Файл: Антифрикционные пористые сплавы Е. Ф. Меркулов. 1960- 6 Мб.pdf

ждаются до окружающей температуры. При отсутствии сушильного шкафа залитые бронзой подшипники следует положить возле куз­

нечного горна или другого плавильного агрегата для их постепен­ ного остывания;

5) перед отправкой на механическую обработку подшипники должны быть проверены на твердость.

При использовании антифрикционной бронзы для изготовления вкладышей подшипников из нее отливают втулки в разъемных формах.

Фиг. 6. Металлическая форма для отливки бронзовых втулок для шатунных вкладышей автодвигателя ГАЗ-51.

На фиг. 6 показана форма для отливки из бронзы втулок, идущих

на изготовление шатунных вкладышей ГАЗ-51.

Эта форма (фиг. 6) состоит из трех деталей: плиты 1, втулки 2 и центрового стержня 3. В первую заточку 0 80 мм глубиной в 2—3 мм вставляется стальная втулка; во вторую заточку вста­ вляется центровой конусный стержень 0 40 мм.

Форма при сборке смазывается графитом. Во втулке формы выпиливаются два «усика», ширина которых несколько превышает ширину «усиков» стальных вкладышей.

Литейная технология бронзы может быть упрощена, если в каче­ стве исходных материалов принять силумин, содержащий кремний, и лигатуру алюминий — медь. Их использование при приготовлении

описываемого антифрикционного сплава снизит угар ценных со­

ставляющих и позволит снизить температуру плавления сплава.

11. Механическая обработка, сборка и обкатка

Станочная обработка втулок из данной бронзы для получения более чистой поверхности должна вестись на больших оборотах, превышающих 900 об/мин., при малых подачах порядка s = 0,1 мм.

30

Так, втулки для вкладышей ГАЗ-51 из алюминиево-свинцовой бронзы в условиях ремонтных цехов после токарной обработки и разрезки фрезой 0,5 мм растачивают по размерам шеек коленча­ того вала на специальной оправке, которая крепится на шпиндель токарного станка, чем обеспечивается высокая точность вкладышей.

При сборке вкладышей чистота обработки имеет важное значе­ ние, а потому поверхность вкладышей полируют. Сборку вкладышей

следует производить без люфта. Вследствие повышенной тепло­ проводности алюминиевой бронзы масляные зазоры при сборке надо делать в 2 раза большими по сравнению с обыкновенно применяемыми при сборке машин, работающих на оловянистых бронзах.

Продолжительность обкатки двигателей, собранных на вклады­ шах из алюминиево-свинцовой бронзы, в среднем в 1,5—2 раза больше по сравнению с длительностью обкатки двигателей, соби­ раемых на вкладышах из оловянистой бронзы.

Соблюдение увеличенных зазоров настолько обязательно, что нарушение этого требования не только сразу отразится на работе двигателя, но может вывести его из строя.

При эксплуатации двигателей, собранных на вкладышах из алю­ миниево-свинцовой бронзы, необходима обильная смазка.

Износ шеек валов и осей при эксплуатации двигателей с приме­ нением алюминиево-свинцовой бронзы меньше нормального, что было проверено автором на втулках подшипников нижних катков тракторов марки С-80. Эти втулки после отливки подвергались меха­

нической обработке. На опыте работы этих втулок пористая анти­ фрикционная алюминиево-свинцовая бронза впервые прошла все испытания и стала применяться в виде вкладышей при сборке трак­

торных двигателей и других машин-двигателей стационарного и транс­ портного типа с числом оборотов 1200 об/мин. и выше.

12. Физико-механические и металлографические свойства бронзы

Основные физико-механические свойства бронзы приведены в табл. 11 в сопоставлении со свойствами остродефицитных высоко-

31

Из анализа таблицы видно, что пористая антифрикционная алю- миниево-свинцовая бронза обладает хорошими механическими свой­

ствами при низком коэффициенте трения. Температура плавления

этой бронзы гарантирует ее стойкость против расплавления при применении ее в качестве подшипникового сплава.

Пониженная твердость 60—70 НВ приближает пористую бронзу

к малооловянистым баббитам.

Пористая антифрикционная бронза обладает высокой несущей способностью и при трении не дает налипания, т. е. намазывания на сталь сопряженной с ней шейки вала. Она не создает выработки,,

эллипсности и задиров вала и легко пришабривается к его шейкам.

В поры алюминиево-свинцовой бронзы диаметром в 0,1—0,15 мм проникает смазка, улучшающая ее антифрикционные свойства, а потому она идет также на изготовление разного рода втулок и ответ­ ственных сильно нагруженных деталей, работающих в особо тяжелых условиях и подвергающихся сильному износу. Эта бронза обладает хорошими литейными свойствами, что допускает ее использование для фасонного литья.

