Температура плавления баббита в подшипниках скольжения турбин

Баббит — это сплав трех металлов, который используется для изготовления подшипников. Обычно при его изготовлении используют свинец, сурьму, медь и олово, в разных пропорциях. Так как при изготовлении используются как твердые, так и мягкие металлы, он довольно износостоек и обладает антифрикционными свойствами.

Виды баббита

В зависимости от основы, используемой при изготовлении, различают три его вида:

Свинцовый

В этом виде в качестве мягких металлов используется свинец и сурьма в процентном соотношении 87% к 13% соответственно. Это соединение двух металлов называется эвтектика, оно же является его мягкой основой. Твердыми частицами при таком виде сплава будут кристаллы сурьмы, составляющие 5% от всего объема.

Свинцовый баббит используют для ненагруженных подшипников, так как соединение сурьмы и свинца уступает по эластичности другим аналогам.

Оловянный

Этот вид является самым износостойким, так как содержит в своей основе олово, которое известно своей пластичностью, высоким коэффициентом трения и износа.

По статистике оловянный баббит в два раза выносливее, чем, например, свинцовый, поэтому именно его выбирают для изготовления подшипников, которые будут выполнять ответственную функцию или иметь интенсивную нагрузку.

В оловянном сплаве обязательно должны присутствовать медь с сурьмой или никель с кадмием, которые придадут сплаву твердую опору.

Кальциевый

В этом виде, в качестве основы, также используется свинец, а остальной объем составляет небольшое количество кальция с натрием, именно за эти вещества он и получил свое название.

Благодаря, этим двум компонентам кальциевый сплав намного дешевле, чем остальные два вида. Также благодаря кальцию, этому виду свойственна маленькая теплопроводность и высокая плотность.

Большим недостатком кальциевого баббита является то, что он быстро окисляется и соответственно обладает низкой износостойкостью, это значительно снижает работоспособность будущего подшипника.

Обычно такой сплав используется во вкладышах рам грузовых или пассажирских вагонов, где подшипники часто проверяются и меняются.

Производство баббитов разных марок

При производстве баббита используются слитки из вторичных, то есть переплавленных из металлического лома и первичных, то есть добытых из первородной руды металлов.

Каждая чушка (слиток) имеет определенную массу. При изготовлении крайне важен химический состав, на поверхности чушки не должно быть никаких видов загрязнений, так как это может повлиять на дальнейшее качество подшипника.

Как было указанно выше, различаются составы, как состоящие только из свинца, так из соединения свинца, кальция, олова с сурьмой. А также сплавы, в основе которых лежит олово в соединении с медью и сурьмой.

Также, помимо основных компонентов, в состав добавляют теллур, мышьяк, натрий, кадмий. Каждый из компонентов влияет на выбор области использования и его свойства.

По этому принципу различают определенные марки баббитов, все они должны соответствовать ГОСТам. Кальциевые производятся по ГОСТ 1209-90, свинцовые по ГОСТ 1320-74. В зависимости от добавленных химических компонентов различают следующие марки баббитов: для оловянных Б83С, Б83, Б88, для свинцовых БС6, БН, Б16.

Плавление

Баббит плавится при определенной температуре, которая полностью зависит от выбранных химических компонентов и его марки. Состав предопределяет его конечное использование, а также влияет на его свойства, цену, а также где он сможет проявить себя достаточно эффективно.

Например, марка Б16 плавится при температуре от 240 до 340 градусов Цельсия. А вот самая популярная марка Б83 плавится также при низкой температуре около 240 градусов, но во время заливки в форму подшипника рекомендуется придерживаться температуры от 440 до 640 градусов.

Исходя из тех или иных компонентов, в составе баббита, определяется его температура плавления.

Как происходит заливка подшипников баббитом

Процедура заливки сплава в формы подшипников, состоит из нескольких этапов.

Сначала материалы подготавливают к заливке, если это старый баббит, то его плавят, обезжиривают, затем очищают вкладыш подшипника для его лужения (заливка во вкладыш тонкого слоя сплава). Как уже было сказано, поверхность не должна иметь никаких загрязнений, поэтому тот этап подготовки очень важен для изготовителя.

После подготовки, производят лужение, сплав нагревают до нужной для той или иной марки температуры и осуществляют заливку во вкладыши.

Заключительным этапом является очистка и подгонка подшипников.

