Материаловедение

Тема 5: Цветные металлы и их сплавы.

Вопросы темы:

1. Алюминий и его сплавы.

2. Медь и ее сплавы.

3. Титан, магний и их сплавы.

4. Баббиты и припои.

5. Антифрикционные сплавы.

1. Алюминий и его сплавы.

Многие цветные металлы и их сплавы обладают ря­дом ценных свойств: хорошей пластичностью, вязкос­тью, высокой электро- и теплопроводностью, коррози­онной стойкостью и другими достоинствами. Благодаря этим качествам цветные металлы и их сплавы занима­ют важное место среди конструкционных материалов.

Из цветных металлов в автомобилестроении в чистом виде и в виде сплавов широко используются алюминий, медь, свинец, олово, магний, цинк, титан.

Алюминий — металл серебристо-белого цвета, харак­теризуется низкой плотностью 2,7 г/см³, высокой элек­тропроводностью, температура плавления 660°С. Меха­нические свойства алюминия невысокие, поэтому в чистом виде как конструкционный материал применя­ется ограниченно.

Для повышения физико-механических и технологи­ческих свойств алюминий легируют различными эле­ментами (Си, Mg, Si, Zn). Железо и кремний являются постоянными примесями алюминия. Железо вызывает снижение пластичности и электропроводности алюми­ния. Кремний, как и медь, магний, цинк, марганец, никель и хром, относится к легирующим добавкам, уп­рочняющим алюминий.

В зависимости от содержания постоянных примесей различают:

— алюминий особой чистоты марки А 999 (0,001 % примесей);

— алюминий высокой чистоты — А 935, А 99, А 97, А 95 (0,005-0,5 % примесей);

— технический алюминий — А 85, А 8, А 7, А 5, А 0 (0,15—0,5 % примесей).

Технический алюминий выпускают в виде полуфаб­рикатов для дальнейшей переработки в изделия. Алю­миний высокой чистоты применяют для изготовления фольги, токопроводящих и кабельных изделий.

В автомобилестроении широкое применение получи­ли сплавы на основе алюминия. Они классифицируются:

— по технологии изготовления;

— по степени упрочнения после термической обра­ботки;

— по эксплуатационным свойствам.

Деформируемые сплавы.

К неупрочняемым термической обработкой относятся сплавы:

— алюминия с марганцем марки АМц;

— алюминия с магнием марок АМг, АМгЗ, АМг5В, АМг5П, АМг6.

Эти сплавы обладают высокой пластичностью, кор­розионной стойкостью, хорошо штампуются и сварива­ются, но имеют невысокую прочность. Из них изготов­ляют бензиновые баки, проволоку, заклепки, а также сварные резервуары для жидкостей и газов, детали вагонов.

В группе деформируемых алюминиевых сплавов, уп­рочняемых термической обработкой, различают сплавы:

—нормальной прочности;

—высокопрочные сплавы;

—жаропрочные сплавы;

—сплавы для ковки и штамповки.

Сплавы нормальной прочности. К ним относятся спла­вы системы Алюминий + Медь + Магний (дюралюми­ны), которые маркируются буквой «Д». Дюралюмины (Д1, Д16, Д18) характеризуются высокой прочностью, достаточной твердостью и вязкостью. Для упрочнения сплавов применяют закалку с последующим охлаждени­ем в воде. Закаленные дуралюмины подвергаются ста­рению, что способствует увеличению их коррозионной стойкости.

Дюралюмины широко используются в авиастроении: из сплава Д1 изготовляют лопасти винтов, из Д16 — несущие элементы фюзеляжей самолетов, сплав Д18 — один из основных заклепочных материалов.

Высокопрочные сплавы алюминия (В93, В95, В96) от­носятся к системе Алюминий — Цинк — Магний — Медь. В качестве легирующих добавок используют мар­ганец и хром, которые увеличивают коррозионную стой­кость. Для достижения требуемых прочностных свойств сплавы закаливают с последующим старением.

Высокопрочные сплавы по своим прочностным пока­зателям превосходят дуралюмины, однако менее пластич­ны и более чувствительны к концентраторам напряжений (надрезам). Из этих сплавов изготовляют высоконагруженные наружные конструкции в авиастроении — дета­ли каркасов, шасси и обшивки.

