HomeЦветные металлы и сплавы › Чистые металлы и главнейшие сплавы

Чистые металлы и главнейшие сплавы

Чистые металлы и главнейшие сплавыЭти металлы отнесены к группе низкоплавких и удельнотяжелых, так как они имеют следующие температуры плавления и удельные веса. Каждый из этих металлов маркируется по степени загрязненности примесями. Они отличаются низкими, механическими свойствами и в практике, за некоторым исключением, не находят применения как конструкционный материал.

 

Из сплавов следует отметить лишь следующие:

1) сплавы для отливок под давлением, чаще всего на цинковой основе, содержащие Sn (до 5-10%) или А1 (4-12%), иногда с другими легирующими добавками. Эти сплавы, не отличающиеся также большой прочностью и твердостью, удобны по своим литейным качествам и позволяют легко получать отливки самой сложной формы на изделия и части машин и приборов, не подвергаемых большим усилиям в работе (швейные, пишущие машины и т. п.);

2) сплавы антифрикционные (подшипниковые).

Антифрикционными называют сплавы, применяемые для изготовления деталей, непосредственно соприкасающихся с трущимися- частями механизмов, и по своей структуре способствующие уменьшению трения в деталях. Чаще всего эти сплавы идут на вкладыши подшипников, поэтому и называются подшипни ко-в ы м и сплавами.

По составу подшипниковые сплавы бывают самые разнообразные. Их можно разделить на две группы:

 

Цветные металлы и сплавы

1) высокоплавкие сплавы, из которых вкладыши подшипников получаются путем выточки на станках (например, антифрикционные бронзы, чугуны);

2) низкоплавкие сплавы, применяемые для заливки вкладышей подшипников; эти сплавы называются баббитами (по имени изобретателя, впервые предложившего подобный тип сплавов).

 

Наиболее применимы баббиты на оловянной и свинцовой основах. Из оловянных наибольшую известность получил сплав марки Б83. 1 В этом сплаве 83% Sn, 11% Sb и 6% Си, и он считается наилучшим из подшипниковых сплавов по своим качествам и структуре.

 

Структура подшипникового сплава (согласно «правилу», установленному Шарли) должна представлять собой твердые включения средних размеров, в определенном количестве, равномерно рассеянные в относительно мягкой и пластичной основе. Полагают, что при этом мягкая основа хорошо «прирабатывается» к трущейся поверхности, не истирая ее, а твердые включения не позволяют ей прилипать к поверхности и вместе с тем создают капиллярные ходы для смазочного материала.

 

На фиг. 228 приведена структура баббита Б83. Здесь темное основное поле представляет твердый раствор сурьмы (и меди) в олове; в нем равномерно рассеяны светлые кубики — соединение 2 SnSb — и наряду с ними светлые звездочки и иголочки (дендриты медного соединения с оловом Cu3Sn)3.

 

Основной твердый раствор, близкий по составу к олову, сходен с Последним и по свойствам, представляя мягкую и вязкую пластичную фазу, однако более прочную и твердую, чем чистое олово. Соединения SnSb и Cu8Sn являются, наоборот, относительно твердыми фазами. Таким образом, в данном сплаве структура вполне согласуется с указанным выше правилом Шарли.

 

Так как при этом необходимо, чтобы твердые включения обязательно равномерно располагались в мягкой массе и имели размеры не очень крупные, но и не слишком мелкие, а это достигается лишь в определенных условиях отливки, то для получения надлежащих качеств сплава для

1 В технике он известен также под названием сплава Шарпи.

2 Точнее, это не само соединение, а его твердый раствор, обозначаемый как фаза

3 Относительно состава этих включений нет определенности; указывают на составы Cu.;,Sn, CuMSn8 и др. Не вполне установлен также и состав SnSb. вкладыша в подшипнике недостаточно иметь только правильный химический состав, но необходимо позаботиться и о соответствующих условиях его заливки и охлаждения.

 

Кроме надлежащей структуры, от баббита требуется, чтобы он удовлетворял следующим условиям:

1) обладал известной легкоплавкостью, потому что наилучший способ его применения — это заливка непосредственно в подшипник; однако плавкость антифрикционного сплава не должна быть и очень низка, чтобы сплав не размягчался и тем более не расплавлялся при обычном незначительном разогревании в шейке во время работы;

 

2) легко переплавлялся и при этом не изменял своего состава от выгорания составляющих;

 

3) при заливке сплав должен легко прилипать (припаиваться) к стенкам подшипника;

 

4) желательно, чтобы сплав имел хорошую теплопроводность и значительное сопротивление сжатию, износу и коррозионным воздействиям.

 

Этим требованиям сплав Б83 удовлетворяет в наибольшей степени. Но недостатком его является дороговизна, обусловленная большим содержанием дефицитного олова. Это ограничивает его применение в практике и приводит к замене Sn более дешевым металлом — Pb.

