Баббиты это сплавы на основе

Баббит, его виды, свойства, состав и применение

В 1841 году мир узнал об антифрикционном сплаве со странным названием баббит. Его создал ювелир Исаак Бэббит, в свободное время увлекавшийся поиском новых видов материалов. Это открытие стало поворотным не только для изобретателя, но и для производства подшипников. Подшипники, сделанные из баббита, отличались повышенными окружными скоростями, что давало возможность значительно увеличить передаваемым валом нагрузку.

Так что же это за сплав? Почему актуальность его применения не изменилась спустя столько лет после открытия.

Состав и свойства

Баббит – подшипниковый сплав, основным компонентом которого являются свинец или олово. Относится к группе антифрикционных материалов. Механические свойства и химический состав регулируются государственным стандартом ГОСТ 1320-74.

Помимо основных элементов баббит включает в себя такие металлы как:

Кадмий. Оказывает положительное воздействие на коррозионностойкие свойства сплава.
Медь. Увеличивает вязкость антифрикционного сплава, что, соответственно, повышает прирабатываемость.
Никель. Повышает механические свойства, в частности, прочность на растяжение, твердость и износостойкость.
Сурьма. Способствует уменьшения схватывания со сталью.
Теллур. Положительно влияет на пластичность сплава.
Кальций, натрий и алюминий – группа элементов, вводимых в баббит, как заменители дефицитного олова.
Мышьяк. Увеличивает значение прочности и твердости сплава.

Виды баббитов и их свойства

Среди особенностей баббитов выделяют низкую температуру плавления (до 450 ºС), отсутствие схватывания со стальными поверхностями и высокая прирабатываемость.

В зависимости от химического состава баббиты делятся на 3 группы: свинцовистые, оловянные и свинцовокальциевые.

Оловянные

В промышленности имеется около 35 марок оловянных, но наибольшее распространение получил баббит Б83. В основе его состава лежит олово с добавлением 12% сурьмы и 6,5% меди. Меньше 1% приходится на вредные примеси, такие как фосфор, сера, кислород, цинк, железо и алюминий. Причина их попадания в баббит является несовершенство технологии выплавки и неточность химического состава лигатур.

Плотность оловянного баббита составляет 7380 кгм3. Отличается низким значением твердости 28-30 единиц по шкале Бринелля. При этом по сравнению с другими антифрикционными сплавами баббит Б83 имеет самый высокий показатель пластичности. Относительное удлинение на растяжение равно 36-40%.

Предел прочности на разрыв колеблется в пределах 9-10 кг/см2, что почти в 4,5 раза меньше, чем аналогичный показатель конструкционных сталей. Напряжение, при котором баббит начинает «течь» (деформироваться без увеличения нагрузки) является 7 кг/см2.

Баббит Б83 начинает плавиться при температуре 240 ºС. Полный переход в жидкую фазу происходит при 350 ºС. Температура, при которой рекомендуется производить заливку сплава в форму, составляет 450 ºС.

Содержание олово в составе баббита Б83 делает его невосприимчивый к слабым кислотам и щелочам. Баббит не окисляется на воздухе и устойчив к воздействию водной среды.

Б83 применяется исключительно для заливки подшипников машин значительной мощности, где требуется высокое значение вязкости и наименьшие коэффициенты трения. Такие подшипники позволяют достигать высоких показателей окружной скорости до 50 мс. Оптимальная температура эксплуатации 75 ºС. Коэффициент трения со смазкой между баббитом и сталью – 0,005 единиц. Все это позволяет подшипнику выдерживать нагрузку свыше 100 кг/см2.

Данные типы подшипников идут на паровые турбины, турбокомпрессоры, дизеля, электродвигатели и прочие изделия машиностроения.

Свинцовистые

Самой востребованной маркой свинцовистых — является Б16. Его химический состав состоит на 15%-ов из олова, на 15%-ов из сурьмы, на 2% из меди. Оставшуюся часть занимает свинец.

Свинцовистые баббиты отличаются более низкими антифрикционными характеристиками, более хрупки и износостойки. Увеличение содержание в Б16 сурьмы и олова увеличивают прочностные свойства, но отрицательно влияют на его пластичность. Медь в данной марке устраняет химическую неоднородность, повышает вязкость и немного увеличивает твердость.

Повышенное содержание свинца баббитом Б16 делает его более плотным. Плотность составляет 9290 кг/м3. Твердость порядка 30 единиц по шкале Бринелля. Предел прочности на растяжение равен 8 кг/см2. Процессы деформации начинаются уже при нагрузке в 6 кг/см2.

