6 ОЛОВО, СВИНЕЦЬ ТА ЇХ СПЛАВИ

Олово (8п) та свинець (РЬ), належать до металів з низькою тем­пературою плавлення. Температури плавлення олова та свинцю скла­дають 232°С та 327°С, відповідно. Густина олова р=7,3 г/см3, густина свинцю р=11,34 г/см3. Олово має дві поліморфні модифікації: а-8п, Р-8и. а- модифікація крихка, має вигляд порошку, поява цієї модифі­кації при низьких температурах небажана (явище має назву "олов'яна чума"). Олово Р-модифікації використовують як чистий метал (при лужінні сталі - "біла жерсть"), або при виготовлені сплавів. Олово та свинець мають велику пластичність, низьку твердість (5НВ та 3НВ, відповідно), підвищену корозійну стійкість в атмосферних умовах та врозчинах деяких кислот. Свинець використовують в хімічній промис­ловості для виготовлення резервуарів та трубопроводів, що контакту­ють з П2804, та в електротехніці при виготовленні оболонок електрич­ного кабелю, акумуляторних батарей.

На основі олова та свинцю існують легкоплавкі сплави, призна­чені

- для паяння - припої (система РЬ-8п, вміст олова - 25-70%);

- для виготовлення друкарських шрифтів, наприклад "гарт" -11% 8Ь, 4% 2п, свинець - основа;

- для топких запобіжників (система РЬ-8п-Ві-Ссі).

Ці сплави утворюють евтектики без проміжних фаз на основі хі­мічних сполук. Широко застосовуються сплави на основі олова та свинцю як антифрикційні матеріали, призначені для заливки підшип­ників.

Основні вимоги до підшипникових матеріалів.

1. Достатній рівень механічних властивостей при робочих тем­пературах (витривалість, твердість, зносостійкість, границя міцності при стисненні).

2. Здатність утримувати мастило для забезпечення низького коефіцієнта тертя, поглинати тверді частинки, не ушкоджувати повер­хню вала.

3. Корозійна стійкість в середовищах, які містять мастила та кислоти; висока теплопровідність, що забезпечує відведення тепла від поверхні тертя.

4. Висока технологічність.

5. Низька вартість.

Оптимальною структурою антифрикційних матеріалів є струк­тура, до складу якої входять фази із різними властивостями. Обов' язковою є фаза з високою твердістю та зносостійкістю, що роз­міщена в більш м' якій та пластичній фазі. Кількість твердої фази має бути меншою за пластичну, тверда складова має виділятися у вигляді окремих включень.

Бабітами називають антифрикційні сплави, основу яких скла­дають олово або свинець. Вони мають низькі температури плавлення (350-450°С) та низькі показники коефіцієнту тертя.

Найвищим рівнем властивостей характеризуються олов'яні бабі­ти Б83 (10-12% БЬ, 2,5-6,5% Си, решта - 83%8п) та Б89 (7,25­8,25% БЬ, 2,6-3,5% Си, решта - 89%Бп). Діаграма стану системи Бп-БЬ наведена на рис. 6.1.

 

йп   да   го   зо   <*о   зо   во   то   ао   да 5Ь

ЭЬ, % (мас.)

Рисунок 6.1 - Діаграма стану Би-БЬ

М' якою складовою є а-фаза (твердий розчин сурми та міді в гратці олова), тверда фаза складається з частинок Р'-фази (БиБЬ) кубі­чної форми та є-фази (Си3Бп) голчастої морфології (рис.6.2). Олов'яні бабіти схильні до ліквації, для запобігання цього недоліку до складу сплавів вводять мідь. При кристалізації утворення голок сполуки Си3Би відбувається при високих температурах і перешкоджає розвитку ліквації, є-фаза має високу твердість і підвищує зносостійкість матері­алу. Бабіт Б89 має, порівняно з Б83, більшу пластичність та меншу твердість, що пов' язано із меншою кількістю Р' фази.

Коефіцієнт тертя зі змазкою для Б89 та Б83 дорівнює 0,005.

