谈工程机械设备滑动轴承材料的运用

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常用的滑动轴承材料有金属材料，如轴承合金、青铜、铝基合金、锌基合金等；多孔质金属材料(粉末冶金材料)；非金属材料。其中：轴承合金 ：轴承合金又称白合金，主要是锡、铅、锑或其它金属的合金，由于其耐磨型好、塑性高、跑合性能好、导热性好和抗胶和性好及与油的吸附性好，故适用于重载、高速情况下，轴承合金的强度较小 ，价格较贵，使用时必须浇筑在青铜、钢带或铸铁的轴瓦上，形成较薄的涂层。

多孔质金属材料：多孔质金属是-种粉末材料，它具有多孔组织 ，若将其浸在润滑油中，使微孔中充满润滑油，变成了含油轴承，具有自润滑性能。多孔质金属材料的韧性小，只适应于平稳的无冲击载荷及中、小速度情况下。

轴承塑料 ：常用的轴承塑料有酚醛塑料、尼龙、聚四氟乙烯等，塑料轴承有较大的抗压强度和耐磨性，可用油和水润滑，也有 自润滑性能，但导热性差。

二、工程机械设备滑动轴承的分类、结构和材料. 滑动轴承种类很多。按能承受载荷的方向可分为径向(向心)滑动轴承和推力(轴向)滑动轴承两类。按润滑剂种类可分为油润滑轴承、脂润滑轴承、水润滑轴承、气体轴承、固体润滑轴承、磁流体轴承和电磁轴承 7类。按润滑膜厚度可分为薄膜润滑轴承和厚膜润滑轴承两类。按轴瓦材料可分为青铜轴承、铸铁轴承、塑料轴承、宝石轴承、粉末冶金轴承、自润滑轴承和含油轴承等。按轴瓦结构可分为圆轴承、椭圆轴承、三油叶轴承、阶梯面轴承、可倾瓦轴承和箔轴承等。

轴瓦分为剖分式和整体式结构。为了改善轴瓦表面的摩擦性质，常在其内径面上浇铸-层或两层减摩材料，通常称为轴承衬，所以轴瓦又有双金属轴瓦和三金属轴瓦。

轴瓦或轴承是滑动轴承的重要零件，轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。由于轴瓦或轴承衬与轴颈直接接触，-般轴颈部分比较耐磨，因此轴瓦的主要失效形式是磨损。轴瓦的磨损与轴颈的材料、轴瓦自身材料、润滑剂和润滑状态直接相关，选择轴瓦材料应综合考虑这些因素，以提高滑动轴承的使用寿命和工作性能。

三、常用的滑动轴承材料的功用特点用以制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的合金，称为轴承合金。为了减少轴颈在轴承中的磨损，下面介绍几种常用的轴承合金。

常用的滑动轴承材料有巴氏合金、铜基和铝基合金、耐磨铸铁、塑料、橡胶和碳-石墨等。

1、巴氏合金- 种以锡、锑、铜为主要成分的低熔点合金，又称白合金、轴承合金。合金的基体是锡中溶有铜和锑的固溶体软组织，其中分布有锡铜锑化合物构成的硬颗粒。软组织具有 良好的摩擦兼容性、顺应性和嵌入性，硬颗粒具备-定的支承载荷的能力。巴氏合金强度低，只能作软钢、铸铁或青铜轴承的轴承衬用。还有铅、锑、铜为主要成分的轴承合金。前-种称为锡基巴氏合金，后者称为铅基巴氏合金。锡基巴氏合金价格较高，主要用于高速重载的重要轴承和大型轴承。铅基巴氏合金的性能不如锡基合金，但价廉，应用较广，适用于中速、中载且载荷比较稳定的轴承工业 2013.02寂i i恭轴承。加入微量元素(如铬、铍等)制造高强度巴氏合金，是新的发展方向。

