EA016324B1

EA016324B1 - Баббитовый сплав

Info

Publication number: EA016324B1
Application number: EA200900113A
Authority: EA
Inventors: Александр Викторович Алифанов; Анатолий Александрович Лях; Владимир Никифорович Алехнович; Александр Матвеевич Гагасов; Игорь Анатольевич Шкурский
Original assignee: Государственное Научное Учреждение "Физико-Технический Институт Национальной Академии Наук Беларуси"
Priority date: 2008-07-22
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2012-04-30
Also published as: EA200900113A1

Abstract

Изобретение относится к области металлургии, а именно, материалам, работающим в подшипниках скольжения ответственного назначения в условиях больших и ударных нагрузок при больших скоростях скольжения. Задачей является повышение износостойкости и увеличение срока службы подшипников скольжения. Задача решается путем применения предлагаемого баббитного сплава, для изготовления и ремонта вкладышей подшипников скольжения, содержащего медь, кремний, сурьму, железо, алюминий и олово при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Description

Изобретение относится к области металлургии, а именно к материалам, работающим в подшипниках скольжения ответственного назначения в условиях больших и ударных нагрузок при больших скоростях скольжения.

Материал, предназначенный для такого рода изделий, должен обладать высокой износостойкостью, малым коэффициентом трения между валом и подшипником, иметь достаточную пластичность для лучшей прирабатываемости к поверхности вала; твердость, достаточную для вкладыша как опоры вала, но не вызывающую сильного износа самого вала; обладать способностью удерживать смазочные материалы. Для этого он должен состоять из мягкой основы с равномерно распределенными в ней твердыми включениями.

Известны подшипниковые сплавы, называемые баббитами, например Б16, используемый для изготовления подшипников скольжения он имеет следующий состав, мас. %:

сурьма	15,0-17,0
медь	1,5-2,0
олово	15,0-17,0
свинец	остальное [1,2,3].

Недостатком этого сплава является большое содержание свинца, высокая хрупкость и пониженная износостойкость.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому сплаву является баббит Б-83 ГОСТ 1320-74 следующего состава, мас. %:

сурьма	10-12
медь	5,5-6,5
свинец	0,3 - 0,35
олово	82,0 - 84,0

К числу недостатков данного сплава можно отнести высокое содержание дорогостоящего олова, наличие свинца и недостаточную износостойкость.

Задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационных свойств баббита, прежде всего, износостойкости и срока службы подшипника скольжения при сохранении остальных высоких характеристик.

Поставленная задача решается таким образом, что в баббитовый сплав, содержащий олово, сурьму и медь, дополнительно вводят алюминий, кремний и железо при следующем соотношении компонентов, мас. %:

медь	2,5-4,5
кремний	2,0-3,3
сурьма	5,0 - 7,0
железо	0,2 - 0,5
алюминий	7,0 - 8,0
олово	79,0-81,0

Приведенные соотношения компонентов обеспечивают совокупность высоких механических, литейных и эксплуатационных свойств предлагаемого сплава.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается от известного наличием новых компонентов, а именно, алюминия, кремния и железа, уменьшением содержания олова, а также отсутствием свинца, что свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения критерию новизна.

В качестве примера осуществлена выплавка сплавов, химический состав которых приведен в табл.1. Таблица 1. Химический состав сплавов

№	Вид сплава	Содержание компонентов	Химический состав, %
8п	8Ь	Си	РЪ	81	А1	Ре
1	Известный Б-83	средний	83,0	11,0	5,7	0,3	-	-	-
2	Предлагаемый	нижний	79,0	7,0	2,5	0,0	3,3	8,0	0,2
3	Предлагаемый	верхний	81,0	5,0	4,5	0,0	2,0	7,0	0,5

Выплавку сплавов производили в электропечи по известной технологии. В качестве шихтовых материалов использовали: олово ГОСТ 860-75, сурьма ГОСТ 1089-82, медь ГОСТ 859-2001, кремний ГОСТ 2169-69, железо ГОСТ 11036-75, алюминий гОСт 11069-2001.

- 1 016324

Алюминий способствует повышению коррозионной стойкости и износостойкости сплава за счёт образования на поверхности детали защитного слоя, содержащего оксид Л1₂0з или другие, более сложные оксиды, содержащие алюминий. Содержание кремния в выбранных пределах 2,0-3,3% обеспечивает необходимую твердость и износостойкость сплава и несколько повышает его жаростойкость. Железо необходимо для стабилизации сплава.

________Образец_______ баббит Б-83 ГОСТ1320-74 (средний процентный состав компонентов) Предлагаемый сплав (нижний предел содержания компонентов)_______

Предлагаемый сплав (верхний предел содержания компонентов)

Были проведены исследования прочностных свойств исследуемых материалов. По методикам, описанным в [4], определяли твердость по Бринеллю (НВ) образцов, а также определяли предел прочности при сжатии. Результаты исследований представлены в табл. 2.

