Цинк и его сплавы. Антифрикционные сплавы, их маркировка и область применения. Олово, свинец и их свойства. (Тема 10)

1. Министерство образования, науки и молодёжной политики Республики Коми

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Презентация курса
(для специальностей 23.01.03 «Автомеханик»,
ТОЭ)
Усинск

2. Тема 10

Цинк и его сплавы.
Антифрикционные сплавы, их
маркировка и область применения.
Олово, свинец и их свойства.

3. Цинк и его сплавы.

• Цинк –вязкий металл голубовато-серого цвета.
• Цинк - металл с небольшой температурой
плавления (419 градусов С) и высокой
плотностью (7,1 г/см3 ).
• Прочность цинка низкая (150 МПа) при
высокой пластичности.
• Цинк
применяют
для
горячего
и
гальванического
оцинкования
стальных
листов, в полиграфической промышленности,
для изготовления гальванических элементов.

4. Цинк и его сплавы.

• Цинк - используют как добавку в сплавы, в
первую очередь в сплавы меди (латуни и
т.д.), и как основу для цинковых сплавов, а
также как типографский металл.
• В зависимости от чистоты цинк делится на
марки ЦВ00 (99,997% Zn), ЦВ0 (99,995% Zn), ЦВ
(99,99% Zn), Ц0А (99,98% Zn), Ц0 (99,975% Zn),
Ц1 (99,95% Zn), Ц2 (98,7% Zn), ЦЗ (97,5% Zn).
• Цинковые сплавы широко применяются в
машиностроении и разделяются на сплавы для
литья под давлением, в кокиль, для
центробежного литья и на
антифрикционные сплавы.

5. Состав, свойства и применение некоторых цинковых сплавов:

• – ЦА4 содержит 3.9-4.3%Al, 0,03-0,06% Mg, временное
сопротивление 250-300 МПа, пластичность 3-6%,
твердость 70-90HB).
• Применяется при литье под давлением деталей, к
которым предъявляются требования стабильности
размеров и механических свойств.
• – ЦАМ10-5Л содержит 9,0-12,4%Al, 4,0-5,5% Cu, 0,030,06% Mg, временное сопротивление не менее 250
МПа, пластичность не менее 0,4%, твердость – не
менее 100HB.
• Из сплава изготавливают подшипники и втулки
металлообрабатывающих станков, прессов, работающих
под давлением до 200-10000 Па.

6. Состав, свойства и применение некоторых цинковых сплавов:

• – ЦАМ9-1.5 содержит 9,0-11,0%Al, 1,0-2,0%Cu,
0,03-0,06% Mg, временное сопротивление не
менее 250 МПа, пластичность не менее 1%,
твердость не менее 90HB.
• Сплав применяют для изготовления разных узлов
трения и подшипников подвижного состава.
• Основными легирующими компонентами
цинковых сплавов являются алюминий, медь и
магний.
• Отливки из цинковых сплавов легко
полируются и воспринимают гальванические
покрытия.

7. Антифрикционные сплавы, их маркировка и область применения.

• Антифрикционные сплавы предназначены для
повышения долговечности трущихся поверхностей
машин и механизмов.
• Трение происходит в подшипниках скольжения между
валом и вкладышем подшипника. Поэтому для
вкладыша подшипника подбирают такой материал,
который предохраняет вал от износа, сам минимально
изнашивается, создает условия для оптимальной смазки
и уменьшает коэффициент трения.
• Исходя из этих требований, антифрикционный
материал представляет собой сочетания
достаточно прочной и пластичной основы, в
которой имеются опорные (твердые) включения.

8. Антифрикционные сплавы, их маркировка и область применения.

• Антифрикционными сплавами служат сплавы на
основе олова, свинца, меди или алюминия,
обладающие специальными антифрикционными
свойствами (табл. 16).
• Антифрикционные свойства сплавов проявляются при
трении в подшипниках скольжения. Это, в первую
очередь, низкий коэффициент трения, хорошая
прирабатываемость к сопрягаемой детали, высокая
теплопроводность, способность удерживать смазку и др.
• Из антифрикционных сплавов наиболее широко
применяют баббит, бронзу, алюминиевые сплавы,
чугун и металлокерамические материалы.