Баббит Б16 плавится при температуре 410 ºС. Полное расплавление всех твердых компонентов сплава происходит при 480 ºС.

Б16 хрупок. По этой причине его применение ограничивается воздействием ударных нагрузок. Подшипники на его основе используются при спокойной работе и при окружных скоростях до 120 м/с. Температура окружающей среды при этом не должна превышать 70 ºС. Коэффициент трения Б16 составляет 0,006 единиц.

Подшипники из Б16 используют при изготовлении турбин паровых установок, прокатных станов, компрессоров, электродвигателей, гидротурбин и лесопильных рам.

Свинцовокальциевые

Наибольшее использование для изготовления подшипников получил баббит БКА. В его состав помимо свинца входят такие элементы как кальций (до 1,2%), натрий (до 0,9%) и алюминий (до 0,2%). Антифрикционные свойства обеспечивает наличие в структуре сплава соединения кальцита свинца. Роль их аналогична олову в Б83. Натрий увеличивает механические характеристики БКА, в частности твердость. Содержание баббитом алюминия положительно воздействует, как и на прочность так и на коэффициент трения.

Механические свойства БКА повышают проведением термической обработки: естественного старения. Данный процесс ускоряют дополнительным нагревом до 60 ºС.

Баббит не сцепляется со сталью и удерживается на ее поверхности с помощью механического крепления. Температура работы подшипников на основе свинцовокальциевых баббитов составляет 60 ºС. При повышении температуры эксплуатации сильно снижается твердость баббита, которая может привести к разрушению подшипниковых колец.

Данные подшипники отличаются низкой ценой из-за замены дорогостоящего олова более дешевыми металлами. Но недостаток их кроется в прочности и низких коррозионностойких свойствах, которые приводят к окислению баббита на воздухе, и, как следствие, резкому снижению износостойкости. По этой причине основное применение подшипников из баббита БКА – железнодорожное производство, не имеющее значительных требований как по нагрузке, так и по окружным скоростям.

Производство

Для выплавки баббитов применяется как руда, так и металлолом. На долю вторичного производства в нашей стране приходится около 75%. Сплавы транспортируются в виде чушек, вес которых строго регламентирован государственными стандартами и не превышает 22 кг.

Плавка чушек осуществляется в специальных электропечах камерного типа. Процесс этот относительно дешевый. Связано это в первую очередь с низкой температурой плавления сплавов. Обычно в условиях среднесерийного производства достаточно 26 кВт мощности печи.

При плавке основная сложность заключается в получение химического состава заявленного в государственном стандарте. Любое отклонение от нормы может привести к значительному изменению эксплуатационных характеристик, что в будущем скажется на долговечности подшипника.

По этой причине чушки предварительно очищаются от загрязнений специальными моющими средствами. Далее следует обезжиривание поверхности. И только уже после выполнения всех этих действий баббит помещается в печь.

Ценообразование

Цена баббита складывается из стоимости металлических компонентов, входящих в его состав. В первую очередь, здесь речь идет об олове. Дефицит данного металла в производстве растет, и, соответственно цены на него тоже.

Базой формирования стоимости на металлы для промышленников служат мировые биржи. В последнее время большинство производителей ориентируются на значение котировок Лондонской биржи черных и цветных металлов.

Так же на стоимость влияет объем поставки лома. В случаях крупных партий (свыше 100 кг) пункты приема металлолома делают наценку от 5 до 10%.

Если брать средний значение стоимости баббита по России, то она колеблется в пределах 500-600 рублей за килограмм.

Баббиты

Баббит – искусственно созданный сплав металлов, обладающих разными химическими свойствами. Основу этих сплавов составляют металлы, которые имеют невысокую температуру плавления. К этим металлам относятся свинец, олово, мышьяк и сурьма. Поскольку одни элементы более мягкие, а другие более твёрдые, то получается специфический сплав, обладающий хорошими свойствами, позволяющими снижать коэффициент трения (так называемыми антифрикционными свойствами), износоустойчивостью и долговечностью.

Изобретение таких материалов относится к той категории научных курьёзов, когда основная деятельность изобретателя далека от предмета изобретения. Приоритет изобретения сплавов, которые применяются во многих механизмах, принадлежит Исааку Бэббиту – профессиональному ювелиру. Он запатентовал своё изобретение ещё в 1841 году и даже получил от Конгресса США огромную по тем временам премию – 20000 долларов. Уже через шесть лет он появился в России.

Классификация баббитов

Сегодня хорошо изучены и отработаны следующие марки:

оловянные;
кальциевые;
свинцовые.

