?
«ВМС»металлообработка
и инструмент
Время в Москве: --:--[email protected]
ул. Электродная, д. 9, стр. 2
Главная » Статьи » Металлы и сплавы » Бронза и латунь: антифрикционные сплавы

Бронза и латунь: антифрикционные сплавы

Рубрика: Металлы и сплавы

Медные сплавы — бронзы и латуни — работают там, где сталь по стали трётся плохо: во втулках, вкладышах подшипников скольжения, гайках ходовых винтов, червячных колёсах, направляющих и уплотнениях. Их ценят за низкий коэффициент трения, способность прирабатываться и не задирать вал, за коррозионную стойкость и теплопроводность. Но «бронза» — понятие широкое, и неверно выбранный сплав может как прослужить десятилетиями, так и выйти из строя за несколько смен.

Что такое антифрикционный материал

Антифрикционными называют материалы для деталей, работающих в паре трения скольжения. Их задача — обеспечить малые потери на трение, низкий износ самой детали и сопряжённого вала, а также отсутствие задиров и схватывания при кратковременном нарушении смазки.

Требования к антифрикционному сплаву:

Идеальная структура антифрикционного сплава — мягкая пластичная основа с вкраплениями твёрдых частиц. Твёрдые включения воспринимают нагрузку, а между ними в мягкой основе образуются микрорезервуары для смазки. Именно такую структуру имеют оловянные и оловянно-фосфористые бронзы.

Бронза и латунь: в чём разница

Латунь — сплав меди с цинком, иногда с добавками свинца, алюминия, марганца, железа, кремния. Маркируется буквой «Л» и числом, показывающим содержание меди: Л63 содержит около 63 % меди, остальное цинк. В многокомпонентных латунях указывают дополнительные элементы: ЛС59-1 — 59 % меди и около 1 % свинца.

Бронза — сплав меди с любыми элементами, кроме цинка как основного: оловом, алюминием, свинцом, бериллием, кремнием. Маркируется буквами «Бр», затем буквами элементов и цифрами их содержания: БрО10Ф1 — 10 % олова и 1 % фосфора, БрАЖ9-4 — 9 % алюминия и 4 % железа.

Основные обозначения легирующих элементов в медных сплавах:

БукваЭлементБукваЭлемент
ООловоЖЖелезо
ЦЦинкМцМарганец
ССвинецННикель
ААлюминийББериллий
ФФосфорККремний

Медные сплавы делят также на литейные (для отливок втулок, вкладышей, венцов) и деформируемые (пруток, лист, лента, трубы). Литейные бронзы обычно содержат больше легирующих элементов и свинца, а деформируемые — более пластичны.

Оловянные бронзы

Оловянные бронзы — классический антифрикционный материал. Олово образует в меди твёрдую дельта-фазу, которая и формирует идеальную для трения гетерогенную структуру.

Оловянно-фосфористые: БрО10Ф1

БрО10Ф1 — одна из лучших антифрикционных бронз. Фосфор раскисляет сплав и образует дополнительные твёрдые фосфиды. Сплав выдерживает высокие удельные нагрузки и скорости скольжения, хорошо работает в паре с закалённой сталью. Применяется для червячных колёс, ответственных втулок, вкладышей подшипников, гаек ходовых винтов, шестерён.

Оловянно-цинково-свинцовые: БрО5Ц5С5, БрО6Ц6С3, БрО3Ц7С5Н1

Литейные бронзы с меньшим содержанием олова, частично заменённого цинком, и добавкой свинца. Свинец не растворяется в меди и образует мягкие включения, которые играют роль твёрдой смазки при недостатке масла и улучшают обрабатываемость. Применяются для втулок, вкладышей, арматуры, работающих при средних нагрузках. БрО5Ц5С5 — самая массовая марка для подшипников скольжения общего машиностроения.

Оловянно-свинцовые: БрО10С10, БрО5С25

Сплавы с высоким содержанием свинца хорошо работают при ударных нагрузках и нестабильной смазке, обладают отличной прирабатываемостью. БрО10С10 применяют для вкладышей тяжёлых машин, прокатных станов, двигателей. Прочность у них ниже, поэтому их часто используют в виде слоя на стальной основе — биметаллических вкладышей.

Деформируемые: БрОФ6,5-0,15, БрОЦ4-3

Применяются в виде прутков, лент и проволоки. БрОФ6,5-0,15 — для втулок, прокладок, деталей, работающих на трение; БрОЦ4-3 — для пружин, мембран и токопроводящих упругих элементов.

Безоловянные бронзы

Олово — дорогой и дефицитный металл, поэтому для многих задач разработаны бронзы без олова. Некоторые из них превосходят оловянные по прочности.

Алюминиевые: БрА9Мц2Л, БрАЖ9-4, БрАЖН10-4-4

Алюминиевые бронзы содержат 5–11 % алюминия и добавки железа, марганца, никеля. Они значительно прочнее оловянных (предел прочности до 600–700 МПа у БрАЖН10-4-4), обладают высокой коррозионной стойкостью, в том числе в морской воде, кавитационной и износостойкостью. Сплавы с содержанием алюминия выше 9 % упрочняются закалкой и отпуском.

Применение: тяжелонагруженные втулки, шестерни, червячные колёса при низких и средних скоростях, гайки нажимных винтов, седла клапанов, детали насосов и гребных винтов. Ограничение — меньшая прирабатываемость и повышенная склонность к схватыванию при недостатке смазки по сравнению с оловянными бронзами. Вал в паре с алюминиевой бронзой желательно закаливать до 45 HRC и выше.

Свинцовые: БрС30

Сплав меди с 30 % свинца — материал вкладышей быстроходных и тяжелонагруженных подшипников двигателей и компрессоров. Обладает высокой теплопроводностью и сопротивлением усталости, но прочность самого сплава низкая, поэтому его заливают тонким слоем на стальную ленту.