По сравнению с пористыми бронзографитовыми и железографито­

выми втулками и подшипниковыми вкладышами, применяемыми в подшипниках при средних и малых нагрузках (L = 75 кгм/см2, сек), описываемая бронза является более рентабельной. Средний диаметр пор и количество их при необходимости могут быть увеличены за счет увеличения вводимого в шихту поташа в количестве 0,5—2%

от веса шихты. Мелкие поры производят капиллярное действие,

а крупная пористость дает возможность маслу циркулировать. Таким образом, пористость бронзы обеспечивает более интенсивный расход теплоты трения, следовательно, более интенсивное охлажде­

ние.

Анализ микроструктуры антифрикционной алюминиево-свинцо­ вой бронзы с различным содержанием свинца (фиг. 7) показывает, что алюминиевая основа представляется светлым фоном, на котором свинец образует темную сетку. Во всех случаях свинец с медью и алю­

минием образует эвтектический, а не эмульсионный раствор; это обеспечивается вышеизложенной технологией литья и вводом при плавках прокаленного порошкообразного поташа, который также способствует созданию пористости бронзы.

В пятикомпонентной бронзе незначительные изменения дози­ ровки меди, железа и кремния существенного влияния на внешний характер строения сеток микроструктур не оказывают.

Присутствие кремния в бронзе способствует улучшению ее анти­ фрикционных свойств и понижает коэффициент трения со смазкой.

В сравнении с многочисленными алюминиевыми сплавами, содер­

жащими сурьму, железо, медь, кремний и олово, пористая бронза не содержит остродефицитного олова и при наличии в ней свинца, в случае полного отсутствия сурьмы, приобретает свойства, близкие' к баббитам, т. е. может противостоять заеданию. До употребления алюминиево-свинцовой бронзы повышение механических свойств алюминиевых сплавов, сопровождаемое повышением твердости, вело<

32

В) калибровка (прокатка);

9)правка;

10)отжиг при 550—570° С для понижения твердости;

В случаях же необходимости получения биметалла сталь — пори­ стая антифрикционная алюминиево-свинцовая бронза схема техно­

логического процесса также упрощается за счет применения спе­ циального припоя 25% А1 + 75% Zn, обеспечивающего прочное ■соединение при заливке бронзы в тело подшипников.

Однако рекомендуется по возможности применять монометалли­ ческие вкладыши из описываемой бронзы.

Как известно, упрочнение алюминиевых сплавов возможно тер­ мической обработкой лишь в тех случаях, когда компоненты, обра,-

зующие сплав, имеют ограниченную растворимость, которая с пони­

жением температуры уменьшается. На этом основании для изменения твердости алюминиево-свинцовая бронза подвергалась старению как одной из термических операций, причем оказалось, что при ста­ рении происходит падение твердости и понижение предела прочности,

что надлежит учитывать при стремлении расширить область ее при­ менения.

13. Область применения пористой бронзы

Впервые пористая антифрикционная алюминиево-свинцовая бронза была испытана и применена с положительными результатами на втулках подшипников нижних катков тракторов С-80, где ею были

заменены дорогостоящие остродефицитные высокооловянистые бронзы БрОЮ, БрОЦ10-2 и БрОЦ8-4.

Вследствие высоких антифрикционных свойств бронза идет на изготовление разного рода втулок и ответственных сильно нагру­ женных деталей, работающих в тяжелых условиях и подвергаю­ щихся сильному износу. Этот сплав, обладая хорошими литейными

■больших нагрузках. Так, токарный станок, валик привода и фрик­ цион которого смонтированы на втулках из описываемой бронзы, производит тяжелые технологические операции без всякого нагрева и заеданий фрикциона и втулок. Следовательно, бронза с успехом

может применяться как в станкостроении, так и при ремонте метал­

лообрабатывающихстанков и других машин-орудий. Подшипники коленчатых валов КДМ-46, втулки осей звеньев

из пористой антифрикционной алюминиево-свинцовой бронзы в зем­

леройных механизмах хорошо зарекомендовали себя при работе в исключительно тяжелых условиях.

Станок ДИП-200 с установленными из бронзы фрикционами произ­ водит расточку шатунных и коренных вкладышей ГАЗ-51 из той же антифрикционной алюминиево-свинцовой бронзы. Таким образом,

описываемая бронза, являющаяся своеобразной «дочерью» альку-

34

сипа, может в отдельных случаях его заменять даже в автомобильных двигателях.

Наконец, антифрикционная алюминиево-свинцовая бронза, обла­ дающая пористостью, с лучшими антифрикционными и механиче­

скими свойствами, должна заменить нижеследующие пористые под­ шипники из псевдосплавов:

1) антифрикционные металлокерамические на железной основе-

спористостью 20—25%;

2)то же с медной основой;

3)железо-графит с пористостью 20—30%;

4)бронзо-графит с пористостью 18—20%.

