Материалы подшипников скольжения

Антифрикционные свойства и стойкость к износу опорных узлов скольжения непосредственно зависят от того, какие подшипниковые материалы использованы при их изготовлении. При этом при выборе имеет значение не только сплав из которого произведен тот или иной подшипниковый элемент, но и материал самого вала, а также смазочный материал. При этом учитывают важный момент – вал должен быть изготовлен из металла, который прочнее чем сплав подшипников скольжения, служащих ему опорой. Это связано с тем, что валы и оси всегда стоят гораздо дороже вкладышей опорной детали и их износ должен быть меньше. При этом есть закономерность – узел работает тем дольше, чем тверже опора вала. Поэтому, чтобы придать валам особые эксплуатационные свойства, их шейки специально закаливают.

Требования к материалам подшипников скольжения

Подбор материала для изготовления опорного узла производят, учитывая ряд основных критериев его работоспособности в паре с валом. Требования к поверхностям трения можно назвать комплексными и в них предусмотрены все основные особенности работы механизма. Самым важным из них считают коэффициент трения при взаимодействии с материалом опорной части вала, от которого зависят многие другие важные параметры. Также большую роль играет такие характеристики как износостойкость и сопротивление усталости. Комплексные требования могут быть соблюдены при таких свойствах материалов:

• Вкладыш должен иметь хорошую теплопроводность, чтобы эффективно отводить тепло от поверхности трения;
• Коэффициент теплового расширения вкладышей должен быть минимальным, чтобы интенсивная работа, сопровождающаяся выделением тепла, не вызывала существенных изменений зазоров;
• Хороший коэффициент смачиваемости маслом;
• Важная особенность материала – способность удерживать на поверхности стойкую и тонкую масляную пленку;
• Сплав должен являться стойким к коррозии;
• Вкладыш, как основной рабочий элемент, должен иметь малый модуль упругости.

Не стоит забывать и о технологических свойствах – материалы должны хорошо поддаваться литью и резке, чтобы как вкладыши, так и корпус изделия не были слишком дорогими в изготовлении. Учитывая перечисленные свойства материалов, можно уверенно утверждать, что самыми подходящими для подшипников скольжения сплавами являются баббиты.

Материалы, используемые при производстве подшипников

Наиболее популярным сплавом для изготовления опор скольжения, является баббит, в основе которого лежат олово и свинец. Баббиты – это отличные антифрикционные материалы, свойства которых соответствуют требованиям, предъявляемым к сплавам, применяемым при производстве узлов скольжения. Пластичная основа, в которой равномерно распределены твердые включения, обеспечивает хорошую «притираемость» вкладышей к твердой поверхности вала. При этом баббиты отлично ведут себя в качестве тонкослойного покрытия вкладышей  и втулок. Один из серьезных недостатков сплавов на основе свинца и олова – низкая сопротивляемость усталости. Из-за этого баббиты не используют в механизмах, где существуют ударные нагрузки и в скоростных поршневых агрегатах.

Баббиты имеют не слишком высокие температуры плавления, поэтому их используют там, где узел нагревается не более чем до 110 градусов Цельсия. Быстроходные подшипники производят из баббитов марки Б83 и Б88, которые также называют высокооловянными. В турбиностроении востребованы особые марки сплава, имеющие марки БН и Б16, отличающиеся более низким содержанием олова, но за счет присутствия других компонентов, имеющие схожие с высокооловянными сортами эксплуатационные свойства.

Если требуется создание максимально тонкого покрытия трущейся поверхности, используется такой тип баббита как СОС6-6. В состав этого сплава входят по 6% олова и сурьмы и 88% свинца, служащего пластичной основой материала. Чтобы обеспечить идеальное сцепление антифрикционного слоя с основным материалом вкладыша, применяют специальный подслой, состоящий из 60% чистой меди и 40% никеля. Подложка выполняется на прочной стальной основе. Такая металлокерамическая основа хорошо пропитывается баббитом, работая с ним как единое целое.

Для ударных нагрузок выпускают специальные безоловянные баббиты БК2, способные выдерживать значительные ударные нагрузки и высокие температуры. Эти подшипниковые материалы широко используются в мощных дизельных двигателях железнодорожных локомотивов и в других агрегатах, где к подшипникам выдвигаются особенно строгие требования по выносливости.

Но кроме баббитов производители подшипников скольжения используют и другие материалы, как металлические, так и полимерные. В зависимости от того, насколько конструкция детали подвержена тем или иным негативным воздействиям, при производстве вкладышей и корпусов опор применяют:

• Различные виды бронзовых сплавов, а также материалы на основе цинка и алюминия;
• Специальные антифрикционные чугуны;
• Металлокерамические материалы;
• Неметаллические составы.

Последняя группа довольно обширна и  постоянно пополняется новыми материалами. Сегодня в нее входят пластмассы, составы на основе резин и каучуков, древесные пластики и т.д.

Отдельно стоит уделить внимание материалам для подшипников скольжения, в основе которых лежат алюминиевые сплавы, не содержащие олова. Ключевой их особенностью является отличная теплопроводность, позволяющая длительное время сохранять смазочный материал в оптимальном по вязкости состоянии. Также сплавы алюминия хорошо сопротивляются усталости, не подвержены коррозии и очень экономичны. Антифрикционные свойства сплавов такого типа также на высоте, но нужно учитывать, что при больших скоростях вращения материал недостаточно эффективно сопротивляется образованию задир на рабочей поверхности.

Типичным представителем материалов этой группы можно считать сплав ACM из которого производят опорные части валов тракторных двигателей. Безоловянные алюминиевые сплавы очень чувствительны к загрязнению масла и имеют более высокий, чем баббиты коэффициент теплового расширения. Эти особенности несколько ограничивают применение подшипников скольжения, созданных на основе содержащих алюминий сплавов.

Наиболее перспективные подшипниковые материалы сегодня – это алюминиево-оловянные сплавы. Они объединяют в себе преимущества алюминиевых и баббитовых составов, поэтому обладают хорошей теплопроводностью, стойкостью к ударным нагрузкам и хорошими антифрикционными характеристиками. Также этот тип материала замечательно сопротивляется усталости и опорные детали из него имеют большой срок службы. Из самых востребованных биметаллических сплавов особого упоминания заслуживает А09-2, состоящий на 9% из олова и на 2% из меди, в основе которого лежит монометаллическая литая подложка. В условиях так называемого «масляного голодания» алюминиево-оловянные вкладыши способны сохранять антифрикционные свойства благодаря образования на цапфах тонкого слоя олова. Сфера применения подшипников скольжения из биметалла очень обширна, но наибольший спрос на них в тяжелом машиностроении и судостроении, где от опор требуется предельная выносливость и долговечность.