Баббиты: семейство сплавов с интересными свойствами

В число распространенных причин поломок механизмов и их узлов входит износ деталей, связанный с высокими нагрузками. Продлить срок службы некоторых видов деталей помогает баббит; что это такое, знают все, кто имеет представление о подшипниках. Остальным также будет полезно узнать, где и как применяется материал, и как состав влияет на его свойства.

Баббит: свойства, зачем нужен и как применяется

Работа современных механизмов с подвижными частями (валом или осью) не представима без подшипника. Этот сборочный узел помогает фиксировать и поддерживать конструкцию в пространстве, но основное его предназначение состоит в обеспечении вращения или качения.

Металл подшипника подвергается большой нагрузке из-за трения деталей и высоких скоростей, что сокращает срок службы узла. Помешать износу и отсрочить ремонт можно разными способами, например, использовать смазочные материалы и присадки. Однако самым надежным способом снизить коэффициент трения вот уже почти двести лет является использование в производстве подшипников баббита.

Баббит – это литейный сплав, основной составляющей которого является свинец, а легирующими добавками в разных пропорциях служат олово, медь, сурьма. Сплав был изобретен в 1839 году ювелиром Исааком Баббитом во время его работы на Южно-Бостонскую железоделательную компанию. Изначально материал использовался в конструкции паровых машин.

Современные баббитовые сплавы обладают следующими свойствами:

• Наиболее ценным качеством баббита являются его антифрикционные свойства: он обладает низким коэффициентом трения и потому способен повышать износоустойчивость подшипника. 
  
• У сплава есть и другие плюсы: за счет низкой температуры плавления он хорошо прирабатывается (притирается) и сопротивляется заеданию, минусом является его невысокая прочность. 
  
• Толщина материала влияет на срок эксплуатации подшипника; ее стараются делать как можно тоньше. Сплав наносится тонким слоем на корпус вкладыша подшипника скольжения и обрабатывается до толщины 0,15-0,2 мм. 
  
• Существует два способа нанесения баббита: наплавка (заливка) и напыление (вкладыш может быть стальным, чугунным, бронзовым). 
  
• Антифрикционные сплавы относятся к дорогостоящим материалам, баббит является самым доступным.
  

Разновидности

Баббит, в составе которого всегда содержится несколько металлов, проявляет свойства, характерные для совокупности составляющих. Разновидности материала определяются по преобладающему металлу данного конкретного сплава. Химический состав и технические требования каждого вида баббита прописаны в ГОСТ 1320-74 и 1209-90 (отдельный стандарт для кальциевых марок).

Стандартными считаются три вида сплавов: свинцовые, оловянные, кальциевые. В их состав входят добавки, меняющие свойства в ту или иную сторону:

• Сурьма. Повышает прочность сплава. 
  
• Никель. Увеличивает стойкость к истиранию. 
  
• Кадмий. Делает сплав более стойким к коррозии. 
  
• Медь. Повышает твердость и ударную вязкость.
  

Свинцовые

В этой группе материалов основой служит сплав свинца и сурьмы с добавкой легирующих элементов. Мягкий свинец и твердая сурьма образуют группу сплавов со следующими особенностями:

• Они устойчивы к высоким рабочим температурам (по сравнению с материалами из других групп). 
  
• Сфера использования: антифрикционная обработка подшипников дизельных двигателей, прокатных станов металлообрабатывающей промышленности.
  

К популярным баббитовым сплавам на свинцовой основе относят следующие марки:

• В16. Кроме свинца (64-65%) содержит по 15-17% олова и сурьмы (каждого), а также 1,5-2% меди. 
  
• БН. В химическом составе не менее 70% свинца. Остальное – олово и сурьма (по 5,5-6,5%), медь (1,5-2%). В небольших долях содержится кадмий, никель и мышьяк (от 0,1 до 0,9%). Используется на средних скоростях, в деталях компрессоров, судовых водопроводных систем. 
  
• БС6. Отличие марки состоит в большом (доходящем до 90%) содержании свинца. Кроме него, присутствует олово и сурьма (по 5,5-6,5%), и немного меди (0,1-0,3%).
  

Оловянные

Марки с преобладанием олова отличаются следующими характеристиками:

• Более высокая устойчивость к коррозии, повышенная износоустойчивость с минимальным коэффициентом трения (по этому показателю в 1,5-2 раза превышает свинцовые аналоги).
  

• Улучшенная теплопроводность. 
  
• Подшипники на основе оловянных антифрикционных материалов используют в самых ответственных узлах с интенсивной нагрузкой. 
  
• Марки с преобладанием олова дороже остальных аналогов.
  

Сплавы баббитов, металлов на основе олова имеют следующий химический состав:

• Б83. Кроме олова (до 85%) имеется 10-12% сурьмы и 5,5-6,5% меди. Такие подшипники рассчитаны на работу при средних нагрузках. 
  
• Б83С. В сплаве чуть меньше сурьмы (9-11%) и меди (5-6%), присутствует свинец (1-1,5%), остальное – олово. 
  
• Б88. Содержание олова доходит до 88%. Остальные доли распределяются следующим образом: сурьма (7,3-7,8%), медь (2,5-3,5%), кадмий (0,8-1,2%), никель (0,15-0,25%).
  

Кальциевые

Хотя основой этой разновидности сплавов по-прежнему служит свинец, но название связано с присутствием в составе кальция. В ГОСТ прописано 4 марки кальциевых баббитов: БКА, БК2, БК2Ш и БК2Ц, со следующими свойствами:

• Кроме кальция добавками (в разных пропорциях) служит натрий, магний, цинк, олово, алюминий. 
  
• Кальций, магний и алюминий позволяют удешевить производство с сохранением эксплуатационных свойств. 
  
• Минус кальциевых сплавов. На открытом воздухе их поверхность довольно быстро окисляется. Это напрямую влияет на долговечность подшипника, так как понижает его рабочий ресурс. 
  
• Недорогие свинцово-кальциевые баббиты востребованы в производстве подшипников для подвижного ж/д состава. Железнодорожный транспорт подвергается регулярным проверкам, и износившиеся подшипники быстро выявляют и меняют.
  

Об анализе баббитового сплава в следующем видео:

Коротко о главном

Сплавы на основе олова или свинца, называемые баббитовыми, используются в подшипниках. Они наносятся на вкладыш в виде залитого или напыляемого слоя, для его более плотного прилегания к оси (валу). Решение повышает антифрикционные свойства: между металлическими поверхностями снижается трение и уменьшается износ.

Баббитовый сплав является многокомпонентным; кроме свинца и олова в состав вводят легирующие добавки. Чтобы изменить свойства, сделать материал более гибким или мягким, используют сурьму, медь, никель, кадмий. Металлы входят в разных пропорциях и образуют материалы, предназначенные для разных условий работы (средние и высокие динамические нагрузки). Согласно ГОСТ марки делятся на три группы: свинцовые, оловянные и кальциевые.