Избор материјала потисног лежаја никада није случајан. Легура одређује оптерећење које површина може издржати пре савијања. Такође одређује брзину којом уљни филм остаје одговарајуће дебљине. Одређује колико чврсте честице прљавштине могу гурнути површину, а не изгребати осовину. АПотисни лежај од калајне бронзенаправљени су од система бакра{0}}калаја. У фабрикама се користи од 19. века. Али специфични избори мешавине унутар система-колико калаја, колико олова, колико фосфора, ако је додат цинк-могу дати вашем лицу веома различит интензитет и понашање при трљању. Овај рад ће описати од чега је мешавина направљена, зашто сваки метал постоји и како промене у смеши мењају начин рада лежајева.
Бинарни систем бакар-калај: основа легуре
Калајна бронза је у основи чврста мешавина калаја раствореног у бази бакра. бакарна основа била је обликована као коцка са језгром лица. У стабилном стању, калај се може растворити само у бакру на собној температури са растворљивошћу од око 1 теж.%. Али легуре лежаја обично садрже 8-12 теж.% калаја. Овај додатни лим остаје у мешавини док се у производњи користе брзине ливења и хлађења, спречавајући метал да се врати у стабилно стање. Дакле, лим остаје у облику чврстог раствора алфазе у целој смеши.
Массалски (1990) је направио бољи посао мапирања фазе бакра-калаја у каснијим ЦАЛПХАД студијама, показујући три важне фазе ливене легуре:
-фаза: Ово је чврста мешавина{1}}богата бакром која чини главно тело. Мекана и савитљива. Такође даје лежајевима могућност да мењају облик и дозвољавају улазак прљавштине. Због тога легуре лежаја могу да поднесу сударе површине осовине.
δ-фаза (Цу31Сн8): је интерметал богат калајем-који се формира на ивици зрна док се метал полако хлади. На 8–12% калаја, делтафаза је обавезна да се формира. Ова фаза је тврда и крхка. Њен положај унутар алфазе контролише способност легуре да издржи поновљена напрезања.
ε-фаза (Цу3Сн) и η-фаза (Цу6Сн5): Ово су други интерметали који се јављају на контактним тачкама и на ивици честица под одређеним условима хлађења. Када имају само мали део, повећавају површинску тврдоћу без смањења превелике флексибилности.
Механички резултат додавања више калаја је скоро линеарни пораст напетости и крутости. Ово се постиже солидним-побољшањем раствора. Али у исто време, што је више δ- фаза, мање су савитљиве. Граница течења пешчане-ливене калајне бронзе је обично 120–145 МПа и 60 – 80 ХБ при 10% масеног калаја (АСМ Интернатионал, 1990).
Стандардне класе легуре које се користе у апликацијама потисних лежајева
Удружење за развој бакра и АСТМ наводе неколико мешавина калајне бронзе које се користе у лежајевима. Најчешћи разреди потисног посла су:
Ц90300 (88-0-4): 88% Цу, 8% Сн, 0% Пб, 4% Зн. Цинк се додаје углавном да би се уклонио кисеоник и смањиле рупе од одливака од песка. Тврдоћа по Бринелу је 65–75 ХБ и затезна чврстоћа 275 – 310 МПа. Ово је основна комбинација конвенционалног потисног посла без потребе за оловом (АСТМ Б505).
Ц90500 (88-10-0-2): 88% Цу, 10% Сн, 0% Пб и 2% Зн. Већа количина калаја повећава крутост на 75-85ХБ и омогућава лежајевима да дуже трају под предњим и задњим контактом. Нешто је мање интегрисан од Ц90300.
Ц90700 (89-11-0-0): Садржи 89% Цу, 11% Сн, олово и цинк. Ова безоловна мешавина високог калаја даје вам најтврђу стандардну калајну бронзу, тежине 80–90 ХБ. Користи се у пословима потиска, где је улазак прљавштине мање важан од отпорности на хабање под високим контактним притисцима.
Ц93200 (83-7-7-3): 83% Цу, 7% Сн, 7% Пб, 3% Зн. Ово је оловна калајна бронза. Технички, то је друга породица легура, али каталози лежајева га упарују са лименим бронзама. Главни део (о коме се говори у следећем одељку) мења доста понашања трљања.
Улога олова: Резервоар мазива у матрици
Олово се не може мешати са бакром. Како се метал стврдњава, претвара се у ситне капљице. Ове капљице се шире кроз објекте у алфафази. Оловни привесци обављају два посла-у вези са отпадом. Прво, при првом контакту, размазују се по површини лежаја. Ово омогућава танком, глатком слоју да се покрене и под условима ниске потрошње горива. Затим формирају мале рупе на површини. Између нормалних циклуса подмазивања уљем, ове рупе могу да складиште уље за касније.