Подшипники из антифрикционной пористой алюминиево-свинцо-

вой бронзы характеризуются следующими данными:

1)твердость в 50—60—70 НВ дает возможность применять под­ шипники для сырых и закаленных валов;

2)свойства подшипников на алюминиевой основе не изменяются при нагреве до 250° С;

3)коэффициент расширения аналогичен обычным литым подшип­ никам;

4)коэффициент трения при обильной смазке меньше, чем у под­ шипников из литой оловянистой бронзы, причем коэффициент трения

сростом нагрузки на подшипники падает;

5)износ меньше, ибо сухое трение отсутствует;

6)подшипники изнашиваются в несколько раз меньше подшипни­ ков из оловянистых баббитов;

7)прирабатываемость подшипников из данной бронзы не усту­ пает прирабатываемости баббитовых подшипников.

В то время как механические свойства пористых подшипниковиз псевдосплавов зависят от пористости и при увеличении ее на 1 % ухудшается на 3—10%, подшипники из описываемой бронзы с микро­ порами, рассеянными по всей толщине, не меняют механических свойств.

3*

ГЛАВА III

АНТИФРИКЦИОННЫЙ ПОРИСТЫЙ ЧУГУН

14.Описание антифрикционных чугунов

Впоследнее время в узлах трения для замены бронзы все чаще применяют антифрикционные чугуны различных марок.

Общеизвестно, что для некоторых подшипников применяются

высококачественные серые чугуны с перлитной основой и повышен­

ным содержанием свободного графита. Графит является смазкой

и одновременно впитывает смазку, понижая этим коэффициент тре­ ния между шейкой вала и стенкой подшипников.

Антифрикционные чугуны должны удовлетворять тем же требова­ ниям, что и другие антифрикционные сплавы. Они должны быть твердыми, чтобы истирание было малым, основная масса должна быть возможно пластичной, но в ней желательно иметь твердые вклю­ чения, которые при истирании принимают все давление на себя.

Для уменьшения коэффициента трения поверхности должны быть твердыми и чем тверже поверхность, тем больше нагрузка, которую юна может выдержать до наступления истирания, что согласуется с новейшими исследованиями и опытными данными значений коэф­ фициентов статического трения, приводимыми в табл. 12.

Таблица 12

Коэффициенты статического трения

36

Из таблицы видно, что в твердых телах, расположенных в порядке убывания коэффициента статического трения, соответственно зако­ номерно возрастает модуль упругости или модуль сдвига. Этим

иобъясняется применение полусухих смазок с графитом, ибо сдвиг

уграфита происходит легко и графит является хорошим смазываю­ щим веществом: при измельчении он легко разрушается, разделяясь :на тонкие пластинки, которые очень свободно скользят друг по другу.

На практике из-за шероховатости трущихся поверхностей сопри­ косновение имеет место только в небольшом числе точек, на которые передается все давление, вследствие чего износ и трение становятся 'чрезмерными. Поэтому желательны пластичные материалы, которые

:под давлением могут принять форму шипа и увеличить площадь

поверхности соприкосновения.

Практикой и многочисленными экспериментами было установлено,

'что превосходные опорные трущиеся поверхности получаются из незажаленного серого чугуна. Единственное возражение, которое выдви­ гается против этого металла, — это то, что он несколько хрупок, ■особенно при нагревании от трения.

Серый чугун хорошо работает не только совместно со сталью, но также и с чугуном. Даже будучи нагрет, он не заедает, так как, хотя поверхности его и истираются в пыль, однако продолжают сво­ бодно скользить друг по другу.

Пригодность чугуна для трущихся поверхностей в значительной

мере обусловливается присутствием в массе металла свободного углерода (графита), отчего металл по отношению к смазке становится до некоторой степени пористым.

На фиг. 8 представлены различные формы выделения графита. Ферритный серый чугун является наиболее мягким из всех анти­ фрикционных чугунов и потому легче прирабатывается к шейке вала. Он обладает невысокой износоустойчивостью и применяется

в тех случаях, когда шейки вала имеют невысокую твердость. Перлитный серый чугун применяется тогда, когда шейки валов

•обладают большой твердостью вследствие закалки. Этот чугун слу­ жит для изготовления втулок (вместо бронзовых) токарных, стро­ гальных, фрезерных и сверлильных станков, рольгангов, электро­

моторов и различного технологического оборудования.

Ферритный ковкий чугун обладает хорошей прирабатываемостью,

высокой прочностью и вязкостью. Он лучше по своим свойствам, чем ферритный серый чугун, но износоустойчивость и твердость

■его незначительны. Удельная нагрузка при работе не должна пре­

вышать 40 кг/см“ при скоростях движения 1 — 1,5 м/сек. Перлитный ковкий чугун обладает высокими механическими

■свойствами. Вследствие своей высокой твердости он труднее прира­ батывается к шейкам вала, чем ферритный ковкий чугун, и поэтому

•требует тщательной приработки перед пуском в эксплуатацию.

Перлитно-ферритный ковкий чугун является значительно более износоустойчивым, чем ферритный ковкий чугун. Он допускает

в работе удельное давление до 60 кг/см2 при скоростях скольжения,

не превышающих 2—3 м/сек.

37