Все они производятся в соответствии с ГОСТ. Например, кальциевые баббиты изготавливают на основании ГОСТ 1209-90, баббиты оловянные и свинцовые по ГОСТ 1320-74.

Каждый из трёх марок классифицируется с помощью набора заглавных букв и цифр:

оловянные баббиты имеют маркировку Б83, Б83С, Б88, SAE11, SAE12, ASTM2;
свинцовые баббиты маркируются Б16, БН, БС6, SAE13, SAE14, ASTM7;
кальциевые баббиты маркируются БК2, БК2Ш, БКА.

Основные характеристики и состав

Оценка свойств перечисленных марок производится на основе следующих характеристик:

Полный состав химических элементов сплава.
Физические характеристики сплава.
Литейно — технологические характеристики.
Механические свойства.
Предельно допустимые режимы работы.
Область применения сплава.

По химическому составу они отличаются тем, какой металл был выбран за основу. Так например, оловянный баббит Б83 включает до 85% олова (Sn), до 12% сурьмы (Sb), около 6% меди (Cu). Свинцовый баббит Б16 имеет в своём составе 87% свинца (Pb) и почти 13% сурьмы. Основным металлом в кальциевых баббитах используется свинец: до 96% с добавлением кальция (Ca), около 1%.

Для придания баббитам требуемых свойств в их состав включают твёрдые элементы. К этим элементам относится почти вся группа редкоземельных металлов: кадмий, теллур, сурьма и другие.

Среди физических характеристик наибольший интерес представляют: удельный вес, плотность, сопротивление электрическому току. У всех полученных сплавов эти показатели очень близкие.

Баббит марки Б83

Из литейно-технологических характеристик важную роль играют: температура плавления и температура, при которой необходимо производить заливку сплава в подшипник. Она зависит от дополнительных химических присадок. Например, температура плавления оловянного баббита марки Б83 составляет 370°С, а температура при заливке должна составлять 440°С. Для сплава марки Б16 (свинцовые баббиты) температура плавления составляет 410°С, температура при заливке должна превышать 480°С. Эти примеры наглядно показывают, что при заливке подобных сплавов в подшипник, температура расплава должна быть всегда выше температуры плавления.

Сегодня в промышленных масштабах баббиты производятся либо из руды соответствующих металлов, либо из вторичного сырья, поступающего на переработку. Исходя из технологической целесообразности, баббиты выпускаются в виде слитков. Вес каждого слитка составляет 22 кг. Для борьбы с незаконным производством и организации системы учёта на каждом слитке делают оттиск в виде товарного знака производителя. На нём указывают порядковый номер произведенной плавки по заводскому учёту. Затем эти слитки используют для заливки в подшипники.

К механическим свойствам относят: допустимые размеры изделий, предел прочности заливки при кратковременной нагрузке, относительное удлинение, ударную вязкость и твёрдость.

Оценка предельно допустимых режимов работы производится на основании следующих характеристик: допустимая нагрузка, скорость вращения детали, твёрдость вала вращения, допустимая температура нагрева деталей.

Область применения определённого вида баббита определяется следующими характеристиками: вид нагрузки, удельное давление, круговая скорость, напряжённость работы и предельная рабочая температура.

Область применения

В зависимости от своих индивидуальных свойств каждая разновидность баббита применяется строго в определённых механизмах и машинах. Все они применяются для заливки боковых стенок вала крепления подшипника. Это помогает значительно снизить коэффициент трения, препятствующий нормальному вращению подшипника. Обладая относительно невысокой температурой плавления, удаётся получить хороший эффект при постепенном притирании вращающихся деталей. Он позволяет значительно снизить износ новых элементов подшипников и повысить их срок службы. Кроме этого при вращении подшипника, в баббите образовываются микроканалы. Через них улучшается смазка всех вращающихся деталей.

Каждая марка баббита имеет особую область применения. Например, оловянные баббиты используют тогда, когда обязательно необходима повышенная износостойкость при высоких скоростях вращения. Особенно востребованы подобные марки, когда требуется обеспечить хорошую вязкость, допустимые температурные показатели и низкий коэффициент трения.

Хорошая сопротивляемость коррозии позволяет применять эти виды баббитов в условиях высокой влажности и даже в воде.

Например, рассмотренный выше баббит марки Б83 применяется в подшипниках, работающих на очень высоких скоростях и повышенных динамических нагрузках. Это могут быть высокооборотистые дизельные двигатели, нижние половины так называемых крейкопфных подшипников низкооборотистых дизелей. Кроме этого их применяют в мотылёвых и рамовых подшипниках, а также в подшипниках, которые служат опорой гребных валов на судах.

