Подшипниковые сплавы на медной основе

Для изготовления вкладышей подшипников, работающих при повышенном удельном давлении и больших скоростях, применяют свинцовую бронзу БрС30 с содержанием 27 — 33 % Рb, остальное Сu.

Свинец практически не растворяется в меди в жидком состоянии, поэтому при затвердевании такой механической смеси жидких фаз получается также механическая смесь твердых фаз свинца и меди. В соответствии с диаграммой состояния Сu — Рb бронза БрС30 будет затвердевать следующим образом.

После достижения температуры ликвидуса (которая для сплавов с содержанием 27 — 33% Рb не намного превышает 954°С) начинается выделение кристаллов меди. Вследствие выделения кристаллов меди в жидкой части сплава повышается концентрация свинца и при температуре 954°С жидкая часть сплава будет иметь состав: 36% Рb и 64% Сu. Так как эта концентрация является границей сплавляемости, т. е. границей растворимости, то дальнейшее выделение кристаллов меди приводит к тому, что жидкая фаза расслаивается на две фазы, одна из которых Ж1 имеет состав 36% Рb и 64 % Сu, а другая - 92,5% Рb и 7,5% Сu.

Три фазы в двойных сплавах могут сосуществовать только при одной температуре, в данном случае при 954°С. При этой постоянной температуре в жидкой части сплава более богатой медью, т.е. в Ж₁ и будет протекать кристаллизация меди. Этот процесс будет идти при наличии трех фаз (Ж₁; Ж₂; кристаллы Сu) при постоянной температуре (954°С) до тех пор, пока фаза Ж₁ не обеднится медью настолько, что будет иметь состав 92,5% Рb и 7,5% Сu. В этот момент Ж₁ уже не будет отличаться по составу от Ж₂, т. е. будут две фазы Ж₂ и кристаллы Сu. Только с этого момента начнется снижение температуры сплава. Как видно из диаграммы, при снижении температуры от 924 до 326°С растворимость Сu в жидкой фазе падает до 0,06%, т.е. к моменту достижения температуры 326°С почти вся медь закристаллизуется, а при 326°С будет кристаллизоваться свинец (точнее эвтектика Рb — Сu). Ниже 326°С будет существовать смесь твердых фаз меди и свинца.

Если описанный процесс идет при медленном охлаждении, то при условии, что в интервале 954 - 326°С имеется жидкая фаза-свинец с плотностью 11,34 г/см³ и медь более легкая с плотностью 8,93 г/см³, вследствие ликвации по удельному весу весь свинец должен оказаться внизу, а медь наверху отливки.

В действительности такого полного отделения не будет, так как кристаллизация меди носит дендритный характер, и жидкий свинец частично застревает в междендритных пространствах. Но все же, если не принимать специальных мер, то практически получается очень сильная ликвация по удельному весу.

Для того чтобы не произошло полного расслоения в жидком состоянии и, чтобы свинец застрял между дендритами меди, принимают специальные меры (очень быстрое охлаждение, перемешивание и др.). В таких бронзах основной фон составляетсравнительно твердая медь с включениями мягкого свинца.

Теплопроводность бронзы БрС30 высокая, следовательно, подшипники меньше нагреваются, высокие механические свойства при нагреве сохраняются до сравнительно высоких температур (200°С), поэтому ее применяют для вкладышей подшипников наиболее мощных двигателей.

Поиск по сайту: