогащённый Sn (тверд.)
α – тв. р-р, обеднённый Sn (мягк.)
Оловянная
бронза Бр06 (6% Sn, ост. - Cu)

α – тв. р-р, обогащённый Sn (тверд.)
Оловянная бронза Бр06 (6% Sn, ост. - Cu)

Их наносят на стальную основу (сталь типа 08кп) в виде ленты, а сцепление слоев обеспечивается совместной про- каткой.
Антифрикционные сплавы на основе алюминия легируют Sb, Pb, Mg, Cu и некоторыми другими элементами. Эти сплавы имеют относительно низкий коэффициент трения, высокие износостойкость и усталостную прочность, хорошую технологичность.
Одним из таких сплавов является АСМ (4% Sb, 0,5% Mg, остальное Al). Его структура состоит из мягкой алюминиевой основы и включений твердой фазы AlSb. Сплав АСМ нашел широкое применение в тяжелонагруженных дизельных двигателях. Недостатками сплава является худшая, чем у баббита и бронзы, припрабатываемость.
перлит феррит
AСМ
Сталь 08кп
AlSb (тверд.)
Al (мягк.)

AСМ
Сталь08кп
перлит феррит
Биметаллический вкладыш подшипника. Сталь 08кп + алюминиевый сплав АСМ (4% Sb, 0,5% Mg, ост. - Al)

АНТИФРИКЦИОННЫЕ на ОСНОВЕ ЦИНКА
Сплавы на основе цинка
содержат 9...12% Аl,
1...5,5% Сu,
0,03...0,06% Мg,
остальное Zn
(ЦАМ10-5; ЦАМ9-1,5),
обладают низкой
температурой плавления
(400 °С), при нагреве размяг­чаются, поэтому хорошо прирабатываются. По этой причине подшипники из цинковых сплавов меньше изнашиваются.

После спекания
ционные порошковые
антифрик- изделия маслом
подвергают пропитке
(погружение в горячее масло и
выдержка в нем 1-2 ч.) При этом смазка проникает в поры и частично поглощается графитом. Подшипник становится самосма- зывающимся.
Порошковые антифрикционные сплавы, как правило, используется для втулок или колец и изготавливаются из порошков железа и графита, бронзы и графита и т.д. по обычной технологии порошковой металлургии прессованием и последующим спеканием. Чаще всего применяются композиции Fe-графит или Fe-Сu-графит.
Самосмазывающиеся подшипники
устанавливаются
в узлах,
где смазка
затруднена или невозможна (например,
текстильной или пищевой
промышленности). Вследствие значительной пористости они предназначены для работы при небольших скоростях скольжения и отсутствии ударных нагрузок. Железо-графитовые композиции с добавлением меди применяют для поршневых колец (марка ЖГр2Д2).
Графит (мягк.)
Перлит (тверд.)

Порошковый материал ЖГр3 (3% графита, остальное Fe, пористость 20%)
Графит (мягк.)
Перлит (тверд.)

Такие чугуны отли- чаются невысокой стоимостью, могут выдерживать значи- тельные удельные давления.
В качестве антифрикционных используются графитизированные чугуны с различной формой графита: серые, ковкие и высокопрочные. Графит выполняет роль мягкой составляющей и способствует удержанию смазки. Металлическая основа антифрикционного чугуна должна быть перлитной или перлито-ферритной (в зависимости от твердости работающего в паре с ним вала).
Графит (мягк.)
Феррит
(мягк.)
Перлит
(тверд.)
Антифрикционный чугун
Антифрикционные чугуны вследствие плохой прирабатываемости и чувствительности к недостатку смазки применяют для узлов с низкими скоростями скольжения.

Антифрикционный чугун
Графит (мягк.)
Феррит
(мягк.)
Перлит (тверд.)

Антифрикционные чугуны получают из серого (АЧС), высоко­прочного (АЧВ) и ковкого (АЧК) чугунов
АСЧ-1
АКЧ-1
АВЧ-2
Антифрикционные чугуны предназначены для легких условий работы.

