Początek

Skrypty Ciekawe strony  

Zaliczanie

   
 

Obserwacje struktury stopów łożyskowych

  

Stopy łożyskowe.

Stopy łożyskowe winny się charakteryzować następującymi własnościami :

a/ dobrą smarownością,

b/ niewrażliwością na zacieranie się w czasie pracy ,

c/ dobrym przewodnictwem cieplnym ,

d/ zdolnością do odkształcenia się ,

e/ odpowiednią wytrzymałością na zmęczenia ,

f/ dobrą wytrzymałością na ściskanie ,

g/ stosunkowo dobrą odpornością na zderzenia ,

h/ dużą przyczepnością do materiału panewki ,

i/ odpornością na działanie czynników chemicznych ,

j/ małą zmiennością twardości przy podwyższonej temperaturze,

k/ możliwością wtłaczania produktów tarcia w powierzchnię ślizgową

panewki.

Przez dobrą smarowność należy rozumieć zdolność stopu do odnawiania w czasie pracy 

przerwanej warstewki smaru między powierzchniami ślizgowymi czopa i łożyska by nie 

dopuścić do bezpośredniego zetknięcia się tych powierzchni . Zdolność ta zależy od 

przyczepności smaru do materiału panewki . Zetknięcie się w czasie ruchu obu powierzchni 

prowadzi do odrywania się cząstek metalicznych od części trących a w następstwie do 

ścierania powierzchni ślizgowych .

Przeciwdziała temu warstwa smaru , jeśli jest ciągła . W przypadku przerwania warstewki 

następuje silne miejscowe nagrzanie stopu które może być tak wysokie , że spowoduje 

nadtopienie niskotopliwych składników i doprowadzi do spojenia z materiałem czopa . W 

końcowym przypadku może nastąpić zatarcie łożyska .

W czasie pracy może zdarzyć się wygięcie czopa lub jego trwałe odkształcenie. Takie 

zjawisko powoduje zwiększone miejscowe obciążenie łożyska . Stop łożyskowy posiada 

zdolność do odkształcenia , gdy potrafi dostosować swoją powierzchnię do nowych 

warunków pracy ( rozłożyć równomiernie obciążenie). Dotąd nie mamy stopu który by 

posiadał wszystkie wymienione własności w dostatecznym stopniu .

Struktura stopu łożyskowego powinna być co najmniej dwu fazowa , składająca się z 

miękkiej osnowy , którą najczęściej jest roztwór stały i twardych kryształów związku 

metalicznego.

Warunki pracy łożyska określane są przez następujące czynniki :

 

a/ rodzaj obciążenia - może być stałe lub zmienne co do kierunku i

   wielkości . Najbardziej niebezpieczne są obciążenia dynamiczne .

   Powodują one pęknięcia i wykruszenia typu zmęczeniowego .

b/ wielkość obciążenia - im jest ona większa tym krótszy czas pracy

   łożyska . Obciążeniem jednostkowym nazywamy obciążenie łożyska

   przypadające na jednostkę powierzchni ślizgowej ( p - KGI m 2).

c/ szybkość obwodowa czopa ( V - m/s )

d/ temperatura pracy łożyska - wzrost temperatury powoduje spadek

   lepkości smaru .

 

Iloczyn pV charakteryzuje natężenie łożyska . Tą wielkością posługujemy się zwykle przy doborze stopu łożyskowego dla danych warunków pracy.

Stopy łożyskowe możemy podzielić na stopy cynowe i bezcynowe . Ze stopów cynowych 

najbardziej rozpowszechniony jest babit. Jest to stop o zawartości 10 - 12 Sb, 5,5 - 6,5Cu , 

resztę stanowi cyna . Stop ten wg. PN posiada znak SnSbIICu6 oraz cechę Ł83 .

W stopach tych twardy szkielet stanowią kryształy związku SbSn oraz Cu 6Sn 5 i miękką 

osnowę - potrójny roztwór stały ( Sn - Cu - Sb ) .

W czasie współpracy z czopem w warstwie powierzchniowej panewki ulega wytarciu miękka 

osnowa . Pozostają twarde kryształy , które po pewnym czasie zostają rozkruszone tworząc 

warstwę nośną . Miedź wprowadzona do stopu nie tylko tworzy twarde kryształy , ale 

przeciwdziała także segregacji ciężarowej kryształów Sb i Sn . Faza Cu 6Sn 5 posiada dość 

wysoką temperaturę krzepnięcia , krzepnie pierwsza w postaci iglastych kryształów które 

tworzą rodzaj szkieletu . Krzepnące później przy niższej temperaturze kryształy SbSn nie 

posiadają już swobody przesuwania się w cieczy , gdyż są uwięzione w poprzednio 

wydzielonym szkielecie Cu 6Sn 5 .

Na wielkość wydzieleń SbSn i Cu 6Sn 5 poważny wpływ ma szybkość chłodzenia . 