Жаропрочные сплавы алюминия (АК 4—1, Д 20) име­ют сложный химический состав, легированы железом, никелем, медью и другими элементами. Жаропрочность сплавам придает легирование.

Детали из жаропрочных сплавов используются пос­ле закалки и искусственного старения и могут эксплуа­тироваться при температуре до 300°С.

Сплавы для ковки и штамповки (АК 2, АК 4, АК 6, АК 8) относятся к системе Алюминий — Медь — Маг­ний с добавками кремния. Сплавы применяют после закалки и старения для изготовления средненагруженных деталей сложной формы (АК 6) и высоконагружен­ных штампованных деталей — поршни, лопасти винтов, крыльчатки насосов и др.

Литейные сплавы. Для изготовления деталей методом литья применяют алюминиевые сплавы систем Al-Si, Al-Cu, Al-Mg. Для улучшения механических свойств сплавы легируют титаном, бором, ванадием. Главным достоинством литейных сплавов является вы­сокая жидкотекучесть, небольшая усадка, хорошие ме­ханические свойства.

Применяют следующие виды термической обработ­ки литейных алюминиевых сплавов:

— искусственное старение: для улучшения прочнос­ти и обработки резанием;

— отжиг с охлаждением на воздухе: для снятия литей­ных и остаточных напряжений и повышения пла­стичности;

— закалка и естественное (или искусственное) старе­ние: для повышения прочности;

— закалка и смягчающий отпуск: для повышения пла­стичности и стабильности размеров.

Сплавы алюминия с кремнием (силумины) получили наибольшее распространение среди алюминиевых ли­тейных сплавов в силу своих высоких литейных свойств и хороших механических и технологических характери­стик. Силумины (марок АЛ2, АЛ4, АЛ9) обладают вы­сокой жидкотекучестью, хорошей герметичностью, до­статочной прочностью, хорошо обрабатываются резанием, легко свариваются, сопротивляются коррозии и устойчивы к образованию горячих трещин.

Сплав АЛ2 применяется для изготовления тонкостен­ных деталей сложной формы при литье в землю: корпуса агрегатов и приборов.

Сплав АЛ4 — высоконагруженные детали ответствен­ного назначения: корпуса компрессоров, блоки двига­телей, поршни цилиндров и др.

Сплав АЛ9 — изготовление деталей средней нагруженности, но сложной конфигурации, а также для де­талей, подвергающихся сварке.

Сплавы алюминия с магнием (магналины) — АЛ 8, АЛ 13, АЛ27, АЛ29 обладают наиболее высокой корро­зионной стойкостью и более высокими механическими свойствами после термической обработки по сравнению с другими алюминиевыми сплавами, но литейные свой­ства их низкие.

Сплавы АЛ8 и АЛИ являются наиболее распро­страненными, из них изготовляют подверженные кор­розионным воздействиям детали морских судов, а так­же детали, работающие при высоких температурах (головки цилиндров мощных двигателей воздушного ох­лаждения).

Сплавы алюминия с медью — АЛ7, АЛ 12, АЛ 19, обла­дают невысокими литейными свойствами и понижен­ной коррозионной стойкостью, но высокими механи­ческими свойствами.

Сплав АЛ7 применяют для изготовления отливок несложной формы, работающих с большими напряже­ниями (головки цилиндров маломощных двигателей воздушного охлаждения).

Сплавы алюминия, меди и кремния — АЛЗ, АЛ4, АЛ6 характеризуются хорошими литейными свойствами, но коррозионная стойкость их невысокая.

Сплав АЛЗ широко применяют для изготовления от­ливок корпусов, арматуры и мелких деталей.

Сплав АЛ4 используется для отливок ответственных деталей, требующих повышенной теплоустойчивости и твердости.

Сплав АЛ6 применяют для отливок корпусов карбю­раторов и арматуры бензиновых двигателей.

Сплавы алюминия, цинка и кремния — типичный пред­ставитель сплав АЛ 11 (цинковый силумин), обладаю­щий высокими литейными свойствами, а для повышения механических свойств подвергающийся модифицирова­нию. Используется для изготовления отливок сложной формы — картеров, блоков двигателей внутреннего сго­рания.

