Удельный вес баббита, его свойства, марки, а также таблица значений

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.

Описание

Баббит Б16 применяется: для изготовления чушки, применяемой для заливки подшипников и других деталей; моторно-осевых подшипников электровозов, путевых машин, деталей паровозов и другого оборудования тяжелого машиностроения (подшипников шестеренных клетей прокатных станов, дробилок, шаровых и трубных мельниц); в двигателестроении и металлургическом машиностроении (для заливки опорных подшипников паровых турбин, судовых и стационарных паровых машин мощностью до 1200 л. с., локомобилей, гидротурбин, электровозов, электродвигателей мощностью до 270 квт., генераторов мощностью до 500 квт., компрессоров мощностью до 500 л.с., подъемных машин мощностью до 1800 л.с.

Примечание

При комнатной температуре баббит хрупок, в подшипниках при ударных нагрузках дает трещины и выкрашивается. Коэффициент трения баббита без смазки 0,25, со смазкой — 0,006. Максимальная допустимая скорость вращения — 6 м/сек. Максимально допустимая нагрузка: статическая — 150 кгс/см2, динамическая — 500 кгс/см2 сек. Максимальная температура нормальной работы подшипника — +110 °С. Рекомендуемая толщина заливки ≥1,00 мм.

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 кг\м3. 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 м\с. 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.

Химический состав

Pb — основа. Суммарное содержание примесей по ОСТ 24.916.01-71 должна быть ≤ 0,60 %. Допускается наличие кадмия до 0,10 % и никеля до 0,50 %. Содержание олова по ОСТ 24.916.01-71, СТП М320-74 и СТП М320-2003 не должно превышать содержания сурьмы.

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.

Точка зрения общепринятого стандарта на лом баббита

Установленные документом ГОСТ 1639-2009, отходы соединения, попадают под категории вторичного олова и его сплавов:

1. Кусковой лом баббитов. Категория содержит исключительно оловянные марки сплава. Основные составляющие вторичного металла: дизельные и турбинные подшипники.
2. Кусковые отходы с высоким содержанием свинца. Стандартный лом подшипников дополняют использованные элементы типографского шрифта.
3. Стружка оловянно-свинцовых сплавов. Данная группа включает только отходы обработки оловянных баббитов.
4. Стружка смешанная. В ней представлены марки свинцовой вариации соединения.

Естественно, основную материальную ценность среди лома баббитов представляют его сорта с высоким содержанием олова. Стоимость за килограмм такого лома приближается к расценкам чистого металла.

В силу разнообразия марок сплава, а также невозможности визуально отличить различные виды баббита, нередко применяется спектральный анализ. Пункты приема цветного металлолома, оснащенные специальным аналитическим оборудованием, позволяют точно установить концентрацию олова, что может сказаться положительно на итоговой цене принимаемого лома баббита.

Общая характеристика

В периодической системе элементов Д. И. Менделеева Ti расположен в IV группе 4-го периода под номером 22. В важнейших и наиболее устойчивых соединениях металл четырехвалентен. По внешнему виду напоминает сталь. Очень распространен в природе. Его содержание в земной коре выше, чем меди, свинца и цинка.

Относительная молекулярная масса вещества показывает, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода. Титан в свободном состоянии существует в виде одноатомных молекул Ti. Значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 47,867.

К основным механическим свойствам титановых сплавов относят:

1. Стойкость к коррозийным процессам. Превосходит по этому свойству стали. Не корродирует в воздухе, морской воде, влажном хлоре и других технологических растворах и реагентах, поэтому материал незаменим в химической, целлюлозно-бумажной, нефтяной промышленности.
2. Легковесность. Востребован там, где нужно очень легкое вещество, выдерживающее большие нагрузки и сверхвысокие температурные диапазоны — авиа-, ракетостроение.
3. Высокую удельную прочность. Показатель примерно в 2 раза выше железа и в 6 раз — алюминия. При растяжении предел прочности — 300–450 МПа, но его можно увеличить до 2 000 МПа посредством закалки, старения и примеси некоторых элементов. При этом материал сохраняет прочностные характеристики даже под воздействием низких температур.
4. Парамагнитность. В магнитном поле он не намагничивается, но и не выталкивается из него.
5. Низкую теплопроводность. При комнатной температуре в среднем составляет — 18 Вт/(м·град). По мере нагревания показатель увеличивается. Температурное расширение в 3 раза меньше железа и в 12 алюминия.
6. Удовлетворительную технологическую пластичность некоторых сплавов. В горячем состоянии получают различные полуфабрикаты — листы, прутки, штамповки, профили и др. При этом механическая обработка вызывает много сложностей.