У Ц93200, капи Пб су довољне да смање суво трење за око 20-30% при 7 теж. процента олово, док су безоловне смеше смањене за око 20-30% при истом оптерећењу и брзини (Стацховиак & Батцхелор, 2014). Недостаци су ниже повлачење (Ц93200 је обично Ц93200 220 – 240 МПа, Ц90300 је обично 275–310 МПа) и краћи век предњег и задњег савијања.
Олово има мало додатног трења за потисне лежајеве од калај-бронзе који увек раде изнад брзине филма у систему за подмазивање уљем. Уљни филм делује на раздвајање површина. Олово је важно када се укључује, искључује или укључује, или када је потрошња горива мала. То укључује -окретне осовине мале брзине, куке за кран и клинове хидрауличних цилиндара. За брз, непрекидан потисак, мешавине без олова-са фосфором- бронзаним особинама су обично боља опција.
Фосфор: деоксидација и јачање
Фосфор се додаје растопљеној калај бронзи, углавном за избацивање кисеоника. Додаје се као матична легура бакра и фосфора (обично 8–15% П). Када се метал топи, фосфор се прво везује за растворени кисеоник да би формирао дифосфат пентаоксид. Плута на шљаци и носи се. Ово уклања комадиће оксида из одливака. Ово чини лежај јачим под сталним напрезањем јер елиминише могуће пукотине.
Када фосфор остане растворен након уклањања кисеоника --обично у процентима тежине 0.10 --0.35 -- он расипа мале честице Цу3П око ивице зрна. Овај ефекат очвршћавања повећава тврдоћу за 5–15 ХБ, чинећи модул еластичности нешто вишим од смеше без фосфора. Легуре које намерно садрже више од количине додатног фосфора потребног за деоксигенацију називају се фосфорне бронзе ((Ц51000–Ц52400 серије према АСТМ Б103). Оне се не зову калајне бронзе. Али у практичном инжењерству разлика је у количини, а не у типу. Обе користе специфичне Цу и прихватају називе Цу. Многи од њих су пхоспхорн баланс (АСТМ Б103).
Цинк: смањење порозности и економичност
Додавање цинка у количини од 2 – 4 теж.% смањује температуру топљења калајне бронзе, омогућавајући течном металу да боље тече када се сипа. Ово смањује рупе за скупљање у одливцима од песка и центрифуге. Ово је главни посао цинка у легурама лежајева. На овом ниском нивоу, не повећава чврстоћу метала.
Када нивои цинка пређу 4 теж.%, ризик од испирања у води или киселој средини је већи. Због тога, рад лежаја који је изложен течности за сечење на бази воде- или киселој минералној води тежи да бира смеше без цинка или са ниским садржајем цинка. Они прихватају нешто већи ризик од бушења, или га компензују ливењем центрифугирањем уместо ливењем у статични песак (Таиллард ет ал., 2007, цитирано у Цоппер Девелопмент Ассоциатион, ЦДА Публицатион 144).
Процес ливења и његов утицај на хомогеност композиције
Расподела калаја на ливењу је другачија осим ако не можете да контролишете процес ливења. Главни проблеми са структуром калаја код одливака од калајне бронзе су што је мање калаја у централном делу, а више калаја на ивици зрна. Што су делови дебљи, то је спорија брзина хлађења, а што је већи садржај калаја, ефекат бојења је лошији.
Спирално ливење је главна метода за производњу шкољки кружних лежајева и потисне подлошке. Сила окретања током очвршћавања гура тежу фазу ка споља. За калајну бронзу (густина око 8,8 г/цм3) мала количина калаја се акумулира на спољној ивици. На потисним заптивкама, ова спољна ивица је површина за утовар. ИСО 1083 (сфероидно графитно гвожђе) даје основну методу за мерење микроструктура. Конкретно за калајну бронзу, АСТМ Б505 стандардна спецификација за континуалне ливене легуре на бази бакра- поставља правила мешања и чврстоће за ливене шипке и цеви. Од ових материјала се обично секу потисне подлошке.
Загревање на температурама од 400–450 степени у трајању од 2-4 сата изједначава структуру и редукује језгра. Ово омогућава ширење калаја кроз алфафазу. Ово чини тврдоћу целог дела уједначенијим. Ова термичка обрада је нормална за траку од фосфорне бронзе (Ц51000), али је мање уобичајена за легуре за ливење лежајева. Осим ако вас резултати теста интензитета не натерају да то урадите, цену је тешко доказати.
Механичке и триболошке особине: бројеви који су важни
Максимални дозвољени контактни притисак (П): За Ц90300 подмазан пуним-уљем, граница статичког притиска је обично 48 – 55 МПа (7.000–8.000 пси) према АСТМ Б505 подацима. Стварни радни притисак пада на 10 – 20 МПа уз напред-и-назад или мало излагање уљу.