Подшипниковые сплавы. Наибольшее приме­нение из алюминиевых подшипниковых материалов получил сплав АСМ. По антифрикционным свойствам он близок к свинцовой бронзе, но превосходит ее по коррозионной стойкости и технологичности.

Сплав АСС-6-5 содержит в своем составе 5 % свин­ца, что придает ему высокие противозадирные свойства. Подшипники скольжения из сплавов АСМ и АСС-6-5 применяют взамен бронзовых в дизельных двигателях.

Из алюминиевых сплавов, легированных оловом, изготовляют тяжелонагруженные подшипники скольже­ния в автомобилестроении, а также в судовом и общем машиностроении.

Алюминиевые сплавы характеризуются более высо­ким коэффициентом теплового расширения, чем чугуны и стали. Поэтому подшипники из алюминиевых сплавов ограниченно применяются в практике машино­строения. Более широкое распространение получили биметаллические материалы, представляющие собой слой алюминиевого сплава, нанесенный на стальное основание. Такие биметаллы обеспечивают надежную работу узлов трения при больших нагрузках и высоких скоростях скольжения.

Спеченные металлы. Материалы на основе алюминия, полученные методами порошковой метал­лургии, обладают по сравнению с литейными сплавами более высокой прочностью, стабильностью свойств при повышенных температурах и коррозионной стойкостью.

Материалы из спеченных алюминиевых порошков (САП) состоят из мельчайших частичек алюминия и его оксида А1₂0₃. Порошок для спекания получают из тех­нически чистого алюминия, распылением с последую­щим измельчением гранул в шаровых мельницах.

Технологический процесс получения изделий из САП состоит из операций изготовления заготовок и последу­ющей механической обработки. Заготовки получают брикетированием (холодным или с подогревом) порошка с последующим спеканием при 590—620°С и давле­ниях 260—400 МПа.

По стойкости к воздействию температуры материа­лы из САП превосходят жаропрочный алюминиевый сплав ВД17.

Спеченные алюминиевые порошки (марок САП-1 — САП-4) применяют для изготовления деталей повышен­ной прочности и коррозионной стойкости, эксплуати­руемых при рабочих температурах до 500°С.

Спеченные алюминиевые сплавы (САС) получают из порошков алюминия с небольшим содержанием А1₂0₃, легированных железом, никелем, хромом, марганцем, медью и другими элементами,

Представителем этой группы материалов является САС-1, содержащий 25—30 % Si и 7 % Ni, применяемый взамен более тяжелых материалов в приборо- и маши­ностроении.

2. Медь и ее сплавы.

Медь в чистом виде имеет красный цвет; чем боль­ше в ней примесей, тем грубее и темнее излом. Темпе­ратура плавления меди 1083°С, плотность 8,92 г/см³.

Выпускают медь следующих марок:

— катодная — МВ4к, МООк, МОку, Ml к;

— бескислородная — МООб, МОб, М1б;

— катодная переплавленная — М1у;

— раскисленная — М1р, М2р, МЗр, МЗ.

Примеси оказывают существенное влияние на физи­ко-механические характеристики меди. По содержанию примесей различают марки меди:

МОО (99,99 % Си), МО (99,95 % Си), Ml (99,9 % Си), М2 (99,7 % Си), МЗ (99,50 % Си).

Главными достоинствами меди как машинострои­тельного материала являются высокие тепло- и элект­ропроводность, пластичность, коррозионная стойкость в сочетании с достаточно высокими механическими свойствами.

К недостаткам меди относят низкие литей­ные свойства и плохую обрабатываемость резанием.

Легирование меди осуществляется с целью придания сплаву требуемых механических, технологических, ан­тифрикционных и других свойств. Химические элемен­ты, используемые при легировании, обозначают в мар­ках медных сплавов следующими индексами:

А — алюминий; Вм — вольфрам; Ви — висмут; В — ванадий; Км— кадмий; Гл — галлий; Г — германий; Ж — железо; Зл — золото; К — кобальт; Кр — кремний; Мг — магний; Мц — марганец; М — медь; Мш — мы­шьяк; Н — никель; О — олово; С — свинец; Сн — селен; Ср — серебро; Су — сурьма; Ти — титан; Ф — фосфор; Ц — цинк.

