4.2.3. Сплави міді з нікелем та іншими металами
Сплави міді з нікелем та іншими металами однофазні, зі структурою твердих розчинів, поставляються вони як напівфабрикатів – листів, смуг, дроту.
Мельхіор- МН19 (19 - 20% нікелю) інейзильбер- МНЦ15-20 (15% нікелю, 20% цинку) мають високу корозійну стійкість у багатьох агресивних середовищах. Застосовуються в приладобудуванні, для побутових виробів, посуду та прикрас. Для виробів високої міцності та корозійної стійкості (крім азотної кислоти) використовується сплавмонель,що містить крім міді та нікелю залізо та марганець – МНЖМц68-2,5-1,5 (68 % нікелю; 2,5 % заліза ; 1,5% марганцю).
Сплави міді з нікелем та марганцем застосовуються як реостатні. У вимірювальних схемах і для прецизійних опорів з робочою температурою до 200 ° С використовується манганін - МНМц3-12 (3% нікелю, 12% марганцю). Сплавиконстантан- МНМц40-1,5 (40% нікелю; 1,5% марганцю) - ікопель- МНМц45-0,5 (45% нікелю; 0,5% марганцю ) – мають максимальний електроопір і термоЕРС. Вони використовуються в основному для термопар із робочою температурою до 500°С.
5. Антифрикційні (підшипникові) сплави
Опорами валу, що обертається, є підшипники. Незважаючи на широке застосування підшипників кочення (кулькових, роликових, голчастих), підшипники тертя ковзання часто використовуються у вузлах тертя. Підшипник може бути цільний (втулковий) або з двох половин - вкладишів.
Сплави, з яких виготовляють вкладиші (або лише їхню робочу частину), називаються підшипниковими. Антифрикційними називають сплави, що забезпечують мінімальний коефіцієнт тертя між поверхнею вкладиша підшипника та шийкою сталевого валу.
Основні вимоги до підшипникових сплавів:
низький коефіцієнт тертя прироботі у парі з валом;
гетерогенна (неоднорідна) структура, «м'яка» основа та «тверді» включення;
хороша прироблюваність до шийки валу;
низька вартість (вкладиш замінити легше, ніж виготовити вал);
висока теплопровідність для відведення теплоти із зони контакту поверхонь, що труться.
Підшипникові (антифрикційні) метали можна розділити на групи: чорні, жовті, білі, композиційні.
Чорні– антифрикційні чавуни, які у свою чергу діляться на сірі (АЧС-1; АЧС-2), ковкі (АЧК-1; АЧК-2) та високоміцні (АЧВ-1; АЧВ-2). Вони мають низьку вартість, витримують великі питомі тиски, зносостійкі. Їхній основний недолік - високий коефіцієнт тертя. Рекомендуються для виготовлення підшипників із малими швидкостями обертання валу.
Жовті– підшипникові сплави – бронзи. Вони застосовуються у відповідальних підшипниках, що працюють з більшими питомими тисками, з ударними навантаженнями, при великих швидкостях. Їхній основний недолік - висока вартість. Як підшипникова в основному використовується свинцева бронза, що містить 30% свинцю (БрС30).
Білі– антифрикційні сплави на основі олова та свинцю, називаютьсябабіти. Застосування м'яких легкоплавких підшипникових сплавів забезпечує кращу безпеку шийки валу. Вони мають мінімальний коефіцієнт тертя зі сталлю і добре утримують мастило. Бабіти, через низьку міцність, наносять заливкою на робочу поверхню сталевого або бронзового вкладиша.
Олов'яний бабіт Б83 – метал системи «олово – сурма – мідь» (табл. 5). З метою зміцнення надто м'якого (НВ5) та пластичного ( = 40 %) олова в сплав додають сурму (11%), і структура його стає гетерогенною.
Одна фаза – «м'яка» основа бабіта –твердий розчин сурми (і частково міді) – в олові має більшу твердість і міцність при збереженні високої пластичності. Інша фаза – хімічна сполука олова та сурми – SnSb. Великі кристали цієї сполуки – «тверді» включення – мають високу твердість. Таким чином, сурма зміцнює «м'яку» основу бабіта та сприяє утворенню «твердих» включень.
Характеристика підшипникових сплавів
Pb - 97; Ca - 1,15; Na - 0,9; Al - 0,2;
Сплави «олово – сурма» схильні до неоднорідності (ліквації за питомою вагою). Для попередження її вводиться мідь, яка практично не розчиняючись в олові, утворює кристали Cu3Sn (Cu6Sn5). Ці кристали голчастої форми, зароджуючись першими при кристалізації, створюють хіба що «скелет» металу і перешкоджають його розшарування. Крім того, у структурі бабіта вони виконують роль "твердих" включень. Бабіт Б83 має найкраще поєднання антифрикційних та механічних властивостей, високої корозійної стійкості. Через дефіцитність олова він використовується тільки в особливо відповідальних швидкісних вузлах тертя для вкладишів важконавантажених підшипників (потужні парові турбіни, турбокомпресори тощо).
