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軸承知識

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滑動軸承合金材料的特性和應用

來源:財易通

01 軸承合金的性能要求

滑動軸承是汽車、拖拉機、機床等機械制造工業中用以支承軸進行工作的零件,是由軸瓦和軸套組成的。制造軸瓦以及內襯的耐磨合金叫做軸承合金。軸在軸瓦中高速旋轉時,必然發生強烈摩擦,同時軸瓦還要承受軸頸傳給它的周期性負荷。因此必然造成軸和軸瓦的磨損。軸通常造價昂貴,經常更換不經濟。選擇滿足一定性能要求的軸承合金可以確保軸的最小磨損。

軸承合金應具備的性能:

① 耐磨并且具有較小的摩擦因數,以減少軸的磨損。

② 有較高的疲勞強度和抗壓強度,以承受巨大的周期性負荷。

③ 有足夠的塑形和韌性,以抵抗沖擊和振動,并改善軸和軸瓦的磨合性能。

④ 有良好的導熱性和耐蝕性,以防軸瓦和軸因強烈摩擦升溫而發生咬合,并能抵抗潤滑油的侵蝕。

在合金組織中,如在軟基體上均勻分布一定大小的硬質點(或在硬基體上分布一定的軟質點),則基本上能滿足上述性能要求。當軸在軸承中運轉時,軟基體(或質點)易于磨損而凹陷,而硬基體(或質點)則凸出起承載和耐磨作用。這樣,軸和軸瓦的接觸面積減少,其間空隙可貯存潤滑油,降低了軸和軸承的摩擦因數,減少了磨損。軟基體或質點可以承受沖擊和振動并使軸和軸瓦很好地磨合。此外,軟基體或質點可嵌藏偶然進入的外來硬質點,以免擦傷軸頸。

常用軸承合金,按其主要化學成分可分為錫基、鉛基、鋁基、銅基和鐵基。其中,錫基和鉛基軸承合金又稱巴氏合金,是應用最廣的軸承合金。

02 錫基軸承合金

錫基軸承合金是以錫為主加入少量銻、銅等元素組成的合金。最常用的錫基軸承合金是ZSnSb11Cu6,合金中約含WSb=11%的Sb、WCu=6%的Cu,剩余的為Sn。Sb和Cu溶解于Sn中的α固溶體是軟基體(圖1中黑色部分),而Sn和Sb、Cu形成的化合物Cu3Sn(圖1中白色針狀或星狀)及SnSb(白色方塊或多邊狀)是硬質點。當WCu=6%時,形成高熔點化合物Cu3Sn,可以阻止以SnSb為基的固溶體在溶液中上浮,防止比重偏析,同時也能提高合金的耐磨性。

圖1 ZSnSb11Cu6合金顯微組織

錫基軸承合金摩擦因數小,塑性和導熱性好,是優良的減摩材料,應用于最重要的軸承上,如用來澆注汽輪機、發動機、壓氣機等重型機器的高速軸承,工作溫度不超過150℃。

錫基軸承合金的強度,尤其是疲勞強度較低,生產上常采用雙金屬軸承,即采用離心澆注法,在低碳鋼軸瓦上澆注一薄層錫基軸承合金,提高了軸承的強度和壽命,而且節省了大量錫基軸承合金。

03 鉛基軸承合金

鉛基軸承合金是以鉛為主加入少量銻、錫、銅等元素組成的合金,可作錫基軸承合金的代用品。其中以Pb-Sb系合金應用最廣。

Pb-Sb二元合金相圖(圖2)具有共晶型轉變。共晶成分中WSb為11.2%。圖中Sb含量在17.5%~20%間為合金的室溫組織,由初生β相硬質點和(α+β)共晶軟基體組成。但是由于二元Pb-Sb合金同樣有嚴重偏析,而且β相很脆,易破碎,基體又太軟,易磨損,因此Pb-Sb合金還加入Cu、Sn等其他元素。加Cu可形成Cu3Sn,防止比重偏析,還可形成Cu2Sb硬質點,提高合金耐磨性。加Sn能形成金屬化合物SnSb硬質點,它能大量溶解于鉛中而強化基體,故可提高合金的強度和耐磨性。ZPbSb16Sn16Cu2是工業中最常用的鉛基軸承合金,其WSb=16%、WSn=16%、WCu=2%,屬于過共晶合金。其組織中的(α+β)共晶體是軟基體,白色方塊為化合物SnSb,白色針狀晶體是化合物Cu3Sn。初生的β化合物Cu2Sn、SnSb是合金中的硬質點(見圖3)。

圖2 Pb-Sb合金相圖

圖3 ZPbSb16Sn16Cu2的顯微組織

鉛基軸承合金可以制成雙層或三層金屬結構,其強度、硬度和耐磨性雖低于錫基軸承合金,但由于錫含量減少,成本降低。此外鑄造性能及耐磨性較好,一般用于制造中、低載荷的軸瓦,如汽車、拖拉機曲軸軸承。

04 鋁基軸承合金

鋁基軸承合金是20世紀60年代發展起來的一種新型減摩材料。我國也逐漸用它代替錫基、鉛基和銅基軸承合金,因而大量節約了工業用銅。鋁僚軸承合金資源豐富,價格低廉,疲勞強度高,導熱性能好,其耐蝕性也不亞于錫銻巴氏合金。因此鋁基軸承合金廣泛用于高速度、高載荷下工作的汽車、拖拉機的柴油機軸承。

常用的鋁基軸承合金有Al-Sb軸承合金和Al-Sn軸承合金。

(一) Al-Sb軸承合金

其成分中WSb=3.5%~5%、WMg=0.3

發布時間:2022-09-06
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