Медные сплавы классифицируют:

по химическому составу на:

— латуни;

— бронзы;

— медноникелевые сплавы;

—по технологическому назначению на:

— деформируемые;

— литейные;

по изменению прочности после термической обработ­ки на:

— упрочняемые;

— неупрочняемые.

Латуни — сплавы меди, в которых главным легирую­щим элементом является цинк. В зависимости от содер­жания легирующих компонентов различают:

— простые (двойные) латуни;

— многокомпонентные (легированные) латуни. Простые латуни маркируют буквой «Л» и цифрами,

показывающими среднее содержание меди в сплаве. Например, сплав Л 90 — латунь, содержащая 90 % меди, остальное — цинк.

ЛАН КМц 75-2-2,5-0,5-0,5 — латунь алюминиевони-келькремнистомарганцевая, содержащая 75 % меди, 2 % алюминия, 2,5 % никеля, 0,5 % кремния, 0,5 % марган­ца, остальное — цинк.

В зависимости от основного легирующего элемента различают алюминиевые, кремнистые, марганцевые, никелевые, оловянистые, свинцовые и другие латуни.

Алюминиевые латуни — ЛА 85-0,6, ЛА 77-2, ЛАМш 77-2-0,05 обладают повышенными механическими свойствами и коррозионной стойкостью.

Кремнистые латуни — ЛК 80-3, ЛКС 65-1,5-3 и дру­гие отличаются высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях и в морской воде, а также высо­кими механическими свойствами.

Марганцевые латуни — ЛМц 58-2, ЛМцА 57-3-1, де­формируемые в горячем и холодном состоянии, облада­ют высокими механическими свойствами, стойкие к коррозии в морской воде и перегретом паре.

Никелевые латуни — ЛН 65-5 и другие имеют высо­кие механические свойства, хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии.

Оловянистые латуни — ЛО 90-1, ЛО 70-1, ЛО 62-1 отличаются повышенными антифрикционными свой­ствами и коррозионной стойкостью, хорошо обрабаты­ваются.

Свинцовые латуни — ЛС 63-3, ЛС 74-3, ЛС 60-1 харак­теризуются повышенными антифрикционными свой­ствами и хорошо обрабатываются резанием. Свинец в этих сплавах присутствует в виде самостоятельной фазы, практически не изменяющей структуры сплава.

Бронзы — это сплавы меди с оловом и другими эле­ментами (алюминий, кремний, марганец, свинец, бе­риллий). В зависимости от содержания основных ком­понентов, бронзы можно условно разделить на:

— оловянные, главным легирующим элементом кото­рых является олово;

— безоловянные (специальные), не содержащие олова.

Бронзы маркируют буквами «Бр», правее ставятся буквенные индексы элементов, входящих в состав. За­тем следуют цифры, обозначающие среднее содержание элементов в процентах (цифру, обозначающую содержа­ние меди в бронзе, не ставят). Например, сплав марки БрОЦС 5-5-5 означает, что бронза содержит олова, свин­ца и цинка по 5 %, остальное — медь (85 %).

Оловянные бронзы обладают высокими антифрикци­онными свойствами, нечувствительны к перегреву, мо­розостойки, немагнитны.

Для улучшения качества оловянные бронзы легиру­ют цинком, свинцом, никелем, фосфором и другими элементами. Легирование фосфором повышает механи­ческие, технологические, антифрикционные свойства оловянных бронз. Введение никеля способствует повы­шению механических и противокоррозионных свойств. При легировании свинцом увеличивается плотность бронз, улучшаются их антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием, однако заметно снижают­ся механические свойства. Легирование цинком улуч­шает технологические свойства. Введение железа (до 0,09 %) способствует повышению механических свойств бронз, однако с увеличением степени легирования рез­ко снижаются их коррозионная стойкость и технологи­ческие свойства.

В зависимости от технологии переработки оловянные и специальные бронзы подразделяют на:

— деформируемые;

— литейные;

— специальные.