Свинцовые баббиты лучше всех переносят сильный нагрев. Их применяют в дизельных двигателях автомобилей, тракторов, экскаваторов. Баббиты марки Б16 применяют в подшипниках, размещённых в двигателях электровозов. Их устанавливают на различные путевые машины и в оборудовании, применяемом в тяжёлом машиностроении.

Баббит марки Б16

Кальциевые баббиты применяют на железнодорожном транспорте, для оснащения подвижного состава, как тепловозов, так и грузовых и пассажирских вагонов.

Достоинства и недостатки перечисленных сплавов

Все описанные сплавы обладают определёнными достоинствами и характерными недостатками. Из достоинств можно выделить:

высокие антифрикционные свойства баббитов (противостоят возвратно-поступательным движениям механизмов);
хорошая антикоррозийная стойкость;
высокая износоустойчивость;
повышенная ударная вязкость;
относительно невысокая температура плавления баббита(интервал составляет 240°С — 340°С);
повышенный коэффициент размягчаемости сплава (при температуре 100°С он соответствует норме НВ 9-24);
значительно увеличенная вязкость при ударных нагрузках;
хорошая износоустойчивость;
снижается время, необходимое для приработки отдельных деталей.

Недостатки заключаются в следующем:

низкая прочность, по сравнению с другими сплавами;
невысокая прочность (НВ 13-32);
необходимость применения более прочных оболочек (из чугуна, стали или меди);
низкое сопротивление усталости, что снижает работоспособность подшипника и уменьшает срок его службы;
высокая теплопроводность;
наличие дополнительных присадок из мышьяка, висмута делают данный сплав сложным в утилизации;
для оловянных баббитов, в качестве недостатка можно отметить высокую конечную стоимость подшипника.

Несмотря на приведенные недостатки, баббиты получили широкое распространение во многих областях машиностроения. Их положительные свойства позволяют решать сложные инженерно-технические задачи.

Что такое Баббит — его виды, марки и источники в домашних условиях

Баббит — это сплав из трех составляющих, предназначенный для производства подшипников. Материал образует защитный слой, обеспечивающий надежное прилегание детали, и снижающий износ и трение подшипника в процессе работы узлов и агрегатов.

В качестве составляющих технологическое производство применяет свинец, медь, сурьму и олово в разном соотношении. Химический состав и пропорции напрямую влияют на технические свойства данного антифрикционного материала, а именно температура плавления, рабочая температура заливки, плотность материала, предельно разрешенное давление, а также механическое напряжение.

Под понятием баббитов собраны различные по химическому составу сплавы, играющие роль антифрикционных материалов. Классификация их основана на виде главного элемента.

Виды баббитов

По главному компоненту выделяют три основных разновидности:

свинцовые;
оловянные;
кальциевые баббиты.

Свинцовые баббиты

В качестве мягких металлов основой для свинцовых баббитов служат свинец и сурьма в количестве 87 и 13 процентов соответственно. Это эвтектика (соединение мягких металлов), где в роли твердых частиц выступают кристаллы сурьмы. На них приходится около 5 процентов от общего объёма материала.

Основным назначением баббитов на основе свинца служат подшипники с малой нагрузкой, поскольку основное соединение имеет небольшую эластичность в отличие от аналогов. Свинцовый баббит применяется в высокотемпературных рабочих средах. Примером послужат подшипники и вкладыши прокатных станов, а также двигателей, работающих на дизельном топливе.

Оловянные баббиты

Располагая в качестве основного компонента пластичным оловом, данная категория баббитов является мало восприимчивой к износу и сильному трению. Практика показывает, что антифрикционные материалы с основой из олова служат в два раза дольше свинцовых аналогов.

Учитывая технические показатели материала, он предназначен для подшипников с повышенной нагрузкой. Оловянный баббит–сплав, где в качестве твердой опоры задействованы медь с сурьмой либо никель с кадмием.
Из-за отличных эксплуатационных показателей и низкого коэффициента трения изделия с оловянным баббитом относят к самой дорогой категории.

Кальциевые баббиты

Здесь роль основы выполняет свинец, но оставшийся объём дополняет смесь кальция и натрия. Добавка из этих элементов влечет за собой снижение стоимости изделий, высокую плотность и низкую теплопроводность материала.

Основным минусом кальциевого баббита служит его неустойчивость к окислению. Это понижает износостойкость, и сокращает период полноценной работы подшипников.
Такой баббит используется для вкладышей рам и колесных пар железнодорожных вагонов, некоторых судовых агрегатов, которые подлежат регулярному осмотру и частой замене.