Zwiększenie szybkości chłodzenia powoduje zmniejszenie wielkości wydzieleń . Wielkość 

wydzieleń ma wpływ na twardość stopu , która jest większa przy największych wydze leniach 

. Wytrzymałość na rozciąganie Rm stopu L83 wynosi 9kG/mm2 a na ściskanie 11kG/mm2

Temperatura topnienia waha się w granicach 240 - 370 oC . Gwarantuje to dobrą prace 

wylanej panewki , bardzo rzadko temperatura w łożysku dochodzi do 150 oC. Stosowany 

jest w wysoko obrotowych łożyskach silników elektrycznych turbin parowych i silników 

spalinowych . Iloczyn pV nie może przekraczać wartości 500kG/mm2 m/s . Z powodu 

wysokiej ceny wyeliminowano cynę ze stopu bądź zastąpiono część cyny ołowiem . 

Przykładem stopu o osnowie ołowiowej jest stop o następującym składzie Sb -11 - 13% , Sn 

5,5 - 7,5% resztę stanowi Pb . Stop ten posiada cechę Ł6 . strukturę stopu można określić 

przy pomocy układu równowagi Cu - Sb - Sn, Sb - Sn - Pb . Miękką osnowę stanowi 

potrójny roztwór Pb - Sb - Sn . Szkielet nośny tworzą kryształy SbSn i CuSb . Wydze lenie 

Cu2Sb spełnia tę samą rolę co Cu 6IN5 w poprzednim stopie . Wytrzymałość na rozciąganie 

jest równa 7kG/mm2 a na ściskanie ok. 13kG/mm2 Temperatura waha się 230 - 420 oC .

Stop Ł6 jest w wolno obrotowych , słabo obciążonych łożyskach maszyn i silnikach 

spalinowych . Stosowany jest w panewkach łożysk wagonów towarowych. Dopuszczalna 

wartość iloczynu pV wynosi 40kG/mm2 m/s . Zupełnie bezcynowymi stopami łożyskowymi 

są stopy ołowiu z metalami alkalicznym . Stopy te mogą w niektórych przypadkach zastąpić 

stopy niskocynowe . Jednym z nich jest stop który zawiera 0,75 - 1,1 % Ca oraz 0,65 - 9,5 

% Na resztę stanowi Pb . Według PN stop ten posiada znak Pb Ca 1 Na oraz cechę ŁCa . 

Na podstawie układów Pb - Na i Pb - Ca możemy określić składniki strukturalne stopu . 

Struktura stopu ŁCa składa się z roztworu stałego Na w Pb , tworzącego miękką osnowę i 

twardych kryształów PbCa . Wytrzymałość stopu na rozciąganie jest równa ok. 10 kG/mm2 

a na ściskanie ok. 16 kG/mm2 . Twardość wynosi 34kG/mm2 . Temperatura waha się 320- 

440oC. Stop ten ma skłonność do starzenia skutek zmiennej rozpuszczalności w Pb . Proces 

starzenia trwa ok. 15 dni od momentu wyprodukowania stopu . W tym czasie twardość stopu 

wzrasta ( np. 29 - 34 kG/mm2 ) Proces starzenia można przyspieszyć wygrzewając stop w 

temperaturze 50 - 75 oC w ciągu 30 - 40 min. Stop ŁCa z zużytych panewek nie może być 

ponownie użyty do wylewania ze względu na nadmiernie wypalanie się wapnia i sodu przy 

wytapianiu stopu z panewek . Stop ten jest bardzo wrażliwy na korozję ( odporność jego jest 

dostateczna w przypadku składowania w suchych pomieszczeniach , z uwagi na to że stop ten 

nie posiada w dostatecznym stopniu przyczepności do materiału panewki, stosuje się zwykle 

mechaniczne wiązanie stopu z panewką za pomocą rowków klinowych / jaskółczych ogonów 

/ ).Rowki te nie powinny posiadać ostrych krawędzi , gdyż są one początkiem pęknięć 

warstwy stopu w czasie pracy .

Stop ten bywa stosowany w łożyskach taboru kolejowego i tramwajowego, w 

wolnoobrotowych silnikach elektrycznych . Wymagane jest obfite smarowanie . Iloczyn pV 

nie może przekroczyć dla tego stopu wartość 120 kG/mm2 m/s. Ogólnie stop ten może 

pracować przy dużych obciążeniach , lecz małych prędkościach obwodowych. Jako stopy 

łożyskowe stosowane są również brązy Cu Pb30 , CuSn10P1 , CuPb25Sn5, brązy 

krzemowe SuSi3Zn3Mn1 oraz mosiądze CuZn38Mn2Pb2 i CuZn42MnFe.

 

Pytania:

1. Własności stopów łożyskowych .

2. Czynniki określające warunki pracy łożyska .

3. Rodzaje stopów łożyskowych .

4. Rodzaje łożysk ślizgowych (podział).