Цветные металлы и сплавы (стр. 19 )

Цинковые сплавы в качестве антифрикционных, хотя и известны с давних времен, не получили достаточно широкого распространения. В то же время цинковые сплавы обладают рядом ценных свойств, которые дают возможность использовать их во многих случаях взамен бронз и баббитов.

Сплавы на цинковой основе, обладая низкой температурой плавления (»  400 °С), в большей степени, чем бронзы и алюминиевые сплавы, размягчаются с нагревом, благодаря чему легче прирабатываются. По этой причине подшипники из цинковых сплавов меньше изнашивают сопряженные поверхности цапфы при попадании абразивов. Частицы абразивов легче внедряются в трущуюся поверхность и меньше повреждают за счет микрорезания цапфу.

Цинковые сплавы являются весьма технологичными при изготовлении как монометаллических, так и биметаллических трущихся деталей. Легко достигается соединение цинкового сплава со сталью литейным способом и совместной прокаткой со стальной заготовкой. Соединение жидкого цинкового сплава со сталью достигается за счет слоя жидкого цинка, наносимого способом горячего цинкования.

Подшипники и другие детали из цинковых сплавов употребляются в литом и обработанном давлением (прокатка, прессование) состояниях. Составы стандартных сплавов (ГОСТ 21438–95) и свойства их в литом и прокатанном виде приведены в таблицах 18.6 и 18.7 гл. 18. В этой главе представлены особенности изготовления деталей из антифрикционных цинковых сплавов.

Особенностью цинковых сплавов в отличие от алюминевых и бронз является повышение прочности и пластичности сплавов после горячей обработки давлением при 250–300 °С. Это сказывается и на показателях усталостной прочности. Так,
например, для литого сплава ЦАМ9-1,5 предел выносливости при переменном изгибе вращающихся круглых образцов 5,0 кгс/мм2, а для прессованного металла — 10–11 кгс/мм2.

Цинковые сплавы в качестве антифрикционных материалов больше всего используют в нашей стране, причем опыт их массового применения накоплен на железнодорожном транспорте. В других странах цинковые сплавы используют в сравнительно небольших количествах. Состав наиболее употребительных сплавов дан в табл. 20.12.

Таблица 20.13

Химический состав (%) зарубежных цинковых сплавов

Марка, страна	А1	Сu	Mg	Mn	Zn
1010 (ФРГ)	9–11	0,6–1,0	0,02–0,05		Остальное
410 (ФРГ)	3,7–4,3	0,6–1,0	0,02–0,05
Япония	10	2		0,2
Алцен 305 (Австрия)	30	5

Сплавы на железной основе

Как антифрикционные материалы стали используют сравнительно редко и при очень легких условиях работы (при небольших удельных 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. Состав некоторых сталей, рекомендуемых к использованию взамен бронз в легких условиях работы, приведен в табл. 20.13.

Чугуны применяют для подшипников и других трущихся деталей в большем количестве и ассортименте, чем стали. Антифрикционные свойства чугунов представлены в табл. 20.15. Они определяются в значительной степени строением графитовой составляющей.

Чугун с глобулярной формой графита и с тол-стыми 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. Состав антифрикционных чугунов приведен в табл. 7.13 главы 7.

Таблица 20.13

Химические составы (%) антифрикционных сталей

Марка стали	Сu	А1	С	Si	Mn	S	P	Fe
Медистая сталь	32	2,5	0,1		–	–	–	Остальное
Графитизированная сталь	–	–	1,6	1,0	0,3	< 0,03	< 0,03

Области использования антифрикционных чугунов ограничиваются легкими условиями работы. Рекомендуемые границы применения чугунов в узлах трения представлены в табл. 7.14 главы 7.

Сплавы, изготовляемые методом порошковой металлургии

Изготовляемые методом порошковой металлургии подшипниковые материалы выполняются путем спекания заготовок, спрессованных предварительно (в пресформах) из надлежащим образом обработанных металлических порошков, часто с добавкой небольшого количества графита. Степень пористости обычно около 25 %. В качестве обязательной добавки к железным и медным пористым изделиям, помимо графита, используют самосвязывающие порошки дисульфита молибдена, нитрита бора и др.