9. Антифрикционные сплавы, их маркировка и область применения.

• Антифрикционные сплавы хорошо прирабатываются в
парах трения благодаря мягкой основе - олову, свинцу
или алюминию.
• Более твердые металлы (цинк, медь, сурьма),
вкрапленные в мягкую основу, способны
выдерживать большие нагрузки.
• После приработки и частичной деформации мягкой
основы в ней образуются углубления, способные
удерживать смазку, необходимую для нормальной
работы пары.
• При трении пластичная основа частично изнашивается, а вал
опирается на твердые включения.
• В этом случае трение происходит не по всей поверхности
подшипника, а смазка удерживается в изнашивающихся местах
пластичной основы.

10. Антифрикционные сплавы, их маркировка и область применения.

11. Антифрикционные сплавы, их маркировка и область применения.

Антифрикционные сплавы, их маркировка и область
применения.
Баббиты - антифрикционные материалы на основе
олова или свинца.
Их применяют для заливки вкладышей подшипников
скольжения, работающих при больших окружных
скоростях и при переменных и ударных нагрузках.
По химическому составу баббиты классифицируют
на три группы:
- оловянные (Б83, Б88),
- оловянно-свинцовые (БС6, Б16) и свинцовые (БК2,
БКА).
Последние не имеют в своем составе олова.

12. Антифрикционные сплавы, их маркировка и область применения.

• Лучшими антифрикционными свойствами обладают
оловянные баббиты.
• Микроструктура оловянно сурьмяномедного баббита
Б83 (рис. 49) состоит из мягкой основы,
представляющей собой твердый раствор на базе
олова. Твердыми частицами являются кубические
включения SnSb и игольчатые кристаллы включений
Cu3Sn.

13. Антифрикционные сплавы, их маркировка и область применения.

• Рис. 49. Микроструктура оловянного баббита Б83 при
200х увеличении:
1 - мягкая основа, 2 - кубические включения, 3 - игольчатые
кристаллы

14. Антифрикционные сплавы, их маркировка и область применения.

Баббиты на основе свинца имеют несколько худшие
антифрикционные свойства, чем оловянные, но они
дешевле и менее дефицитны.
Свинцовые баббиты применяют в подшипниках,
работающих в легких условиях.
В марках баббитов цифра показывает содержание олова.
Например, баббит БС6 содержит по 6% олова и сурьмы,
остальное – свинец.
Для
оловянных
и
оловянно-фосфористых
бронз характерны высокие антифрикционные свойства:
низкий коэффициент трения, небольшой износ, высокая
теплопроводность,
что
позволяет
подшипникам,
изготовленным из этих материалов, работать при
высоких окружных скоростях и нагрузках.

15. Антифрикционные сплавы, их маркировка и область применения.

Алюминиевые бронзы, используемые в качестве
подшипниковых
сплавов,
отличаются
большой
износостойкостью, но могут вызвать повышенный износ
вала. Их применяют вместо оловянных и свинцовых
баббитов и свинцовых бронз.
Свинцовые бронзы в качестве подшипниковых сплавов
могут
работать
в
условиях
ударной
нагрузки.
Латуни по антифрикционным свойствам уступают бронзам.
Латуни используют для подшипников, работающих
при малых скоростях и умеренных нагрузках.
Из-за дефицитности олова и свинца применяют сплавы на
менее дефицитной основе, например алюминиевые
сплавы.

16. Антифрикционные сплавы, их маркировка и область применения.

• Алюминиевые
сплавы
обладают
хорошими
антифрикционными
свойствами,
высокой
теплопроводностью,
хорошей
коррозионной
стойкостью в масляных средах и достаточно
хорошими механическими и технологическими
свойствами.
• Их применяют в виде тонкого слоя, нанесенного на
стальное основание, т. е. в виде биметаллического
материала.

17. В зависимости от химического состава различают две группы сплавов.

1. Сплавы алюминия с сурьмой, медью и другими
элементами, которые образуют твердые фазы в
мягкой
алюминиевой
основе.
Наибольшее
распространение получил сплав АСМ, содержащий
сурьму (до 6,5%) и магний (0,3-0,7%).
Этот сплав хорошо работает при высоких нагрузках и
больших скоростях в условиях жидкостного трения.
Сплав АСМ широко применяют для изготовления
вкладышей подшипников коленчатого вала двигателей
тракторов и автомобилей.