Фотонапонска граница: Производ притиска лежишта П (МПа) и брзине клизања В (м/с) представља укупно топлотно и механичко оптерећење на површини лежаја. За безоловну калајну бронзу која се користи у операцијама подмазивања уљем, ПВ границе од 2,0–3,5 МПа·м/с су нормалне. Оловни Ц93200 ниска граница течења од 1,5–2,5 МПа·м/с под истим условима. Ово је тачно иако има боље трљање-уља (Кхонсари & Боосер, 2008).
Уградња: Меки објекти у алфафази дозвољавају чврстим честицама прљавштине да потоне испод површине лежаја. Ово их спречава да остану на шахту као агенција треће стране. Обична калајна бронза има тврдоћу лимене бронзе од 65–85 ХБ, што је чини много мекшом од каљених челичних осовина о које трљају (обично 55-65ХРЦ=595–832 ХВ). Ова мекоћа је неопходна за рад уградње.
Чврстоћа на замор: Граница замора 107-недељног Ц90500 је око 90–110 МПа при поновљеном савијању (АСМ Специалти Хандбоок, 1990). Поређења ради, олово Ц93200 има температуру од 70–90 МПа. То је зато што капљице олова концентришу стрес на једном месту.
Поређење са конкурентским легурама лежајева
Алуминијумска бронза (Ц95400: 85% Цу, 11% алуминијум, 4% гвожђе) има већу чврстоћу-затезну снагу 550–620 МПа, тврдоћу 160–180 ХБ-али губите уградњу и усаглашеност. За потисак са прљавим уљем или повременим честицама прљавштине, тело од меке лимене бронзе безбедније упија тврде честице од алуминијумске бронзе. Алуминијумска бронза је склона троструком-хабању тела када се честице таложе на површину за трљање (Стацховиак & Батцхелор, 2014).
Биметални лежајеви (челични-одржани од лименог белог метала или алуминијумски лимени горњи слој) имају нижу фотонапонску границу, али су боље усклађени и уграђени су при веома малим брзинама. Заптивке за тежак притисак су направљене од све-калајне бронзе и боље функционишу када је оптерећење углавном равно. Брзина рада је непрекидна-и пун уљни филм се одржава доводом уља под притиском.
Резиме
Комбинација потисних лежајева од калај-бронзе није фиксна формула. То је породица Цу{2}}Сн легура. Количина калаја (8–11 теж.%) одређује равнотежу између чврстоће и флексибилности. Количина олова (0–7 теж.%) контролише мало-понашање при трљању уља. Количина фосфора (0–0,35 теж.%) уклања комадиће оксида и учвршћује честице да би се створила додатна крутост. Количина цинка (0-4 теж.%) помаже да течни метал боље тече током ливења. Алфа -фазно бакрено тело има компатибилност и гура прљавштину. δ-фаза и друге честице ивица зрна повећавају тврдоћу и отпорност на хабање. Одабир праве мешавине значи гурање ПВ границе легуре и прљавштине у складу са стварним условима уља, нивоом прљавштине и контактним притиском. Не би требало само да изаберете мешање са највише лима.
Референце
- АСМ Интернатионал (1990).Специјални приручник за АСМ: Бакар и легуре бакра. АСМ Интернатионал.
- Массалски, ТБ (ур.) (1990).Бинарни фазни дијаграми легуре(2. изд.). АСМ Интернатионал.
- АСТМ Б505/Б505М-22.Стандардна спецификација за континуалне одливе од легуре бакра. АСТМ Интернатионал.
- АСТМ Б103/Б103М-22.Стандардна спецификација за плоче од фосфорне бронзе, лимове, траке и ваљане шипке. АСТМ Интернатионал.
- ИСО 1083:2018.Сфероидни графитни ливени гвожђе - Класификација. Међународна организација за стандардизацију. (Референтно за методологију квантификације микроструктуре.)
- Кхонсари, ММ & Боосер, ЕР (2008).Примењена трибологија: Дизајн лежајева и подмазивање(2. изд.). Јохн Вилеи & Сонс.
- Стацховиак, ГВ & Батцхелор, АВ (2014).Енгинееринг Трибологи(4. изд.). Батерворт-Хајнеман.
- Удружење за развој бакра (2011).ЦДА публикација 144: Легуре бакра за примену лежајева. Удружење за развој бакра.
- Хамроцк, БЈ, Сцхмид, СР и Јацобсон, БО (2004).Основе подмазивања флуидним филмом(2. изд.). Марсел Декер.
- Сзери, АЗ (2011).Флуид Филм Лубрицатион(2. изд.). Цамбридге Университи Пресс.
- Вилцоцк, ДФ & Боосер, ЕР (1957).Дизајн и примена лежајева. МцГрав{1}}Хил.
- Брандес, ЕА & Броок, ГБ (едс) (1992).Смитхеллс Металс Референце Боок(7. изд.). Батерворт-Хајнеман.