Готовые втулки калибруются обжатием (резанием со стороны рабочей поверхности не обрабатываются) и пропитываются в вакууме маслом. Главное их назначение — подшипники малого размера, работающие при малых нагрузках, без подвода смазки. Срок службы ограничен запасом смазки в слоях, прилегающих к поверхности трения.

Составы наиболее распространенных пористых сплавов на железной, алюминиевой и медной основах и некоторые их свойства приведены в табл. 20.14.

Таблица 20.14

Состав и основные характеристики металлокерамических подшипниковых материалов

Марка	Состав, %	Плотность, 103 × кг/м3	Пористость, %	s в, кгс/мм2	s сж, кгс/мм2	НВ	Ударная вязкость, кгс/мм2 (на образах без надреза)	Коэффициент трения со смазкой	Допустимые нагрузки, кгс/см2 при n  = 2–3 м/с	Максимально допустимая рабочая температура, °С
Пористое железо	100 Fе	6,0–6,5	18–22	12–14	30–40	40–55	1,6–2,0	0,019–0,023	40–45	100–120
ЖГр-1-20пф	99,0 Fe + 1,0 графита	6,0–6,3	17–23	14–18	40–45	60–100	0,3–0,6	0,06–0,09	34–38	100–120
ЖГр-2-20пф	98,0 Fe + 2,0 графита	5,8–6,2	17–23	14–16	38–42	50–80	0,25–0,35	0,06–0,09	34–38	100–120
ЖГр-3-20пф	97,0 Fe 4 – 3,0 графита	5,5–6,0	17–23	12–14	30–35	50–80	0,18–0,22	0,04–0,06	40–45	100–140
ЖГр-3-Д-3	94,0 Fe + 3,0 графита + 3,0 меди	5,7–6,2	22–27	25–35	120–130	70–100	0,4–0,8	0,04–0,07	50–70	120–150
ЖГр-3-Це-4	93,0 Fe + 3,0 графита + 4,0 ZnS	5,4–5,8	17–23	12–14	75–80	60–100	0,15–0,25	0,001–0,0075	80–100	До 150
ЖГр-1-Дс-3	96,0 Fe + 1,0 графита + 3,0 Сu2S	6,2–6,3	18–22	–	90–120	90–120	0,4–0,5	–	80–100	До 150
АЖГр-6-3	90 A1 – 6Fe + 4 графита	2,6–2,8	5–10	–	14–15	20–24	0,4–0,5	0,005–0,008	40–60	100–120
AM Г-10-3	87,0 Al + 10,0 Сu + 3,0 графита	2,8–2,9	5–10		23–24	30–35	–	–	35–50	100–120
БрОГ10-2	88 Cu + 10,0 Sn + 2 графита	6,0–6,8	20–25	–	50–60	18–20	–	0,004–0,008	25–30	80–90

Примечание. ПФ — перлитно-ферритная структура.

Таблица 20.15

Сравнительные характеристики антифрикционных материалов

Материал	НВ	Коэффициент трения по стали	Допустимый режим работы
без смазочного материала	со смазочным материалом	p × 10–5, Па	v, м/с	vp × 10–5, Па ×  м/с
Баббиты: Б83	300	0,07–0,12	0,004–0,006	150	50	750
Б16	300	100	30	30
БК2	320	150	15	60
Бронзы: Бр010Ф1	1000	0,1–0,2	0,004–0,009	150	10	150
Бр05Ц5С5	600	80	3	120
БрС30	250	250	12	300
Латуни: ЛЦ16К4	1000	0,15–0,24	0,009–0,016	120	2	100
ЛЦ38Мц2С2	800	106	1	100
Алюминиевый сплав: А09–2	310	0,1–0,15	0,008	250	20	1000
Антифрикционные серые чугуны: АЧС–1	2200	0,12–0,23	0,008	25	5	100
АЧС–3	1600	0,016	60	0,75	45

 http://*****/Demo%20Metall/3_14.htm