Основные марки баббита и их назначение

Изготовление баббита регламентировано ГОСТ 1320-74. Баббит формируется в чушки, предназначенные для создания антифрикционного слоя и заливки подшипников, вкладышей и прочих деталей.

Маркировка основана на химических компонентах сплава.

Самой ценной с точки зрения сдачи в переработку является баббит Б88, имеющий в составе 88% олова, сурьму и никель в качестве легирующих компонентов, а также кадмий и никель. Применение баббита данной марки ориентировано на механизмы с турбинным вращением (паровые и дизельные двигатели, турбокомпрессоры).
Б83 и Б83С также относят к достаточно дорогим типам вторичного сырья. В составе присутствует около 83% олова, 12% сурьмы, около 6% меди. Литера «С» в маркировке указывает на наличие в составе свинца. Уникальный состав позволяет применять Б83С в качестве твердой смазки в рабочих агрегатах, где действует ударная сила.
Марка Б16 имеет в своем составе от 65 до 70% свинца, содержание олова и сурьмы одинаково (от 15 до 17 %), и около 2% меди. Сплав предназначен для заливки подшипников водного и железнодорожного транспорта, компрессорах, дробильных установках и моторах низкой мощности, паровых турбинах и мельницах трубного или шарового типа.
Баббит БН содержит около 10% олова, свыше 70% свинца, а в качестве дополнительных добавок выступают медь, кадмий, никель, сурьма или мышьяк. Прочные подшипники используют для дизельных компрессоров и генераторов.
Максимальное количество (90%) свинца присутствует в баббите марки БС6. Его применяют в узлах и деталях тракторных двигателей.

Современное производство предлагает большое количество марок с различными вариациями соединений. Каждая добавка изменяет свойства антифрикционного материала.

Никель положительно влияет на износостойкость.
Кадмий повышает устойчивость материала к коррозии.
Медь увеличивает ударную вязкость и твердость.
Сурьма повышает прочность сплавного соединения.

У каждой марки материала своя сфера использования. Из технологических характеристик наиболее важной служит температура плавления и рабочая температура, позволяющая залит антифрикционный материал в подшипник. В промышленном производстве баббит металл производят из руды или вторичного сырья, принятого на переработку. Выпускают его в виде слитков весом в 22 кг.

Лом баббита

Согласно условиям ГОСТ 1639-2009 отходы баббитов относят к категории вторичного олова и сплавов на его основе. Лом может быть нескольких видов.

Кусковой лом включает в себя только оловянные марки материала. Такой баббит добывают из подшипников турбин и дизельных двигателей.
Отходы кусковые с большим содержанием свинца объединяют лом стандартных подшипников и списанные элементы типографского шрифта.
Стружка баббитовых сплавов включает отходы обработки оловянно-свинцовых материалов.
Категория смешанной стружки объединяет марки материала на свинцовой основе.

Кроме того, в качестве вторичного сырья несложно сдать бракованные чушки, осколки от них, а также отходы промышленного производства. В качестве старого лома принимают баббитовые вкладыши, уже не пригодные к использованию по прямому назначению.

К наиболее ценным сортам относят сплавы с большим количеством олова в составе. Необходимо знать, что их цена за килограмм мало отличается от стоимости чистого олова.
Кальциевые баббиты принимают по стоимости лома свинца.

При причине большого разнообразия марок и сложности с их визуальным определением для идентификации сплава требуется спектральный анализ.

Выгодно сдать баббит несложно в приемный пункт, располагающий необходимым оснащением для точного определения концентрации олова в имеющемся сплаве. Спектральный анализ позволит точно определить процентное содержание металлов в сплаве.

Источники лома баббита

Данное вторичное сырьё необходимо искать в первую очередь в ломе различных подшипников и вкладышей. Баббит в быту можно взять в первую очередь из вещей советского производства.

К ним относятся:

старые стиральные машины и центрифуги;
швейные машинки;
миксеры;
мясорубки;
погружные насосы для воды;
коленвал легкового автомобиля.

Кроме того, баббитовые вкладыши применялись на вкладышах коленвала для грузовиков ГАЗ и МАЗ, в подшипниках на старых компрессорах, а также в высоковольтных изоляторах старой конструкции (купол над стеклом или фарфором), предназначенных для высоковольтных воздушных линий.

Свинец и олово относятся к ценным металлам повышенного спроса. Правильно выбрав пункт приема для реализации вторичного сырья, можно получить неплохую прибыль от сдачи лома баббита в переработку.