Рисунок 6.2 - Мікроструктура олов'яного бабіту Б83, х200

Висока вартість олова зумовлює використання сплавів, що ма­ють нижчі показники антифрикційних властивостей, та меншу вар­тість. Для заміни олов' яних бабітів використовують свинцево-олов' яні бабіти Б16 (15-17% Бп, 15-17% БЬ, 1,5-2% Си, решта - свинець.), БТ, БН, Б6. Коефіцієнт тертя зі змазкою для Б16, Б6, БН дорівнює 0,006. Ці сплави формуються на основі потрійної системи РЬ-Бп-БЬ. Струк­тура Б16 складається з а-фази (твердий розчин олова, сурми та міді в гратці свинцю), частинок Р'-фази (БпБЬ) кубічної форми, є-фази (Си3Бп) голчастої морфології та сполук Си2БЬ (рис.6.3).

 

Рисунок 6.3 - Мікроструктура бабіту Б16, х450 Такі бабіти використовують в менш навантажених підшипниках, рівень властивостей підвищують легуванням. Нікель сприяє зміцнен­ню а-твердого розчину, кадмій та миш'як утворюють хімічну сполуку А8СсІ, частинки якої виконують роль зародків при формуванні сполуки БиБЬ, зменшують ліквацію сурми, додатково підвищують зносостій­кість. Б6 використовують для підшипників нафтових двигунів, прока­тних станів, БТ та БН - для автомобільних та тракторних двигунів та двигунів внутрішнього згорання.

Структура свинцевих бабітів формується відповідно до діаграми РЬ-8Ь (рис. 6.4).

і, °с

 

 

 

 

 

 

 

 

____

 

 

 

р

 

 

 

 

 

 

,'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а+Р Ы

 

 

 

 

 

р+Р

 

 

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

1

/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а+Р

 

 

 

1

10    20    ЗО      40    50    60    70    80     90 100 РЬ % (мас.)

Рисунок 6.4 - Діаграма стану системи РЬ-БЬ

Твердість свинцю - 3 НВ, сурми - 30 НВ, твердість евтектики (13% БЬ, 87% РЬ) складає 7-8 НВ. Найвищі антифрикційні властивості відповідають сплавам із структурою: евтектика(а+Р)+Р(5%), вміст сурми - 16-18%. М'якою основою є евтектика, тверді включення -Р-фаза (твердий розчин свинцю в сурмі). Свинцеві бабіти мають мен­шу вартість і використовуються для маловідповідальних підшипників.

Для підшипників залізничного транспорту використовують бабіт БКА (0,8-1,15%Са, 0,6-0,9%^ 0,05-0,2%Л8, решта - свинець). Зміц­нювальна фаза - сполука РЬ3Са, натр сприяє підвищенню твердості основи, миш'як підвищує антифрикційні властивості. При кімнатній температурі твердість бабіту БКА з часом підвищується (природне старіння), процес прискорюють підігріванням до 50-70°С.

Типові умови використання бабітів наведені в табл.6.1.

Для виготовлення підшипників використовують також сплави на основі цинку. Цинк - метал, що має температуру плавлення 419°С, гу­стина (р) складає 7,1 г/см3. Метал має ГЩП гратку. Границя міцності цинку - 150 МПа, 5=50%. Як антифрикційні використовують сплави ЦАМ10-5 (10%Л1, 5%Си, решта - цинк) ЦАМ9,5-1,5(9,5% ЛІ, 1,5% Си). Додатково сплави легують 0,03-0,06% М§. Сплави мають уструктурі а-фазу (твердий розчин на основі алюмінію (розчинність цинку, в алюмінії - 83%)), р-фазу (майже чистий цинк), є-фазу (на ос­нові сполуки Оі2п3), які входять до складу подвійної евтектики (а+Р) та потрійної евтектики (а+р+є). Коефіцієнт тертя зі змазкою для цих матеріалів складає 0,009.

Таблиця 6.1 - Умови використання бабітів

Марка сплаву

Тиск, МПа

Колова шви­дкість, м/с

Т °С

Ароб.? ^

Галузі застосування

Б88

15, 20

50

75

Підшипники, що працюють при висо­ких швидкостях та динамічних напру­женнях, для швидкісних дизелів

Б83

10, 15

50

70

Підшипники, що працюють при висо­ких швидкостях та середніх напружен­нях; підшипники для турбін, дизелів, опорні підшипники гребних валів

БН

5, 7, 10

30

70

Підшипники, що працюють при серед­ніх швидкостях та напруженнях; для підшипників компресорів та дизелів

Б16

10

30

70

Підшипники електродвигунів, парових турбін

БС6

15

-

70

Підшипники автотракторних двигунів