Продажа баббита

Сейчас существует огромное количество точек продажи баббитов не только в обычных магазинах, но и в интернете. Но так как от качества сплава напрямую зависит качество будущего подшипника, то выбирать стоит только проверенных поставщиков, с многочисленными отзывами или покупать по рекомендации.

Не стоит выбирать сплав по низкой цене, так как за выдаваемой акцией или скидкой может скрываться низкое качество.

Заключение

Самой важной функцией баббита является его износостойкость, легкоплавкость и плотность, все это влияет на перегрев подшипников во время работы.

Также важно при покупке слитков обратить внимание на чистоту его поверхности, желательно чтобы на слитке стояла марка баббита.

Все эти уникальные свойства баббита позволяют ему до сих пор актуально существовать и применяться в механике.

Как заливают подшипники баббитом с помощью оборудования КО-2, узнаем в следующем видео

В 1841 году мир узнал об антифрикционном сплаве со странным названием баббит. Его создал ювелир Исаак Бэббит, в свободное время увлекавшийся поиском новых видов материалов. Это открытие стало поворотным не только для изобретателя, но и для производства подшипников. Подшипники, сделанные из баббита, отличались повышенными окружными скоростями, что давало возможность значительно увеличить передаваемым валом нагрузку.

Так что же это за сплав? Почему актуальность его применения не изменилась спустя столько лет после открытия.

Состав и свойства

Баббит – подшипниковый сплав, основным компонентом которого являются свинец или олово. Относится к группе антифрикционных материалов. Механические свойства и химический состав регулируются государственным стандартом ГОСТ 1320-74.

Помимо основных элементов баббит включает в себя такие металлы как:

  • Кадмий. Оказывает положительное воздействие на коррозионностойкие свойства сплава.
  • Медь. Увеличивает вязкость антифрикционного сплава, что, соответственно, повышает прирабатываемость.
  • Никель. Повышает механические свойства, в частности, прочность на растяжение, твердость и износостойкость.
  • Сурьма. Способствует уменьшения схватывания со сталью.
  • Теллур. Положительно влияет на пластичность сплава.
  • Кальций, натрий и алюминий – группа элементов, вводимых в баббит, как заменители дефицитного олова.
  • Мышьяк. Увеличивает значение прочности и твердости сплава.

Виды баббитов и их свойства

Среди особенностей баббитов выделяют низкую температуру плавления (до 450 ºС), отсутствие схватывания со стальными поверхностями и высокая прирабатываемость.

В зависимости от химического состава баббиты делятся на 3 группы: свинцовистые, оловянные и свинцовокальциевые.

Оловянные

В промышленности имеется около 35 марок оловянных, но наибольшее распространение получил баббит Б83. В основе его состава лежит олово с добавлением 12% сурьмы и 6,5% меди. Меньше 1% приходится на вредные примеси, такие как фосфор, сера, кислород, цинк, железо и алюминий. Причина их попадания в баббит является несовершенство технологии выплавки и неточность химического состава лигатур.

Плотность оловянного баббита составляет 7380 кгм3. Отличается низким значением твердости 28-30 единиц по шкале Бринелля. При этом по сравнению с другими антифрикционными сплавами баббит Б83 имеет самый высокий показатель пластичности. Относительное удлинение на растяжение равно 36-40%.

Предел прочности на разрыв колеблется в пределах 9-10 кг/см2, что почти в 4,5 раза меньше, чем аналогичный показатель конструкционных сталей. Напряжение, при котором баббит начинает «течь» (деформироваться без увеличения нагрузки) является 7 кг/см2.

Баббит Б83 начинает плавиться при температуре 240 ºС. Полный переход в жидкую фазу происходит при 350 ºС. Температура, при которой рекомендуется производить заливку сплава в форму, составляет 450 ºС.

Содержание олово в составе баббита Б83 делает его невосприимчивый к слабым кислотам и щелочам. Баббит не окисляется на воздухе и устойчив к воздействию водной среды.

Б83 применяется исключительно для заливки подшипников машин значительной мощности, где требуется высокое значение вязкости и наименьшие коэффициенты трения. Такие подшипники позволяют достигать высоких показателей окружной скорости до 50 мс. Оптимальная температура эксплуатации 75 ºС. Коэффициент трения со смазкой между баббитом и сталью – 0,005 единиц. Все это позволяет подшипнику выдерживать нагрузку свыше 100 кг/см2.

