Баббит — антифрикционный сплав на основе олова¶

Баббит — антифрикционный (подшипниковый) сплав на основе олова, свинца или цинка, предназначенный для заливки вкладышей подшипников скольжения. Отличается низким коэффициентом трения, высокой прирабатываемостью и способностью удерживать смазочный материал. Назван в честь американского изобретателя Исаака Баббита, запатентовавшего состав в 1839 году.

¶История

В 1839 году американский часовщик и золотых дел мастер Исаак Баббит из города Тонтон (штат Массачусетс) предложил сплав для подшипников железнодорожных вагонов. Первоначальный состав включал около 89 % олова, 9 % сурьмы и 2 % меди. Патент был выдан в США, однако широкое промышленное применение технология получила после того, как срок патента истёк, что позволило другим производителям свободно использовать рецептуру.

До появления баббитов подшипники изготавливали из бронзы или чугуна, которые при высоких нагрузках быстро изнашивались и повреждали шейки валов. Мягкий баббит, напротив, принимал форму вала, обеспечивая равномерное распределение нагрузки, а попавшие в зазор абразивные частицы вдавливались в мягкую основу, не царапая вал. Это свойство, названное впоследствии «эффектом баббита», стало основой для его повсеместного внедрения в машиностроении XIX—XX веков.

В России баббиты начали применяться с 1860-х годов, а к началу XX века отечественные заводы освоили выпуск оловянных и свинцовых антифрикционных сплавов. В советский период была разработана система государственных стандартов (ГОСТ), регламентирующих химический состав и свойства различных марок баббитов.

¶Состав и классификация

По основному компоненту баббиты делятся на три группы:

• Оловянные (Б83, Б88, Б91) — содержат 80–90 % олова, 5–12 % сурьмы, 3–6 % меди. Наиболее качественные, применяются для ответственных подшипников при высоких скоростях и ударных нагрузках.
• Свинцовые (Б16, БС6, БКА) — содержат 60–90 % свинца, 10–20 % олова, небольшие добавки сурьмы, меди, кадмия, кальция. Дешевле оловянных, используются для менее нагруженных узлов.
• Цинковые (ЦАМ) — на основе цинка с добавками алюминия и меди. Применяются ограниченно из-за склонности к коррозии и большей жёсткости.

Структура сплава представляет собой мягкую пластичную основу (твёрдый раствор) с включениями твёрдых интерметаллидных фаз. Такая гетерогенная структура обеспечивает оптимальное сочетание прочности и прирабатываемости: твёрдые частицы воспринимают нагрузку, а мягкая матрица распределяет её и удерживает смазку.

¶Основные марки (ГОСТ 1320-74)

¶Свойства

Ключевые эксплуатационные характеристики баббитов:

• Антифрикционность — низкий коэффициент трения (0,005–0,01) в паре со стальным валом при наличии смазки.
• Прирабатываемость — способность поверхности подшипника адаптироваться к микрогеометрии вала за короткое время.
• Удерживание смазки — пористая структура поверхности способствует сохранению масляной плёнки даже при перерывах в подаче смазки.
• Теплопроводность — сравнительно высокая (для оловянных сплавов около 55 Вт/(м·К)), что обеспечивает отвод тепла от зоны трения.
• Температурный предел — рабочая температура обычно не превышает 100–120 °C; при нагреве выше 150 °C твёрдость резко падает.

Недостатком баббитов является относительно невысокая усталостная прочность, что ограничивает их применение при циклических нагрузках в высокооборотных машинах. Для повышения ресурса вкладыши изготавливают биметаллическими: тонкий слой баббита (0,3–1,5 мм) наносят на стальную или бронзовую основу.

¶Технология производства и заливки

Баббиты поставляются в виде чушек. Заливка подшипников производится несколькими способами:

• Статическая заливка — расплавленный сплав заливают в форму с установленным стальным каркасом вкладыша. Применяется для крупных подшипников.
• Центробежная заливка — расплав подаётся во вращающуюся форму, что обеспечивает более плотную структуру и лучшее сцепление с основой.
• Наплавка — используется для ремонта изношенных вкладышей.

Перед заливкой стальную поверхность обезжиривают, травят и лудят (покрывают слоем олова) для обеспечения надёжного соединения. После заливки вкладыш подвергают механической обработке — расточке и шабрению (пригонке по валу).

¶Применение

Баббиты применяются в узлах трения, где требуется высокая надёжность и долговечность подшипников скольжения:

• подшипники коленчатых и распределительных валов двигателей внутреннего сгорания;
• опорные подшипники паровых и газовых турбин;
• подшипники электродвигателей и генераторов;
• опоры валов прокатных станов, насосов, компрессоров;
• буксовые узлы железнодорожных вагонов и локомотивов;
• подшипники судовых валов и гребных винтов.

В автомобильной промышленности баббиты постепенно вытесняются алюминиевыми сплавами и спечёнными материалами на основе бронзы, однако для крупногабаритных и тяжелонагруженных подшипников (турбины, прокатные станы, судовые двигатели) баббит остаётся основным материалом.

¶Интересные факты

• Исаак Баббит не был металлургом — он изготавливал золотые украшения, а подшипниковый сплав разработал для усовершенствования оборудования собственной мастерской.
• В англоязычной литературе термин «баббит» (babbitt) используется как нарицательное для любого мягкого подшипникового сплава, независимо от точного состава.
• В СССР выпускались баббиты с добавками кадмия и кальция для улучшения свойств при работе в условиях ограниченной смазки.

¶Источники

• ГОСТ 1320-74 «Баббиты оловянные и свинцовые. Марки».
• ГОСТ 1201-79 «Баббиты кальциевые. Марки».
• Смирягин А. П., Смирягина Н. А., Белова А. В. «Промышленные цветные металлы и сплавы». — М.: Металлургия, 1974.
• Шадричев В. А. «Основы выбора авиационных материалов и технологических процессов». — Л.: Машиностроение, 1971.