Деформируемые оловянные бронзы содержат до 8 % олова. Эти бронзы используют для изготовления пру­жин, мембран и других деформируемых деталей. Литей­ные бронзы содержат свыше 6 % олова, обладают высо­кими антифрикционными свойствами и достаточной прочностью; их используют для изготовления ответ­ственных узлов трения (вкладыши подшипников сколь­жения).

Специальные бронзы включают в свой состав алюми­ний, никель, кремний, железо, бериллий, хром, свинец и другие элементы. В большинстве случаев название бронзы определяется основным легирующим компонен­том.

Алюминиевые бронзы обладают высокими механиче­скими, антифрикционными и противокоррозионными свойствами. Эти бронзы нашли применение для изго­товления ответственных деталей машин, работающих при интенсивном изнашивании и повышенных темпе­ратурах.

Кремнистые бронзы характеризуются высокими анти­фрикционными и упругими свойствами, коррозионной стойкостью. Дополнительное легирование кремнистых бронз другими элементами способствует улучшению эксплуатационных и технологических свойств бронз: цинк повышает их литейные свойства, марганец и ни­кель улучшают коррозионную стойкость и прочность, свинец — обрабатываемость резанием и антифрикцион­ные свойства. Кремнистые бронзы применяют взамен оловянных для изготовления антифрикционных дета­лей, пружин, мембран приборов и оборудования.

Свинцовые бронзы используют в парах трения» экс­плуатируемых при высоких относительных скоростях перемещения деталей. Для повышения механических свойств и коррозионной стойкости свинцовые бронзы легируют никелем и оловом.

Бериллиевые бронзы отличаются высокими прочност­ными свойствами, износостойкостью и стойкостью к воздействию коррозионных сред. Они обеспечивают работоспособность изделий при повышенных темпера­турах (до 500°С), хорошо обрабатываются резанием и свариваются. Бронзы этого типа используют для изго­товления деталей ответственного назначения, эксплуа­тируемых при повышенных скоростях перемещения, нагрузках, температуре.

Сплавы меди с никелем подразделяют на конструкци­онные и электротехнические.

Куниали (медь-никель-алюминий) содержат 6—13 % Ni, 1,5—3 % А1, остальное — медь. Они подвергаются термической обработке (закалка-старение). Куниали служат для изготовления деталей повышенной прочно­сти, пружин и ряда электротехнических изделий.

Нейзильберы (медь-никель-цинк) содержат 15 % Ni, 20 % Sn, остальное — медь. Они имеют белый цвет, близкий к цвету серебра. Нейзильберы хорошо сопро­тивляются атмосферной коррозии. Их применяют в приборостроении и производстве часов.

Мельхиоры (медь-никель и небольшие добавки желе­за и марганца до 1 %) обладают высокой коррозионной стойкостью. Их применяют для изготовления теплооб-менных аппаратов, штампованных и чеканных изделий.

Копель (медь-никель-марганец) содержит 43 % Ni, 0,5 Мп, остальное — медь. Это специальный сплав с вы­соким удельным электросопротивлением, используемый для изготовления электронагревательных элементов.

3. Титан, магний и их сплавы.

Титан — серебристо-белый металл низкой плотнос­ти (4,5 г/см³) с высокими механической прочностью, коррозионной и химической стойкостью. Температура плавления титана 1660°С, с углеродом он образует очень твердые карбиды. Титан удовлетворительно куется, про­катывается и прессуется.

Механические свойства титана определяются степе­нью его чистоты. Примеси кислорода, азота и углерода, образующие с титаном различные соединения, оказыва­ют существенное влияние на его свойства. К вредным примесям относится водород, вызывающий охрупчивание титана.

Для получения сплавов титана с заданными механи­ческими свойствами его легируют различными элемен­тами. Алюминий повышает жаропрочность и механическую прочность титана. Ванадий, марганец, молибден и хром повышают жаропрочность титановых сплавов. Сплавы хорошо поддаются горячей и холодной обработ­ке давлением, обработке резанием, имеют удовлетвори­тельные литейные свойства, хорошо свариваются в среде инертных газов. Сплавы работоспособны при темпера­туре до 500°С.