Таблица 2. Прочностные свойства баббитных материалов

Предел прочности, МПа __________110___________ __________110___________

110___________ __________89___________ __________95___________

93___________ __________106___________ ___________105___________

103

Твердость, НВ

30.1

30,0

29.9

24.4

25.9

25.5

28,8

28.5

28.2

Из таблицы видно, что твердость по Бринеллю и, соответственно, предел прочности при сжатии, у образцов из предлагаемого сплава значительно меньше, чем у образцов из баббита Б-83 ГОСТ 1320-74, что позволяет уменьшить износ вала в подшипниках скольжения.

Износостойкость сплавов оценивали по результатам изнашивания образцов при испытании на машине трения МИ-1М, предназначенной для испытаний материалов на трение и износ, с кинематической схемой периферийного трения скольжения с охватом вращающегося вала.

Испытания проводились при наличии смазки (масло турбинное ТП 22С ТУ 38.101821-2001). Образец испытывался при нагрузке 19,6 МПа и работал в паре с контртелом (сталь 40Х). При трении скольжения контртело в виде диска вращается, а образец в виде колодочки неподвижен. Общее время испытаний для каждого образца составляло не менее 25 ч. Износ образцов определяли через каждые два часа испытаний при приработке и каждые пять часов в установившемся режиме, и оценивали по убыли массы взвешиванием с точностью 10^-4 г. Результаты сравнительных испытаний известного и заявляемого сплавов приведены в табл. 3.

Таблица 3. Результаты сравнительных испытаний известного и заявляемого сплавов

№	Образец	Нагрузка, Р, МПа	Время, ΐ,4	Износ, т, г	Скорость скольжения, V, м/с	Интенсивность изнашивания, мкг/км	Скорость изнашивания, V, мг/ч	Коэффициент трения к
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Баббит Б-83 ГОСТ1320-74	19,6	2	0,0017	1,68	142	0,85	0,032-0,009
19,6	2	0,0003	1,68	16,7	0,1	0,009-0,008
19,6	5	0,0004	1,68	13	0,08	0,008
19,6	5	0,0003	1,68	10	0,06	0,008
19,6	5	0,0004	1,68	13	0,08	0,008
19,6	5	0,0003	1,68	10	0,06	0,008
19,6	5	0,0003	1,68	10	0,06	0,008
2	Предлагаемый сплав (нижний предел содержания компонентов)	19,6	2	0,0043	1,68	358	2,15	0,051-0,010
19,6	2	0,0000	1,68	0	0	0,010-0,009
19,6	5	0,0000	1,68	0	0	0,009-0,008
19,6	5	0,0000	1,68	0	0	0,008
19,6	10	0,0000	1,68	0	0	0,008
19,6	10	0,0000	1,68	0	0	0,008
19,6	15	0,0000	1,68	0	0	0,008
3	Предлагаемый сплав (верхний предел содержания компо-	19,6	2	0,0040	1,68	333	2,0	0,050-0,010
19,6	2	0,0000	1,68	0	0	0,010-0,009
19,6	5	0,0000	1,68	0	0	0,009-0,008

- 2 016324

Из таблицы видно, что в установившемся режиме в образцах из заявляемого сплава износ не обнаружен даже за период времени в десять раз больший, чем период, за который был выявлен износ у образца из баббита Б-83, что позволяет утверждать, что износ образцов из заявляемого сплава как минимум на порядок меньше, чем у образца из баббита Б-83.

Результаты, приведённые в таблицах 2 и 3, свидетельствуют о том, что у предлагаемого сплава имеется оптимальное сочетание механических и эксплуатационных свойств. Таким образом, предлагаемый сплав по сравнению с прототипом обладает более высокими свойствами и отвечает поставленной при разработке задаче. Кроме того, отсутствие свинца улучшает его экологические характеристики.

Предлагаемый сплав найдет широкое применение на предприятиях, занимающихся транспортировкой газа, например, на РНУ Белгазэнергоремонт ОАО Белтрансгаз при ремонте подшипников скольжения газоперекачивающего агрегата ГПА СТД-4000, а также на других предприятиях, использующих подшипники, работающие в тяжелых условиях.

Использованная литература [1.] Е.И. Марукович, М.И. Карпенко. Износостойкие сплавы. Москва., Машиностроение, 2005 г. с.52.

[2.] Д.Ф. Гелин. Металлические материалы. Справочник. Минск., Вышэйшая школа, 1987, с.353360.

[3.] Д.О. Славин. Е.Б. Штейман. Металлы и сплавы в химическом машиностроении и аппаратостроении. Москва., Машгиз, 1951, с.437-440.

[4.] Елютина О.П. Практические вопросы испытания металлов. - М., Металлургия, 1978. 277 с.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Баббитовый сплав, содержащий олово, сурьму и медь, отличающийся тем, что в него дополнительно вводят алюминий, кремний и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

медь 2,5-4,5 кремний 2,0-3,3 сурьма 5,0-7,0 железо 0,2-0,5 алюминий 7,0-8,0 олово 79,0-81,0

Евразийская патентная организация, ЕАПВ

Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2