Рубрика: Металлы и сплавы
Медные сплавы — бронзы и латуни — работают там, где сталь по стали трётся плохо: во втулках, вкладышах подшипников скольжения, гайках ходовых винтов, червячных колёсах, направляющих и уплотнениях. Их ценят за низкий коэффициент трения, способность прирабатываться и не задирать вал, за коррозионную стойкость и теплопроводность. Но «бронза» — понятие широкое, и неверно выбранный сплав может как прослужить десятилетиями, так и выйти из строя за несколько смен.
Антифрикционными называют материалы для деталей, работающих в паре трения скольжения. Их задача — обеспечить малые потери на трение, низкий износ самой детали и сопряжённого вала, а также отсутствие задиров и схватывания при кратковременном нарушении смазки.
Требования к антифрикционному сплаву:
Идеальная структура антифрикционного сплава — мягкая пластичная основа с вкраплениями твёрдых частиц. Твёрдые включения воспринимают нагрузку, а между ними в мягкой основе образуются микрорезервуары для смазки. Именно такую структуру имеют оловянные и оловянно-фосфористые бронзы.
Латунь — сплав меди с цинком, иногда с добавками свинца, алюминия, марганца, железа, кремния. Маркируется буквой «Л» и числом, показывающим содержание меди: Л63 содержит около 63 % меди, остальное цинк. В многокомпонентных латунях указывают дополнительные элементы: ЛС59-1 — 59 % меди и около 1 % свинца.
Бронза — сплав меди с любыми элементами, кроме цинка как основного: оловом, алюминием, свинцом, бериллием, кремнием. Маркируется буквами «Бр», затем буквами элементов и цифрами их содержания: БрО10Ф1 — 10 % олова и 1 % фосфора, БрАЖ9-4 — 9 % алюминия и 4 % железа.
Основные обозначения легирующих элементов в медных сплавах:
| Буква | Элемент | Буква | Элемент |
|---|---|---|---|
| О | Олово | Ж | Железо |
| Ц | Цинк | Мц | Марганец |
| С | Свинец | Н | Никель |
| А | Алюминий | Б | Бериллий |
| Ф | Фосфор | К | Кремний |
Медные сплавы делят также на литейные (для отливок втулок, вкладышей, венцов) и деформируемые (пруток, лист, лента, трубы). Литейные бронзы обычно содержат больше легирующих элементов и свинца, а деформируемые — более пластичны.
Оловянные бронзы — классический антифрикционный материал. Олово образует в меди твёрдую дельта-фазу, которая и формирует идеальную для трения гетерогенную структуру.
БрО10Ф1 — одна из лучших антифрикционных бронз. Фосфор раскисляет сплав и образует дополнительные твёрдые фосфиды. Сплав выдерживает высокие удельные нагрузки и скорости скольжения, хорошо работает в паре с закалённой сталью. Применяется для червячных колёс, ответственных втулок, вкладышей подшипников, гаек ходовых винтов, шестерён.
Литейные бронзы с меньшим содержанием олова, частично заменённого цинком, и добавкой свинца. Свинец не растворяется в меди и образует мягкие включения, которые играют роль твёрдой смазки при недостатке масла и улучшают обрабатываемость. Применяются для втулок, вкладышей, арматуры, работающих при средних нагрузках. БрО5Ц5С5 — самая массовая марка для подшипников скольжения общего машиностроения.
Сплавы с высоким содержанием свинца хорошо работают при ударных нагрузках и нестабильной смазке, обладают отличной прирабатываемостью. БрО10С10 применяют для вкладышей тяжёлых машин, прокатных станов, двигателей. Прочность у них ниже, поэтому их часто используют в виде слоя на стальной основе — биметаллических вкладышей.
Применяются в виде прутков, лент и проволоки. БрОФ6,5-0,15 — для втулок, прокладок, деталей, работающих на трение; БрОЦ4-3 — для пружин, мембран и токопроводящих упругих элементов.
Олово — дорогой и дефицитный металл, поэтому для многих задач разработаны бронзы без олова. Некоторые из них превосходят оловянные по прочности.
Алюминиевые бронзы содержат 5–11 % алюминия и добавки железа, марганца, никеля. Они значительно прочнее оловянных (предел прочности до 600–700 МПа у БрАЖН10-4-4), обладают высокой коррозионной стойкостью, в том числе в морской воде, кавитационной и износостойкостью. Сплавы с содержанием алюминия выше 9 % упрочняются закалкой и отпуском.
Применение: тяжелонагруженные втулки, шестерни, червячные колёса при низких и средних скоростях, гайки нажимных винтов, седла клапанов, детали насосов и гребных винтов. Ограничение — меньшая прирабатываемость и повышенная склонность к схватыванию при недостатке смазки по сравнению с оловянными бронзами. Вал в паре с алюминиевой бронзой желательно закаливать до 45 HRC и выше.