Титановые сплавы классифицируют по:

— технологическому назначению на литейные и де­формируемые;

— механическим свойствам — низкой (до 700 МПа), средней (700—1000 МПа) и высокой (более 1000 МПа) прочности;

— эксплуатационным характеристикам — жаропроч­ные, химически стойкие и др.;

— отношению к термической обработке — упрочняе­мые и неупрочняемые;

— структуре (ос-, ос+(3- и (3-сплавы). Деформируемые титановые сплавы по механической прочности выпускаются под марками:

— низкой прочности — ВТ 1;

— средней прочности — ВТ 3, ВТ 4, ВТ 5;

— высокой прочности ВТ 6, ВТ 14, ВТ 15 (после за­калки и старения).

Для литья применяются сплавы, аналогичные по со­ставу деформируемым сплавам (ВТ5Л, ВТ14Л), а также специальные литейные сплавы.

Магний — самый легкий (плотность 1,74 г/см³) из технических цветных металлов, серебристого цвета, тем­пература плавления 650°С. При температуре, немногим выше температуры плавления, легко воспламеняется и горит ярко-белым пламенем.

Главным достоинством магния как машинострои­тельного материала являются низкая плотность, техно­логичность. Однако его коррозионная стойкость во влажных средах, кислотах, растворах солей крайне низ­ка. Чистый магний практически не используют в каче­стве конструкционного материала из-за его недостаточ­ной коррозионной стойкости. Он применяется в качестве легирующей добавки к сталям и чугунам и в ракетной технике при создании твердых топлив.

Эксплуатационные свойства магния улучшают леги­рованием марганцем, алюминием, цинком и другими элементами. Легирование способствует повышению коррозионной стойкости (Zr, Мп), прочности (Al, Zn, Мп, Zr), жаропрочности (Th) магниевых сплавов, сни­жению окисляемости их при плавке, литье и термооб­работке.

Сплавы на основе магния классифицируют по:

— механическим свойствам — невысокой, средней прочности; высокопрочные, жаропрочные;

— технологии переработки — литейные и деформиру­емые;

— отношению к термической обработке — упрочняе­мые и неупрочняемые термической обработкой.

Маркировка магниевых сплавов состоит из буквы, обозначающей соответственно сплав (М), и буквы, ука­зывающей способ технологии переработки (А — для де­формируемых, Л — для литейных), а также цифры, обо­значающей порядковый номер сплава.

Деформируемые магниевые сплавы MAI, МА2, МАЗ, МА5, МА8 применяют для изготовления полуфабрика­тов — прутков, труб, полос и листов, а также для штам­повок и поковок.

Литейные магниевые сплавы МЛ1, МЛ2, МЛЗ, МЛ4, МЛ5, МЛ6 нашли широкое применение для производ­ства фасонных отливок. Некоторые сплавы МЛ приме­няют для изготовления высоконагруженных деталей в авиационной и автомобильной промышленности: картеры, корпуса приборов, колесные диски, фермы шас­си самолетов.

Ввиду низкой коррозионной стойкости магниевых сплавов изделия и детали из них подвергают оксидиро­ванию с последующим нанесением лакокрасочных по­крытий.

4. Баббиты и припои.

Для изготовления деталей, эксплуатируемых в усло­виях трения скольжения, используют сплавы, характе­ризующиеся низким коэффициентом трения, прираба-тываемостью, износостойкостью, малой склонностью к заеданию.

К группе антифрикционных материалов относят сплавы на основе олова, свинца и цинка.

Олово — матово-белый металл, обладающий низкой температурой плавления (23 ГС) и высокой пластично­стью. Применяется в составе припоев, медных сплавов (бронза) и антифрикционных сплавов (баббит).

Свинец — металл матового голубовато-серого цвета, обладает низкой температурой плавления (327°С) и вы­сокой пластичностью. Входит в состав медных сплавов (латунь, бронза), антифрикционных сплавов (баббит) и припоев.

Цинк — светло-серый металл с высокими литейными и антикоррозионными свойствами, температура плавле­ния 419°С. Входит в состав медных сплавов (латунь) и твердых припоев.

Баббиты — антифрикционные материалы на основе олова и свинца. В состав баббитов вводятся легирующие элементы, придающие им специфические свойства:

медь увеличивает твердость и ударную вязкость;

ни­кель — вязкость, твердость, износостойкость;

кадмий — прочность и коррозионную стойкость;

сурьма — проч­ность сплава.