 

Свинцовые баббиты: Практика, а также ряд исследований показали, что при замене части олова свинцом получаются баббиты, хотя и несколько худшие, но все же вполне применимые для тех или иных случаев практики. В разных странах приняты различные составы подобных оловянно-свинцовых баббитов.

 

У нас имеются, например, свинцово-сурьмянистые баббиты с 16% Sn (Б16), с 6% Sn (Б6) и, наконец, совсем без олова, относящиеся к простой системе Pb-Sb (диаграмма 30, приложение II), где основу составляет богатая свинцом (87%) эвтектика, а выделения — твердые кристаллики сурьмы.1 Присутствие меди и здесь преследует главную цель — уменьшить ликвацию выделением игл соединения CuSb2.

 

Структура такого сплава с 17% Sb отвечает заэвтектическому сплаву с небольшими выделениями-сурьмы, как твердой составляющей, рассеянными на мягкой массе эвтектики.

 

Присутствием этой явно выраженной эвтектики свинцовые баббиты отличаются от оловянных по структуре; в остальном же структура их сходна, так как сурьма в свинцовых сплавах выделяется в таком же виде, как соединение SnSb в оловянных (Б83). Кроме того, и здесь наблюдаются скелетные выделения в виде иголок (палочек); только эти соединения представляют не CusSn, a CuSb2. Присутствие этих медистых соединений, как и в оловянных

 

Точнее, твердого раствора на основе сурьмы, баббитах, кроме повышения твердости сплава, влияет благоприятно на уменьшение ликвации по удельному весу, которая в этих сплавах легко получается при отсутствии меди.

 

Описанный свинцовый баббит наиболее дешев, но и наименее качественен; пригоден для применения лишь при малых нагрузках и скоростях. Прочие свинцовые баббиты с малым количеством олова (Б 16 и др.) лучше, но все же применяются преимущественно в неответственных случаях. Для повышения их качества как антифрикционных сплавов к ним прибавляют As.Cd, Ni, Р и др. Эти баббиты известны под различными названиями («бондрат», «термит» и т. п.).

 

Кроме указанного класса баббитов на свинцовой основе с добавкой Sb в качестве главного компонента, существует еще класс так называемых щелочноземельных баббитов, в которых к свинцу добавляются щелочноземельные элементы — Са, Ва, Sr, обычно в количестве не более 1-2%.

 

Эти элементы образуют со свинцом твердые химические соединения (Pb3Ca, PbsBa и др.), которые и являются твердой составляющей, рассеянной на мягкой основе — почти чистом свинце. Чтобы последний сделать несколько более твердым, к нему добавляют обычно натрий в количестве нескольких десятых процента. Например, марка одного из подобных баббитов, называемого кальциевым (БК), содержит 0,75-1,1% Са и 0,6-0,9% Na.

 

Структура подобного сплава показана на фиг. 230, где белые включения — соединения РЬ3Са, а темная основная масса — свинец, содержащий в себе растворенный натрий.

Существует множество подобных свинцово-щелочноземельных сплавов под различными названиями.

 

Здесь к свинцу добавляется вообще незначительное количество прочих элементов, поэтому эти сплавы недороги. Вместе с тем по качеству в некотором отношении они не уступают свинцово-сурь-мянистым и даже оловянным, например, по твердости и стойкости при нагреве. Поэтому щелочноземельные баббиты находят большое применение в практике (особенно в железнодорожной технике).

 

Главный их недостаток — малая стойкость против коррозии на воздухе, а при расплавлении — сильная окисляемость и выгорание щелочноземельных добавок; вследствие этого при переплавке и заливке ими подшипников рекомендуется несколько повышать содержание выгораемых примесей против нормального.

 

Прочие подшипниковые сплавы. С недавнего времени большое практическое значение в качестве антифрикционных приобрели алюминиевые сплавы разнообразного состава. Наибольшую известность получили сплавы алюминия с медью, никелем и с железом.

 

Эти сплавы, помимо своей легкости и дешевизны, отличаются от прочих подшипниковых сплавов малой склонностью к саморазогреванию в работе. По сравнению с оловянными и свинцовыми баббитами они имеют большую прочность и способность выдерживать более высокие нагрузки в работе, уступая в этом лишь бронзовым сплавам.

 

Недочетами алюминиевых баббитов являются их большая усадка и значительная разница в коэффициенте расширения при нагревании по сравнению со сталью. Вкладыши из этих сплавов иногда можно получать не только заливкой, но и путем штамповки и вырезки из предварительно прокатанной заготовки. В качестве подшипникового сплава применяют и силумины с повышенным содержанием Si (12-20%).

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.