Для підшипників ширшого застосування (у прокатних станах, автотракторних двигунах – машинах середньої навантаженості) основним компонентом у бабіті є свинець.
Свинцево-олов'яно-сурм'яний бабіт Б16 – сплав системи «свинець – олово – сурма – мідь» (див. табл. 5). Олово частково розчиняється у свинці. Свинець (точніше, твердий розчин) та сурма утворюють евтектику (НВ18). Олово з сурмою, як і Б83, утворюють кристали SnSb, а мідь з сурмою – хімічна сполука Cu2Sb. Це з'єднання грає ту ж роль, що і Cu3Sn в олов'яному бабіті, тобто попереджає ліквацію попитомої ваги.
«М'яку» основу структури сплаву становить евтектика: кристали свинцю (точніше, твердого розчину) та кристали твердого розчину олова та свинцю в сурмі. Великі кристали SnSb та кристали Cu2Sb – «тверді» включення. Бабіт Б16 відрізняється зниженою пластичністю, оскільки "м'яка" основа структури - евтектика.
На залізничному транспорті сплав Б16 використовується для заливання моторно-осьових підшипників вкладишів тягових двигунів локомотивів.
Найбільш дешевий – свинцевий бабіт, який часто називають другим компонентом кальцієвим, БКА – сплав системи «свинець – кальцій – натрій – алюміній – цинк» (див. табл. 5). Кальцій практично не розчиняється у свинці та утворює з ним хімічну сполуку Pb3Са. Натрій (до 0,4 %), весь алюміній та цинк, розчиняючись у надто м'якому (НВ4) та пластичному ( = 45 %) свинці, підвищують його твердість та міцність, тим самим покращують механічні та антифрикційні властивості сплаву. Нерозчинна частина натрію утворює зі свинцем хімічну сполуку Pb3Na. Структура кальцієвого бабіту: «м'яка» основа – твердий розчин натрію, алюмінію та цинку у свинці, «тверді» включення – Pb3Са, Pb3Na.
Свинцеві бабіти дешевші, тому що не містять дефіцитних елементів. Сплав БКА швидше припрацьовується до шийки осі і не вимагає ретельного підгонки «за місцем», має вищі, ніж олов'яний, твердість та міцність. Використовується у важконавантажених вузлах тертя (вагоно-, судно-, дизелебудування тощо).
До білих антифрикційних сплавів також відносяться сплави "ЦАМ" системи "цинк - алюміній - мідь" (див. табл. 5). "М'яка" основа структури цих сплавів - евтектика [Zn + Al + CuZn3], а "тверді" включення - кристали хімічної сполуки CuZn3. Сплави ЦАМ10-5 і ЦАМ5-10 поступаються бабітамна олов'яній основі за пластичністю, коефіцієнтами тертя та лінійного розширення. Ці сплави приблизно рівноцінні свинцевим бабітам, але втричі перевершують їх за міцністю.
Металокерамічні композиційні підшипникові сплавиотримують пресуванням та спіканням порошків, наприклад порошку бронзи або заліза з графітом (1 – 4 %). Пористість металу після спікання становить 15 – 30 %. Сплави просочують мастильними матеріалами, що сприяє зниженню коефіцієнта тертя та зносу підшипникового вузла.
Гуляєв А. П. Металознавство / А. П. Гуляєв. М: Металургія, 1977.
БерлінВ. І. Транспортне матеріалознавство / В. І. Берлін, Б. В. Захаров, П. А. Мельниченко. М: Транспорт, 1982.
Матеріалознавство/За ред. Б. Н. Арзамасова. М: Машинобудування, 1986.
ЛахтінЮ. М. Матеріалознавство / Ю. М. Лахтін. М: Машинобудування, 1984.
Травін. В. Матеріалознавство / О. В. Травін, Н. Т. Травіна. М: Металургія, 1989.
МозбергР. К. Матеріалознавство / Р. К. Мозберг. М: Вища школа, 1991.
ЛахтінЮ. М. Матеріалознавство / Ю. М. Лахтін, В. Л. Леонтьєва. М: Машинобудування, 1990.
Конструкційні матеріали: Довідник/За ред. Б. Н. Арзамасова. М: Машинобудування, 1990.
Матеріалознавство та технологія металів: Підручник для вузів / Г. П. Фе-тісов, М. Г. Каріман, В. М. Матюнін та ін. М.: Вища школа, 2002.
Матеріалознавство та технологія конструкційних матеріалів для залізничної техніки / За ред. Н. Н. Вороніна. М: Маршрут, 2004.