Баббиты применяют для заливки вкладышей подшип­ников скольжения, работающих при больших окружных скоростях и при переменных и ударных нагрузках.

По химическому составу баббиты классифицируют на группы:

—оловянные (Б83, Б88);

—оловянно-свинцовые (БС6, Б16);

—свинцовые (БК2, БКА).

Лучшими антифрикционными свойствами обладают оловянные баббиты. Баббиты на основе свинца имеют несколько худшие антифрикционные свойства, чем оло­вянные, но они дешевле и менее дефицитны. Свинцо­вые баббиты применяют в подшипниках, работающих в легких условиях. В конструктивных элементах по­движного состава железных дорог используют подшип­ники скольжения из кальциевых баббитов.

Подшипники скольжения из баббитов изготовляют в виде биметаллических деталей (вкладышей). Для уско­рения приработки на их рабочую поверхность наносят слой (0,007—0,05 мм) сплава на оловянной или свинцо­вой основах. Работоспособность баббитовых подшипни­ков зависит от температуры в рабочей зоне и толщины вкладыша. При снижении толщины вкладыша ресурс работы подшипника увеличивается. Повышение темпе­ратуры в рабочей зоне свыше 70°С вызывает резкое па­дение износостойкости баббитовых подшипников.

В марках баббитов цифра показывает содержание олова. Например, баббит БС6 содержит по 6 % олова и сурьмы, остальное — свинец.

Антифрикционные цинковые сплавы (ЦВМ 10-5, ЦАМ 9-1,5) используют для изготовления малонагру-женных подшипников скольжения. Их применяют в литом или деформированном виде: для отливки под­шипников, изготовления прокатных полос и биметал­лических лент с последующей штамповкой изделий. Такие подшипники успешно заменяют бронзовые при температурах эксплуатации, не превышающих 120°С.

Цинк имеет хорошую коррозионную стойкость в ат­мосферных условиях и в пресной воде. Поэтому цинк служит для хорошей антикоррозионной защиты сплавов железа и изделий из них. Чистый цинк (марок Ц80, Ц81) применяют в автомобильной промышленности для из­готовления источников постоянного тока.

Припои — это металлы или сплавы, используемые при пайке в качестве промежуточного металла (связки) между соединяемыми деталями. Припои имеют более низкую температуру плавления, чем соединяемые ме­таллы. Незначительный нагрев, а вследствие этого от­сутствие изменения структуры соединяемых металлов являются основным преимуществом пайки в сравнении со сваркой.

По температуре расплавления припои подразделяют на:

—легкоплавкие (145—450°С) оловянно-свинцовые (ПОС), оловянные, малосурьмянистые и сурьмя­нистые (ПОССу) и другие;

—среднеплавкие (450— 1100°С) медно-цинковые при­пои (латуни);

—высокоплавкие (1100— 1480°С) многокомпонентные припои на основе железа.

Оловянно-свинцовые припои широко применяются во всех отраслях промышленности. Однако они имеют низкую коррозионную стойкость во влажной среде. В таких случаях паяные соединения необходимо защи­щать лакокрасочными покрытиями.

Оловянные припои имеют высокую прочность, пластич­ность и коррозионную стойкость. Их применяют при пайке радиотехнической и электронной аппаратуры.

Сурьмянистые припои (ПОССу-4-6) применяются при пайке и лужении в автомобильной промышленности.

Медно-цинковые припои (латуни) широко применяют для пайки большинства металлов. Припоями марок ПМЦ-54, Л63, Л68 пользуются при пайке стали, жести, медных сплавов. Припой Мц-48-10 — для пайки чугуна.

Легкоплавкие пастообразные припои обычно состоят из трех частей: порошкообразного припоя, флюса и за­густителя. Например, паста ПорПОССу-30-2 имеет со­став: 70 % непосредственно припоя; 20 % вазелина; 1,2 % бензойной кислоты; 1,2 % хлористого аммония и 0,6 % эмульгатора ОП-7. Такие пастообразные припои применяют для пайки стальных, медных и никелевых из­делий сложной формы и имеющих вертикальные швы.