18. В зависимости от химического состава различают две группы сплавов.

• 2. Сплавы алюминия с оловом и медью, например
АО20-1 (20% олова и до 1,2% меди) и А09-2 (9% олова и
2% меди).
Они хорошо работают в условиях сухого и полужидкого
трения и по антифрикционным свойствам близки к
баббитам.
Их используют для производства подшипников в
автомобилестроении.
Для работы в подшипниковых узлах трения применяют
специальные антифрикционные чугуны.
Изготовляют три типа антифрикционного чугуна:
серый, высокопрочный с шаровидным графитом и
ковкий (см. табл. 16).

19. В зависимости от химического состава различают две группы сплавов.

• 2. Сплавы алюминия с оловом и медью, например
АО20-1 (20% олова и до 1,2% меди) и А09-2 (9% олова и
2% меди).
Они хорошо работают в условиях сухого и полужидкого
трения и по антифрикционным свойствам близки к
баббитам.
Их используют для производства подшипников в
автомобилестроении.
Для работы в подшипниковых узлах трения применяют
специальные антифрикционные чугуны.
Изготовляют три типа антифрикционного чугуна:
серый, высокопрочный с шаровидным графитом и
ковкий.

20. Антифрикционный чугун

• Антифрикционный чугун идет на изготовление
червячных зубчатых колес, направляющих для
ползунов и т. п. деталей машин, работающих в
условиях трения.
Металлокерамические сплавы получают прессованием
и спеканием порошков бронзы или железа с графитом (14%). Пористость сплава 15-30%.
• После спекания сплавы пропитывают минеральными
маслами, смазками или маслографитовой эмульсией.
Сплавы хорошо прирабатываются к валу, а наличие
смазки в порах способствует снижению износа
подшипника.

21. В зависимости от химического состава различают две группы сплавов.

• В качестве антифрикционных материалов используют:
• - оловянные бронзы, содержащие 8% олова, и свинцовые
бронзы, содержащие до 30% свинца.
• Из них изготавливают вкладыши для подшипников трения
скольжения, работающих в тяжелых условиях, при больших
удельных давлениях и скоростях;
• - серые и ковкие чугунны – применяются для менее
ответственных вкладышей, работающих при больших
давлениях и малых скоростях.
• В них имеющиеся графитовые включения в чугуне образуют каналы,
удерживающие смазку и играющие роль смазки;
• - оловянные и свинцовые баббиты - они состоят из мягких
пластичных металлов (олово и свинец) с добавками меди,
сурьмы и реже кадмия, никеля и других примесей.

22. В зависимости от химического состава различают две группы сплавов.

• Сплавы бывают:
• а) высокооловянный баббит марки Б83 (10...12% SЬ,
5,5...6,5% Сu,Sn- остальное) применяют для подшипников особо нагруженных машин (паровые турбины,
турбокомпрессоры, электромоторы мощностью
более 750 кВт);
• б) свинцовый баббит марки БН (с добавкой до 0,7%
Сdи 0,5 Ni) - используют для подшипников дизелей,
компрессоров;
• в) свинцовый баббит марки БС6 (6% Sn, 6%SЬ, РЬ —
остальное) - используют для подшипников
тракторных и автомобильных двигателей,
паровых турбин, редукторов.

23. Металлокерамические твердые сплавы, их маркировка и область применения.

• Металлокерамические твердые сплавы применяют в
виде пластинок к режущему инструменту и
инструменту для буров при бурении горных пород,
а также в виде фильер для волочения.
• Некоторые мелкие режущие инструменты (сверла,
развёртки, фрезы) изготовляют целиком из
твердых сплавов.
• Эти сплавы очень тверды (82…92HRA) и способны
сохранять режущую способность до температур
1000… 1100°С.
• Металлокерамические твердые сплавы представляют
собой композиции, состоящие из особо твердых
тугоплавких соединений в сочетании с вязким связующим
металлом (кобальтом).