Таким образом, металл хорошо сочетает прочность и пластичность, но большинство механических свойств определяет содержание примесей. На формирование структуры решающее значение оказывают полиморфные превращения. Это играет важную роль при термической обработке деталей в соответствии с требованиями чертежа.

Стоимость баббита

Рассмотрим стоимость данного сплава на территории РФ. Цена напрямую зависит от свойств баббита, от его марки. Так, средняя цена свинцового баббита Б16 — около 350 тыс. рублей/тонна. Стоимость сплава марки Б83 — около 1,3 млн рублей/тонна.

Если рассматривать рынок вторсырья, то 1 кг баббитового металлолома можно сдать за максимальную цену 500-600 руб./кг. В основном подобные сплавы выкупают для их последующей утилизации, ведь более ненужные подшипники могут нанести непоправимый вред экологии, так как кадмий, свинец, сурьма — это в прямом смысле слова яды для окружающей нас природы.

Смотреть галерею

Баббитовые сплавы — далеко не современное изобретение. Однако они и в наши дни все так же актуальны в механике, а именно — в производстве подшипников. Наблюдается это из-за того, что именно баббиты долговечны, износоустойчивы, быстро и плотно притираются к детали, обеспечивают бесшумность при трении и, благодаря своей низкой теплопроводности, исключают перегрев двигателя. Кроме того, производители предлагают десятки различных марок баббитов, каждая из которых соответствует определенной разновидности как подшипника, так и целого двигателя машины.

Преимущества и недостатки

К плюсам этого сплава, помимо низкого коэффициента трения и износоустойчивости, относят и легкоплавкость. Температура плавления баббита составляет всего 240 оС. Также преимуществами этого металла являются:

• способность противостоять не только вращательным, но и возвратно-поступательным движениям;
• стойкость к коррозии;
• высокая степень теплопроводности;
• повышенная размягчаемость при температуре выше 100 С;
• высокая степень ударной вязкости.

Имеет заливка баббитом внутренних частей подшипников и еще одно преимущества. В этом металле, помимо всего прочего, образуются микроканальцы, по которым к трущимся элементам поступает смазка.

Недостатков у этого сплава практически не имеется. Однако один, довольно-таки серьезный минус у него все же есть. К сожалению, баббит — это металл, не отличающийся особой прочностью. Именно поэтому подшипники из него целиком не изготавливают. Корпус этих элементов делают из более прочных металлов — чаще всего из стали.

Таблица удельного веса баббита

Так как, баббит является сложным материалом, рассчитать его удельный вес в полевых условиях самостоятельно не представляется возможным. Эти вычисления проводят в специальных химических лабораториях. Однако, при этом средний удельный вес баббита известен и равен от 7,3 до 10,1 г/см3.

Для упрощения подсчетов ниже представлена таблица с значениями удельного веса баббита, а также такого параметра, как вес баббита в зависимости от единиц исчисления.
Удельный вес и вес 1 м3 баббита в зависимости от единиц измерения

Оборудование

Какое оборудование используется для заливки подшипников баббитом? Для этого производят специальные комплекты оборудования, например, КО-2, на котором подшипники изготавливаются методом центробежного литья.

Этот комплект выпускают в нескольких модификациях:

• МПС — для заливки подшипников скольжения 8ТН.263.028 и 8ТН.263.029;
• D360 x L310 — для заливки подшипников скольжения с наружным диаметром до 360 мм, внутренним диаметром от 40 мм и длиной до 310 мм;
• D950 x L500 — для заливки подшипников скольжения с внешним диаметром до 950 мм, внутренним диаметром от 60 мм и длиной 500 мм.

Использование специального оборудования позволяет заливать баббит более аккуратно, без перерасхода и дефектов.

Читать также: Измерение сопротивления изоляции двигателя мегаомметром

Для выплавки баббита из вкладышей старых подшипников также выпускаются специальные печи, например, камерные типа ПКН разного размера и мощности:

• ПКН-0,6-2000 мощностью 100 кВт,
• ПКН-0,6-180 мощностью 26 кВт.

Печи сделаны из огнеупорных материалов, а в качестве нагревателей используются спирали из проволоки суперфехраль. Они оборудованы поддоном для установки вкладышей подшипников и лотком для слива расплавленного баббита.

Для заливки сплава во вкладыши подшипников применяются и другие типы печей, например, ППН с нижним клапаном разлива. В такие печи помещают тигели с баббитом. Они также нагреваются электрическими нагревателями. Такие печи имеют канал для аварийного слива, управляются с пульта, на котором задаются режимы работы. Печи типа ППН позволяют дозировано разливать баббит во вкладыши подшипников.