Тугоплавкие порошкообразные припои применяют для закрепления твердосплавных пластин на режущем ин­струменте (сверла, резцы и т. п.). Припой состава: 40 % ферромарганца; 10 % ферросилиция; 20 % чугунной и 5 % медной стружки; 15 % толченого стекла — плавит­ся при температуре 1190—1300°С.

5. Антифрикционные сплавы.

Антифрикционные сплавы предназначены для повы­шения долговечности трущихся поверхностей машин и механизмов. К таким материалам относятся сплавы на основе олова, свинца, меди или алюминия. Антифрик­ционные свойства сплавов наиболее полно проявляют­ся в подшипниках скольжения.

В подшипниках скольжения трение происходит меж­ду валом и вкладышем подшипника. Антифрикционный материал вкладыша подшипника предохраняет вал от износа, сам минимально изнашивается, создает условия для оптимальной смазки и уменьшает трение в силу того, что обладает прочной и пластичной основой, в которой имеются твердые (опорные) включения. При трении пластинчатая основа частично изнашивается, а вал опирается на твердые включения. В этом случае тре­ние происходит не по всей поверхности соприкоснове­ния трущихся деталей, а смазка удерживается в изнаши­вающихся местах пластичной основы.

Из антифрикционных сплавов наиболее широко применяют баббит, бронзу, алюминиевые сплавы, чугун и металлокерамические материалы.

Антифрикционные свойства баббитов были рассмот­рены выше. Для оловянных и оловянно-фосфористых бронз характерны: низкий коэффициент трения, небольшой износ, высокая теплопроводность, что позволяет под­шипникам, изготовленным из таких материалов, рабо­тать при больших окружных скоростях и нагрузках.

Алюминиевые бронзы применяются в узлах трения вме­сто оловянных и свинцовых баббитов и свинцовых бронз. Однако они, обладая повышенной износостой­костью, могут вызвать износ вала.

Свинцовые бронзы в качестве подшипниковых вклады­шей способны работать в условиях ударных нагрузок.

Латуни по своим антифрикционным свойствам усту­пают бронзам и используются для подшипников, рабо­тающих при малых скоростях и умеренных нагрузках.

Алюминиевые сплавы обладают хорошими антифрик­ционными свойствами, высокой теплопроводностью и коррозионной стойкостью в масляных средах и доста­точно хорошими механическими и технологическими свойствами. Их применяют в виде тонкого слоя, нане­сенного на стальное основание, т. е. в виде биметалли­ческого материала.

Различают две группы алюминиевых антифрикцион­ных сплавов:

— сплавы алюминия с сурьмой, медью и другими эле­ментами, которые образуют твердые фазы в мяг­кой алюминиевой основе. Типичный представи­тель — сплав САМ, содержащий до 6,5 % сурьмы и 0,3—0,7 % магния. Этот сплав хорошо работает при высоких нагрузках и больших скоростях в ус­ловиях жидкостного трения. Сплав САМ приме­няют для изготовления вкладышей подшипников коленчатого вала автомобильных двигателей;

— сплавы алюминия с оловом и медью А020-1 (20 % оло­ва и до 1,2 % меди) и А09-2 (9 % олова и 2 % меди). Они хорошо работают в условиях полужидкостно­го и сухого трения и по своим антифрикционным свойствам близки к баббитам. Их используют для производства подшипников в автомобилестроении и общем машиностроении. Чугуны широко применяются при изготовлении де­талей узлов трения. Хорошими антифрикционными свойствами обладают: серый, высокопрочный с шаро­видным графитом и ковкий чугуны. Из них изготовля­ют червячные зубчатые колеса, направляющие для пол­зунов механизмов и другие детали, работающие в условиях трения.

Металлокерамические сплавы после прессования и спекания пропитываются минеральными маслами, смазками или маслографитовой эмульсией. Такие спла­вы хорошо прирабатываются к валу, а наличие смазки в порах способствует снижению износа подшипника.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Каким образом классифицируются алюминиевые сплавы?

2. Что называется силумином?

3. Что называется бронзой?

4. Какие сплавы используют в качестве антифрикционных материалов?