Антифрикційні сплави: опис, види та властивості

Антифрикційні сплави: опис, види та властивості

Антифрикційні сплави є групою матеріалів, які мають невеликий коефіцієнт тертя або здатні знизити його в інших композитів. Тверді мастильні джерела стійкі до зношування при тривалому використанні. Ними покривають різні трущі поверхні. Для цього використовують фторопласт, латунь, бронзу, залізографіт і баббіт. Матеріали повинні бути пластичними і зносостійкими, повністю відповідати навантаженням при експлуатації деталей і конструкцій.

Деякі особливості сплавів

Основна роль антифрикційних сплавів полягає в підвищенні терміну служби стикаються поверхонь різних механізмів і машин. Їх застосовують в основному для виготовлення втулок і підшипників або для нанесення їх на поверхні деталей. З одного боку, сплави повинні володіти пластичністю і добре прироблятися, а з іншого - бути твердими і міцними, для зменшення зносу деталей.


Для виконання цих умов роблять композити різнорідної структури: основа м 'яка і пластична, а вкраплення в неї більш тверді. Завдяки цьому, в процесі роботи деталі м 'яка основа стирається, утворюючи на поверхні рельєф. А це сприяє непоганій циркуляції мастильних масел за дотичними поверхнями, що зменшує коефіцієнт тертя і підвищує продуктивність роботи механізму. При використанні антифрикційних сплавів необхідно враховувати і їх теплопровідність, щоб частини деталей не перегрівалися.

Основні властивості сплавів

Сплавами з антифрикційним ефектом заливають вкладиші підшипників ковзання. Вимоги до них встановлюються залежно від умов, в яких працюють деталі. Матеріал, з якого вони виробляються, зобов 'язаний мати такі властивості антифрикційних сплавів:

  • достатньою пластичністю, щоб мати здатність прироблятися до обертової поверхні і твердістю, необхідною для вкладиша, але не істираючою вал;
  • робоча поверхня повинна сприяти утриманню мастильного матеріалу;
  • невеликим коефіцієнтом тертя з матеріалом, з якого виготовлено вал обертання;
  • невисокою температурою плавлення.

Які сплави використовують як антифрикційні матеріали

Всі сплави такого роду діляться на три групи:

  • Білі - баббіти. Основою їх є олово і свинець, а домішки складаються з міді і сурми. Найбільш високоякісними вважаються олов 'яні баббіти. Вони здатні витримувати значну частоту обертання валу. Їх застосовують для виготовлення турбінних підшипників великих двигунів для водних суден, турбокомпресорів, турбонасосів. Вони відрізняються хорошою опірністю ударним навантаженням і мінімальним коефіцієнтом тертя. Баббіти зі свинцю використовують для машин з меншими навантаженнями. Кальцієві, основою яких є свинець з невеликою добавкою кальцію, натрію, магнію та інших елементів, швидко зношуються і застосовуються тільки при невеликому навантаженні, але і вартість їх значно менша, ніж олов 'яних і свинцевих.
  • Жовті - бронза і латунь. Поширено застосування олов 'яних бронз. Крім високих антифрикційних властивостей, вони володіють відмінною твердістю і мають хорошу ^ розійну стійкість. А також використовують олов 'яно-фосфорні та олов' яно-свинцеві бронзи для деталей різного виду машин. Підшипники для дизелів, авіамоторів і двигунів трактора роблять з бінарних свинцевих бронз, де частка останнього доходить до 30%. Такі антифрикційні сплави використовують в якості готових відливок (втулок) і вкладишів підшипників. Для їх виготовлення використовують сталеву стрічку, поверхня якої залита свинцевою бронзою. Для зовсім дрібних підшипників застосовують олов 'яно-свинцево-цинковий метал. Бронзи (марганцівиста, кремніста, алюмінієва) без вмісту олова також знаходять своє застосування. Латуні за мастильними властивостями поступаються останнім. Їх найчастіше використовують як антифрикційні сплави підшипників при роботі деталей на малих швидкостях і невеликих навантаженнях.
  • Чорні - антифрикційні чавуни. Вони застосовуються як дешеві матеріали в основному двох типів:
    • перліто-графітовий: основа його складається з перліту і має тверду структуру, графіт - м 'яку речовину, що сприяє поліпшенню умов мастила і непогано вбирає мастильні масла;
    • феррито-графіто-фосфідний: структура його складається з м 'якої і пластичної основи з вкрапленням твердих фосфідів.