24. В зависимости от состава карбидной фазы твердые сплавы разделяют на три основные группы:

- вольфрамовую (однокарбидные сплавы WС - Со (типа
ВК)),
- титано-вольфрамовую (двухкарбидные сплавыWC- ТiССо (типа ТК)),
- титано-тантало-вольфрамовую (трехкарбидные
сплавыWC- ТiС- ТаС- Со (типа ТТК)).
Сплавы первой группы имеют следующие марки:
• -ВК3, ВК3М, ВК4, ВК6, ВК6М, ВК8 – обработка металла,
пластмасс и камня;
• -ВК15 - режущие инструменты по дереву;
• -ВК6, ВК6В, ВК4В, ВК8, ВК11В, ВК15 - армирование
горного инструмента;
• -ВК6, ВК8, ВК15 - фильеры и матрицы для волочения и
прессования;
• -ВК15, ВК20, ВКЮКС, ВК20К, ВК20КС - штампы.

25. В зависимости от состава карбидной фазы твердые сплавы разделяют на три основные группы:

• Сплавы второй группы имеют следующие марки:
• Т30К4, Т15К6, Т5К10, Т5К12, Т14К8 – обработка
резанием металла, камня.
• Сплавы третьей группы имеют следующие марки:
• ТТ7К12, ТТ7К15, ТТ8К6, ТТ20К9 - черновая и чистовая
обработка труднообрабатываемых материалов.
• Примеры расшифровки марок металлокерамических
твердых сплавов:
• ВК6 – содержит 6 % кобальта, остальное карбид
вольфрама (94 %).
• Т15К6 - содержит 6 % кобальта, 15 % карбида титана,
остальное карбид вольфрама (79 %).
• ТТ7К12 - содержит 12 % кобальта, 7 % карбида титана и
карбида тантала, остальное карбид вольфрама (81 %).

26. В зависимости от состава карбидной фазы твердые сплавы разделяют на три основные группы:

• Буква М обозначает мелкозернистую структуру и поэтому более
высокую износоустойчивость в сравнении с теми же марками нормальной зернистости; буквы В или КС в конце маркировки определяют более высокие эксплуатационную прочность и сопротивление
ударам и выкрашиванию за счет крупнозернистой структуры; буква О
указывает на содержание 2 % карбида тантала, что несколько
увеличивает твердость и износостойкость сплава.
• Для изготовления металлокерамических твердых сплавов порошкообразные составляющие тщательно перемешивают и смесь
прессуют под давлением от 100 до 420 МПа. Полученные прессовки
спекают в электропечах при температуре 1500 °С в атмосфере
водорода или в вакууме. При спекании связующий металл (кобальт)
расплавляется и, обволакивая зерна карбидов, связывает

27. Контрольные вопросы

• 1. Где применяют деформируемые алюминиевые сплавы?
2. Как улучшают механические свойства литейных
алюминиевых сплавов?
3. Назовите основные группы медных сплавов.
4. Как маркируют латуни?
5. Что такое бронзы и как их маркируют?
6. Какими особыми свойствами обладают сплавы меди с
никелем?
7. Назовите свойства, характерные для титановых и
магниевых сплавов.
8. Как маркируют оловянно-свинцовые припои?
9. Где применяют цинковые сплавы?
10. В чем заключается антифрикционность сплавов

28. Сплавы Cu

Латуни
Бронзы

29. Марки латуней: Л68, ЛК80-3, ЛЖМц59-1-1

30. Рис. 41. Диаграмма состояния системы Cu-Zn и влияние содержания цинка на механические свойства латуни

31. Рис. 42. Микроструктура α – и α + β -латуни

32. Марки бронз: Бр. ОФ10-1, Бр. Б2, Бр. АЖМц10-3-1,5

33. Сплавы Al

Деформируемые Литейные

34. Марки деформируемых алюминиевых сплавов: Д16, АМц, АМг2

35. Марки литейных алюминиевых сплавов: АК12, АК9

36. Марки сплавов титана: ВТ3-1, ВТ5-1, ОТ4-1

37. Марки магниевых сплавов: МА5, МЛ8

38. Марки сплавов цинка: ЦА4, ЦАМ4-1, ЦАМ15