Износостойкие стали
Из механических свойств наиболее часто при оценке износостойкости мате-риалов используются их исходная твёрдость (Н), предел прочности (σв), предел текучести (σ0,2). Пластическая деформация при трении приводит к наклёпу, поэтому сплав может работать в тяжелых условиях на трение, пока не исчерпается его способность к дальнейшей пласти-ческой деформации, т.е.
К износостойким относятся стали, соответ-ствующие требованию высокой исходной твёрдости (и прочности), прежде всего
- подшипниковые;
- инструментальные стали;
- графитизированные стали;
- аустенитная высокомарганцевая сталь

Графитизированные стали
Графитизированные стали (ГС) представляют собой по химическому составу группу заэвтектоидных углеродистых или низколегированных сталей, в которых часть углерода посредством графитизирующей термической обработки выделена в виде графита
ГС рассматриваются как конструкционный и инструментальный материал с антифрикционными свойствами благодаря не-которому количеству графита. Они достаточно дёшевы, так как не имеют в со-ставе дорогих легирующих элементов, технологичны при изготовлении изделий и их обработке, надёжны и долговечны в эксплуатации. По химическому составу, структуре и механическим свойствам ГС можно рассматривать как своеобразный промежуточный материал между инструментальными сталями и чугунами с компактными формами графита.
Стали обозначают как 160СЛ, 160СТЛ и 140СТЛ
ГС обладают набором благоприятных технологических свойств (хорошие литейные свойства, обрабатываемость резанием), что позволяет рассматривать их как ценный специальный материал для различных условий работы, не уступающий, а порой и превосходящий по эксплуатационным свойствам легированные стали и чугуны.
Применяют графитизированную сталь как заменитель цветных антифрикционных сплавов. Термически обработанную графитизированную сталь используют для деталей штампов и валков холодного деформирования, калибров, траков, литых коленчатых валов и других изнашиваемых деталей

Аустенитная высокомарганцевая сталь
Наиболее распространённой износостойкой высоколегированной сталью является аустенитная сталь 110Г13Л, которая широко используется для изго-товления деталей, работающих в различных условиях эксплуатации, сопряжён-ных с ударно-абразивным изнашиванием (зубья ковшей экскаваторов и драг, траки тяжёлых гусеничных машин, бронефутеровочные плиты дробилок и мель-ниц, молотки мельниц, крестовины железнодорожных и трамвайных путей).
Сталь 110Г13Л содержит 0,9–1,3 % С и 11,5–14,5 % Мn (ГОСТ 2176–77). Сталь подвергают закалке в воде при температуре нагрева 1050–1100 °С на аустенитную структуру. Механические свойства стали: σв = 800–900 МПа и σ0,2 = 310– 350 МПа при δ = 25–15 %, ψ = 30–20 %, 180–220 НВ.

Структура, свойства и условия эксплуатации некоторых антифрикционных сплавов

«Изучение микроструктуры антифрикционных
материалов»

1) Изучить микроструктуру образцов различных видов антифрикционных материалов.
3) Ознакомиться с областями использования различных антифрикционных материалов.
4) Оформить отчет о работе.
2) Пользуясь данными таблицы 1 проанализировать свойства различных видов сплавов, их преимущества и недостатки.

Отчет должен включать:
Цель работы.
Краткое изложение теоретических основ работы.
Рисунки или фотографии микроструктуры изученных образцов с указанием материала, его марки, структурных составляющих, коэффициента трения.
5) Выводы.

Какие материалы называются антифрикционными и где они используют-
ся?
Основные требования к свойствам подшипниковых материалов.
Что такое прирабатываемость?
Какие требования предъявляются к структуре антифрикционных материалов?
Какие сплавы называются баббиты? Виды баббитов, их состав, маркировка, свойства, области использования. Технология изготовления вкладышей.
Антифрикционные бронзы, состав, маркировка, свойства, области использования.
Алюминиевые антифрикционные сплавы, состав, маркировка, свойства,
области использования.
Триметаллические вкладыши, технология их изготовления, свойства, использование.
Антифрикционные чугуны, их марки, структура, использование. Роль
графита в обеспечении антифрикционных свойств.
Порошковые антифрикционные материалы. Состав, марки, технология изготовления вкладышей, свойства, использование.
Что такое самосмазывающиеся подшипники?