Сплави для підшипників

Антифрикційні матеріали знаходять широке застосування. При виготовленні підшипників, що використовуються в нинішніх автомобілях і приладах, вони затребувані, завдяки їх безшумній роботі, стійкості до вібрацій і малим розмірам. До групи антифрикційних підшипникових сплавів належать бронзи, баббіти, латуні, сірі чавуни та окремі сплави алюмінію.

Для вибору матеріалу важливо знати режим змащення та умови, за яких працює підшипник. Металеві мастильні матеріали визначені для режиму рідинного тертя - вал і підшипник розділяються тонкою олійною плівкою. Але при пуску і зупинці машини відзначається режим граничної мастила. Вона може зруйнуватися і в результаті перегріву вузла підшипника. Як поведе себе матеріал в даному випадку, буде залежати від його тяжіння до схоплення.

Припої для пайки

Для суміщення деталей з металу застосовують пайку. Для якісної роботи необхідний відповідний припій. Він складається зі сплаву олова, найчастіше зі свинцем, узятим у різних пропорціях залежно від призначення. Так, сплав, що містить 62% свинцю і 38% олова, застосовують для пайки деталей в електротехніці та електроніці. Іноді використовують припої і не утримують свинець. Але велика частина антифрикційних сплавів і припоїв обов 'язково включає до свого складу олово і свинець. Ці сплави зберігають механізми машини, зменшуючи тертя, а припої дозволяють з 'єднувати металеві деталі.


Алюмінієві сплави

Антифрикційні сплави з алюмінію містять нікель, олово, мідь, сурьму, кремній і володіють:

  • непоганими мастильними властивостями;
  • значною теплопровідністю;
  • корозійною стійкістю в олійному середовищі;
  • хорошими механічними і технологічними властивостями.

Їх використовують у вигляді тонкого покриття, яке наноситься на сталеву основу. Алюмінієві сплави по хімічному складу діляться на дві групи, що включають:

  1. Сурьму і мідь. Ці метали утворюють тверді вкраплення в м 'яку алюмінієву основу. Сплави витримують велике навантаження і високі швидкості при рідинному терті. Використовуються в автомобілях і тракторах в якості вкладишів для підшипників колінчастого валу.
  2. Мідь і олово. З такими добавками сплави працюють при наявності напівжидкого і сухого тертя. За антифрикційними властивостями схожі з баббітами. З них виготовляють підшипники в автомобільній і машинобудівній промисловості.

Різні області застосування антифрикційних сплавів

Баббіти - це сплави, основою яких є олово і свинець. Крім того, до їх складу вводять легуючі добавки для поліпшення властивостей. Баббіти перевершують всі сплави за антифрикційними властивостями, але мають низьку опірність втоми. Тому їх використовують для тонкого шару покриття поверхонь опор ковзання. Олов 'яні баббіти вважаються кращими за своїми властивостями, але мають високу ціну, тому їх використовують у відповідальних ситуаціях (для підшипників дизельних двигунів, турбокомпресорів, парових турбін).

Хороша теплопровідність сплавів дозволяє застосовувати їх на високих швидкостях і великих навантаженнях, зберігаючи надійність підшипникових вузлів. Недоліком є різка втрата зносостійкості при підвищенні температури вище 70 градусів Цельсія. Свинцеві баббіти дещо поступаються олов 'яним, але й коштують дешевше. Вони знаходять застосування для підшипників тепловозів, обладнання важкого машинобудування, колійних машин, автомобільних і тракторних двигунів. Найдешевшими з баббітів є кальцієві. Вони легко окисляються, мають невелику теплопровідність. Використовують їх у конструкціях залізничного рухомого складу. Маючи малу міцність, баббіти добре експлуатуються в підшипниках з міцним сталевим або чавунним корпусом.

Цинкові сплави

До їх складу входить алюміній і мідь, і доданий магній, який збільшує корозійну стійкість. Цинкові сплави використовують у литому, прокатному і пресованому стані. Вони відрізняються високими антифрикційними властивостями, хорошою міцністю.

Чудово замінюють бронзи у вузлах тертя при температурі не вище 100 градусів за Цельсієм. При більш високих температурних режимах вони розм 'якшуються і відбувається намазування на вал. З антифрикційних цинкових сплавів виробляють литі біметалічні та монометалічні деталі (вкладиші, втулки, повзуни).

Ув 'язнення

В основу складу антифрикційних сплавів входить олово, свинець, мідь або алюміній. Вони гарантують мінімальне тертя в підшипниках ковзання, забезпечують відмінну прироблюваність дотичних деталей, високу теплопровідність, невеликий коефіцієнт тертя, можливість зберігати мастило. У практичній діяльності найчастіше використовуються сірі чавуни, алюмінієві сплави, латуні та бронзи, баббіти.