Бериллиевые: БрБ2

Бериллиевая бронза после закалки и старения достигает предела прочности 1100–1300 МПа и твёрдости 350–400 HV — уровня закалённой стали. Применяется для пружин, мембран, контактов, а также для износостойких втулок и деталей, работающих при высоких нагрузках. Ещё одно свойство — искробезопасность: из БрБ2 делают инструмент для взрывоопасных производств. При механической обработке требуется соблюдение мер безопасности из-за токсичности пыли бериллия.

Кремнистые: БрКМц3-1

Кремнемарганцевая бронза — прочная, упругая, коррозионностойкая. Используется для пружин, деталей арматуры, направляющих втулок клапанов, деталей, работающих в агрессивных средах.

Латуни в узлах трения

Двойные латуни Л63, Л68 в узлах трения практически не применяют — они мягкие и склонны к схватыванию. Однако многокомпонентные латуни с марганцем, железом, алюминием и свинцом обладают хорошими антифрикционными свойствами и стоят дешевле бронз.

Отдельная проблема латуней — обесцинкование в агрессивных средах и коррозионное растрескивание под напряжением в присутствии аммиака. Для деталей, работающих во влажной атмосфере под нагрузкой, латуни подвергают низкотемпературному отжигу для снятия напряжений.

Токарная обработка бронзовой втулки

Сравнение антифрикционных медных сплавов

МаркаТипПредел прочности, МПаДопустимая нагрузкаПрирабатываемостьТипичное применение
БрО10Ф1Оловянно-фосфористая220–300ВысокаяОтличнаяЧервячные колёса, ответственные втулки
БрО5Ц5С5Оловянно-цинково-свинцовая150–200СредняяОтличнаяВтулки, вкладыши общего назначения
БрО10С10Оловянно-свинцовая180–250Средняя, ударнаяОтличнаяВкладыши тяжёлых машин
БрАЖ9-4Алюминиево-железистая500–550Очень высокаяСредняяТяжелонагруженные втулки, гайки
БрАЖН10-4-4Алюминиево-железоникелевая600–700Очень высокаяСредняяСедла клапанов, шестерни, втулки
БрБ2Бериллиевая1100–1300 после старенияОчень высокаяНизкаяПружины, износостойкие детали
ЛЦ40Мц3ЖМарганцево-железистая латунь450–500СредняяХорошаяВтулки, гайки, арматура

Проектирование узла трения с бронзовой деталью

Параметр pV

Работоспособность подшипника скольжения оценивают по произведению удельного давления p на скорость скольжения V. Каждый сплав имеет допустимое значение pV, при превышении которого начинается перегрев и задир. Оловянные бронзы с фосфором допускают наибольшие значения при хорошей смазке, свинцовые — при нестабильной смазке, алюминиевые — при высоком давлении и малой скорости.

Вал и смазка

Посадка втулки в корпус

Бронзовые втулки обычно запрессовывают в стальной или чугунный корпус с натягом. После запрессовки внутренний диаметр уменьшается, поэтому окончательную обработку отверстия часто выполняют уже после посадки — развёртыванием или расточкой. Для работы при повышенных температурах натяг увеличивают либо дополнительно фиксируют втулку стопорным винтом.

Важно. При замене бронзовой втулки на «аналог» обращайте внимание не только на марку, но и на способ получения заготовки. Центробежное литьё и непрерывное литьё дают плотную мелкозернистую структуру, а песчаное литьё может содержать пористость, которая при больших нагрузках становится очагом усталостного разрушения.

Механическая обработка медных сплавов

Свинцовые бронзы и латуни (ЛС59-1, БрО5Ц5С5) обрабатываются очень легко: стружка ломается, поверхность получается чистой, допустимы высокие скорости резания. Алюминиевые бронзы и бериллиевая бронза после старения обрабатываются тяжелее — они прочнее и дают сливную стружку, поэтому требуют твёрдосплавного инструмента и охлаждения.

Общие рекомендации:

точение втулок и вкладышей, растачивание, нарезание резьбы ходовых гаек, фрезерование зубьев червячных колёс, развёртывание

Мы изготавливаем бронзовые и латунные втулки, вкладыши, гайки, червячные венцы по чертежам и образцам — подробнее в разделе запчастей.

Как выбрать сплав для пары трения

  1. Высокая скорость, хорошая смазка, ответственный узел — БрО10Ф1.
  2. Средние нагрузки, общепромышленное применение — БрО5Ц5С5, БрО6Ц6С3.
  3. Ударные нагрузки, нестабильная смазка — БрО10С10, БрС30 в биметалле.
  4. Высокое давление, малая скорость, морская вода — БрАЖ9-4, БрАЖН10-4-4.
  5. Экономичный вариант для средних нагрузок — ЛЦ40Мц3Ж, ЛЦ38Мц2С2.
  6. Максимальная прочность и упругость — БрБ2.

Выводы

Бронзы и латуни остаются основными материалами для подшипников скольжения и других узлов трения. Оловянные бронзы обеспечивают лучшую прирабатываемость и работают при высоких скоростях, свинцовые выдерживают тяжёлые условия смазки, алюминиевые — высокие давления и агрессивные среды, многокомпонентные латуни предлагают экономичное решение для средних нагрузок. Выбор сплава всегда нужно рассматривать в паре с валом: его твёрдость, шероховатость и система смазки определяют ресурс не меньше, чем марка бронзы.

Если нужно изготовить втулку, вкладыш или червячное колесо по чертежу или образцу, а также подобрать материал под условия работы, отправьте заявку — специалисты ответят на вопросы и рассчитают стоимость.

Отправить заявку

« Предыдущая статья Следующая статья »