Сплав меди с 30 % свинца — материал вкладышей быстроходных и тяжелонагруженных подшипников двигателей и компрессоров. Обладает высокой теплопроводностью и сопротивлением усталости, но прочность самого сплава низкая, поэтому его заливают тонким слоем на стальную ленту.
Бериллиевая бронза после закалки и старения достигает предела прочности 1100–1300 МПа и твёрдости 350–400 HV — уровня закалённой стали. Применяется для пружин, мембран, контактов, а также для износостойких втулок и деталей, работающих при высоких нагрузках. Ещё одно свойство — искробезопасность: из БрБ2 делают инструмент для взрывоопасных производств. При механической обработке требуется соблюдение мер безопасности из-за токсичности пыли бериллия.
Кремнемарганцевая бронза — прочная, упругая, коррозионностойкая. Используется для пружин, деталей арматуры, направляющих втулок клапанов, деталей, работающих в агрессивных средах.
Двойные латуни Л63, Л68 в узлах трения практически не применяют — они мягкие и склонны к схватыванию. Однако многокомпонентные латуни с марганцем, железом, алюминием и свинцом обладают хорошими антифрикционными свойствами и стоят дешевле бронз.
Отдельная проблема латуней — обесцинкование в агрессивных средах и коррозионное растрескивание под напряжением в присутствии аммиака. Для деталей, работающих во влажной атмосфере под нагрузкой, латуни подвергают низкотемпературному отжигу для снятия напряжений.
| Марка | Тип | Предел прочности, МПа | Допустимая нагрузка | Прирабатываемость | Типичное применение |
|---|---|---|---|---|---|
| БрО10Ф1 | Оловянно-фосфористая | 220–300 | Высокая | Отличная | Червячные колёса, ответственные втулки |
| БрО5Ц5С5 | Оловянно-цинково-свинцовая | 150–200 | Средняя | Отличная | Втулки, вкладыши общего назначения |
| БрО10С10 | Оловянно-свинцовая | 180–250 | Средняя, ударная | Отличная | Вкладыши тяжёлых машин |
| БрАЖ9-4 | Алюминиево-железистая | 500–550 | Очень высокая | Средняя | Тяжелонагруженные втулки, гайки |
| БрАЖН10-4-4 | Алюминиево-железоникелевая | 600–700 | Очень высокая | Средняя | Седла клапанов, шестерни, втулки |
| БрБ2 | Бериллиевая | 1100–1300 после старения | Очень высокая | Низкая | Пружины, износостойкие детали |
| ЛЦ40Мц3Ж | Марганцево-железистая латунь | 450–500 | Средняя | Хорошая | Втулки, гайки, арматура |
Работоспособность подшипника скольжения оценивают по произведению удельного давления p на скорость скольжения V. Каждый сплав имеет допустимое значение pV, при превышении которого начинается перегрев и задир. Оловянные бронзы с фосфором допускают наибольшие значения при хорошей смазке, свинцовые — при нестабильной смазке, алюминиевые — при высоком давлении и малой скорости.
Бронзовые втулки обычно запрессовывают в стальной или чугунный корпус с натягом. После запрессовки внутренний диаметр уменьшается, поэтому окончательную обработку отверстия часто выполняют уже после посадки — развёртыванием или расточкой. Для работы при повышенных температурах натяг увеличивают либо дополнительно фиксируют втулку стопорным винтом.
Свинцовые бронзы и латуни (ЛС59-1, БрО5Ц5С5) обрабатываются очень легко: стружка ломается, поверхность получается чистой, допустимы высокие скорости резания. Алюминиевые бронзы и бериллиевая бронза после старения обрабатываются тяжелее — они прочнее и дают сливную стружку, поэтому требуют твёрдосплавного инструмента и охлаждения.
Общие рекомендации:
точение втулок и вкладышей, растачивание, нарезание резьбы ходовых гаек, фрезерование зубьев червячных колёс, развёртывание
Мы изготавливаем бронзовые и латунные втулки, вкладыши, гайки, червячные венцы по чертежам и образцам — подробнее в разделе запчастей.
Бронзы и латуни остаются основными материалами для подшипников скольжения и других узлов трения. Оловянные бронзы обеспечивают лучшую прирабатываемость и работают при высоких скоростях, свинцовые выдерживают тяжёлые условия смазки, алюминиевые — высокие давления и агрессивные среды, многокомпонентные латуни предлагают экономичное решение для средних нагрузок. Выбор сплава всегда нужно рассматривать в паре с валом: его твёрдость, шероховатость и система смазки определяют ресурс не меньше, чем марка бронзы.
Если нужно изготовить втулку, вкладыш или червячное колесо по чертежу или образцу, а также подобрать материал под условия работы, отправьте заявку — специалисты ответят на вопросы и рассчитают стоимость.