Данные типы подшипников идут на паровые турбины, турбокомпрессоры, дизеля, электродвигатели и прочие изделия машиностроения.

Свинцовистые

Самой востребованной маркой свинцовистых — является Б16. Его химический состав состоит на 15%-ов из олова, на 15%-ов из сурьмы, на 2% из меди. Оставшуюся часть занимает свинец.

Свинцовистые баббиты отличаются более низкими антифрикционными характеристиками, более хрупки и износостойки. Увеличение содержание в Б16 сурьмы и олова увеличивают прочностные свойства, но отрицательно влияют на его пластичность. Медь в данной марке устраняет химическую неоднородность, повышает вязкость и немного увеличивает твердость.

Повышенное содержание свинца баббитом Б16 делает его более плотным. Плотность составляет 9290 кг/м3. Твердость порядка 30 единиц по шкале Бринелля. Предел прочности на растяжение равен 8 кг/см2. Процессы деформации начинаются уже при нагрузке в 6 кг/см2.

Баббит Б16 плавится при температуре 410 ºС. Полное расплавление всех твердых компонентов сплава происходит при 480 ºС.

Б16 хрупок. По этой причине его применение ограничивается воздействием ударных нагрузок. Подшипники на его основе используются при спокойной работе и при окружных скоростях до 120 м/с. Температура окружающей среды при этом не должна превышать 70 ºС. Коэффициент трения Б16 составляет 0,006 единиц.

Подшипники из Б16 используют при изготовлении турбин паровых установок, прокатных станов, компрессоров, электродвигателей, гидротурбин и лесопильных рам.

Свинцовокальциевые

Наибольшее использование для изготовления подшипников получил баббит БКА. В его состав помимо свинца входят такие элементы как кальций (до 1,2%), натрий (до 0,9%) и алюминий (до 0,2%). Антифрикционные свойства обеспечивает наличие в структуре сплава соединения кальцита свинца. Роль их аналогична олову в Б83. Натрий увеличивает механические характеристики БКА, в частности твердость. Содержание баббитом алюминия положительно воздействует, как и на прочность так и на коэффициент трения.

Механические свойства БКА повышают проведением термической обработки: естественного старения. Данный процесс ускоряют дополнительным нагревом до 60 ºС.

Баббит не сцепляется со сталью и удерживается на ее поверхности с помощью механического крепления. Температура работы подшипников на основе свинцовокальциевых баббитов составляет 60 ºС. При повышении температуры эксплуатации сильно снижается твердость баббита, которая может привести к разрушению подшипниковых колец.

Данные подшипники отличаются низкой ценой из-за замены дорогостоящего олова более дешевыми металлами. Но недостаток их кроется в прочности и низких коррозионностойких свойствах, которые приводят к окислению баббита на воздухе, и, как следствие, резкому снижению износостойкости. По этой причине основное применение подшипников из баббита БКА – железнодорожное производство, не имеющее значительных требований как по нагрузке, так и по окружным скоростям.

Производство

Для выплавки баббитов применяется как руда, так и металлолом. На долю вторичного производства в нашей стране приходится около 75%. Сплавы транспортируются в виде чушек, вес которых строго регламентирован государственными стандартами и не превышает 22 кг.

Плавка чушек осуществляется в специальных электропечах камерного типа. Процесс этот относительно дешевый. Связано это в первую очередь с низкой температурой плавления сплавов. Обычно в условиях среднесерийного производства достаточно 26 кВт мощности печи.

При плавке основная сложность заключается в получение химического состава заявленного в государственном стандарте. Любое отклонение от нормы может привести к значительному изменению эксплуатационных характеристик, что в будущем скажется на долговечности подшипника.

По этой причине чушки предварительно очищаются от загрязнений специальными моющими средствами. Далее следует обезжиривание поверхности. И только уже после выполнения всех этих действий баббит помещается в печь.

Ценообразование

Цена баббита складывается из стоимости металлических компонентов, входящих в его состав. В первую очередь, здесь речь идет об олове. Дефицит данного металла в производстве растет, и, соответственно цены на него тоже.

Базой формирования стоимости на металлы для промышленников служат мировые биржи. В последнее время большинство производителей ориентируются на значение котировок Лондонской биржи черных и цветных металлов.

Так же на стоимость влияет объем поставки лома. В случаях крупных партий (свыше 100 кг) пункты приема металлолома делают наценку от 5 до 10%.

Если брать средний значение стоимости баббита по России, то она колеблется в пределах 500-600 рублей за килограмм.

Бабби́т — антифрикционный сплав на основе олова или свинца, предназначенный для использования в виде слоя, залитого или напыленного по корпусу вкладыша подшипника скольжения.

Наиболее распространённые варианты химического состава сплава:

  • 90 % олова, 10 % меди;
  • 89 % олова, 7 % сурьмы, 4 % меди;
  • 80 % свинца, 15 % сурьмы, 5 % олова.

Первый подшипниковый сплав [1] разработан американцем Исааком Бэббитом [2] в 1839 году.

Баббит, основу которого составляет олово (марки Б88, Б83, Б83С, SAE11, SAE12, ASTM2), используют, когда от антифрикционного материала требуются повышенная вязкость и минимальный коэффициент трения. Оловянный баббит по сравнению со свинцовым обладает более высокой коррозионной стойкостью, износостойкостью и теплопроводностью.

Баббиты на основе свинца (марки Б16, БН, БСб, БКА, БК2, БК2Ш, SAE13, SAE14, ASTM7, SAE15, ASTM15) обладают более высокой рабочей температурой, чем на основе олова. Применяется для подшипников дизельных двигателей, прокатных станов.

Свинцовокальциевый баббит используют в подшипниках подвижного состава железнодорожного транспорта.

Все баббиты имеют существенный недостаток — низкое сопротивление усталости, что ухудшает работоспособность подшипника. Из-за небольшой прочности баббиты могут успешно эксплуатироваться только в подшипниках, имеющих прочный стальной (чугунный) или бронзовый корпус. Обычно тонкостенные подшипниковые вкладыши автомобильных двигателей изготовляют штамповкой из биметаллической ленты, полученной на линии непрерывной заливки. Продолжительность работы подшипников зависит от толщины баббитового слоя, залитого на стальной вкладыш. Уменьшение толщины слоя увеличивает срок службы подшипника.

Содержание

Автор изобретения [ править | править код ]

Назван в честь американского изобретателя Исаака Баббита (Isaac Babbitt; 1799–1862).

Родился в Таунтоне, штат Массачусетс, США. Работая ювелиром, стал заниматься производством сплавов. В 1824 году открыл в родном городе первую в США фабрику по изготовлению дешевого сплава – заменителя серебра, состоящего из меди, олова и сурьмы. В 1834 году продал свою часть предприятия (существующего до сих пор) и переехал в Бостон, где нанялся на работу в Южно-Бостонскую железоделательную компанию (литейное производство Алджера). Работая там, отлил первую в США латунную пушку. В 1839 году изобрел хорошо известный сейчас антифрикционный сплав баббит. За это изобретение был удостоен в 1841 году золотой медали ассоциации механиков Массачусетса. Конгресс США выкупил у Баббита патент на созданный им сплав за 20 000 долларов. Баббит продолжал разрабатывать различные сплавы, а также занимался производством мыла.

В России баббит стал использоваться в промышленном производстве с 1847 года.

Марки баббита [ править | править код ]

Баббит (Б-83) — сплав, состоящий из следующих элементов: Sn (83 %); Sb (11 %); Cu (6 %) — для подшипников, работающих при средних нагрузках. Допустимое рабочее давление [Pm]: 10—15 МПа.

Баббит (Б-16) — сплав, состоящий из следующих элементов: Sn (15—17 %); Sb (15—17 %); Cu (1,5—2,0 %); Pb (остальное) — для моторно-осевых подшипников электровозов, путевых машин, деталей паровозов и другого оборудования тяжелого машиностроения. Допустимое рабочее давление [Pm]: 10 МПа.

Баббит (СОС6) — сплав, состоящий из следующих элементов: Zn (5,5—6,5 %); Sb (5,5—6,5 %); Pb (остальное) — подшипники, работающие при высоких нагрузках (более 20 МПа) и температуре более 300 градусов, подшипники автомобильных дизельных двигателей.

Допускаемые режимы работы:
[Pm] = 5—12 МПа.
[V] = 10 м/с.
[Тм] = 80° по Цельсию.
Твёрдость, HB, МПа: 2700—3000.

Дополнено из «Триботехническое материаловедение» Терентьев В. Ф. КГТУ (в скором будущем СибФУ), Красноярск, 2000 г.

Оцените статью
ТехПорт