2、锡基轴承合金 (锡基 巴氏合金)锡基巴氏合金属于低熔点轴承合金，这类合金的牌号是用符号 ZCh(即 铸承”两字的汉字拼音字头)表示，其后附以基本元素和主加元素的化学符号，并注明主加元素与辅助元素的含量。例如，ZChSnSbll-6是锡基轴承合金，表示含有约 1l%Sb(锑)和6%Cu(铜)，余为 Sn(锡)。锑在锡中的固溶体是软基体，锡和锑的化合物 SnSb是硬质点。加入铜 (Cu)，是为了消除合金的比重偏析。当轴在轴承中转动时，轴瓦的软基体被磨损，使轴与轴承的形状吻合起来，而硬质点则呈显微突出，轴颈就架在这些硬质点上，减少轴颈与轴承的接触面积，从而减少磨损。在轴颈与软基体间空隙中，可以储存润滑油，进-步减少摩擦。如果遇到偶然落人的铁屑或砂粒以及其他硬杂质，则可被压人软基体中，不致至划伤轴颈。锡基轴承合金线胀系数小 ，减摩性好 ，并具有很好 的导热性 、塑性和耐腐蚀性，但也有不少缺点，特别是它的疲劳强度差，工作温度低，-旦润滑条件不正常，轴承极易烧损 ，同时它的抗压强度也不够高，承受高转速重负荷时易于损坏。

3、铅基轴承合金铅基轴承合金也是软基体上分布硬质点的轴承合金。常用牌号为ZChPbSbl6-16-2轴承合金 ，含 16%Sb、16%Sn和 2%Cu。加 入约 16%轴承工业 2013.02Sn的作用是溶入 Pb中强化基体，并能形成硬质点。加入约 2%Cu，能防止比重偏析，同时形成Cu2Sb硬质点，提高合金的耐磨性。铅基轴承合金的硬度 、强度和韧性比锡基轴承合金低 ，但价格便宜，常用做低速、低负荷的轴承合金，如汽车、拖拉机的曲轴轴承及电动机等。其工作温度不超过l20℃ 。

4、铜基合金某些青铜又可制造轴承，故称为铜基轴承合金，如锡青铜、铝青铜、铅青铜和锑青铜等。例如，铅青铜 ZQPb30，含 30%Pb，其余为 Cu。由于固态下 Pb不溶于 Cu，其组织为硬的铜基体上分布着软的铅颗粒。铅青铜的疲劳强度高，导热性和塑性好，摩擦因数小，因此可制作承受高载荷 、高速度的轴承。用作滑动轴承材料的铜基合金主要有：以铜、锑为主要成分的黄铜；以铜、锡为主要成分的青铜；以及铜铅合金 (又称铅青铜)。铜基合金强度高，导热性和耐磨性好；允许工作温度比巴氏合金高；但顺应性 、嵌入性和摩擦兼容性都不如巴氏合金，可用作轴瓦或轴承衬材料。常用的含锡 、磷的锡青铜，适用于中速重载或受冲击载荷的轴承；含锡、锌、铅的锡青铜，适用于中速中载的轴承；铅青铜承载能力大 、疲劳强度高，适用 于速度较高 、受冲击载荷的轴承；铝青铜强度很高、耐蚀性好，适用于低速重载轴承。黄铜性能-般不如青铜，但价廉，主要用于低速轴承，但含锰、硅的黄铜性能优于锡青铜。

5、铝基轴承合金有铝锑镁合金、铝锡合金和铝硅合金。它们的抗压强度和抗疲劳强度较高，导热性和耐蚀性好 ，价廉，但其摩擦兼容性 、嵌入性和顺应性较差，广泛用于内燃机和压缩机轴承。随着汽车发动机向高速、重载、增压强化方向发展，轴承的工作条件更加恶化，因此，对轴承材料提出了更高的要求。铝基轴承合金基本上具备了上述轴承合金的优点，并弥补了它们的不足之处，因此，在汽车发动机上应用13益增多。常用的铝基轴承合金有如下两类。

技 恭铝锑镁轴承合金 ：其化学成分为 40%Sb、0-3%-O.7%Mg，其余为 A1。其组织是以铝为软基体，以化合物 A1Sb为硬质点，加入适量镁可提高其屈服点。该合金与 O8钢板-起热轧成双金属轴承，生产工艺简单，成本低廉，并具有良好的疲劳强度和耐磨性，但承载能力不大。

适于制造负荷小于 2000N/mm 、滑动速度低于10nds的轴承。

铝锡轴承合金 ：其化学成分为 20%Sn、l%Cu，其余为 Al。其组织是硬的铝基体上均匀分布着软的锡质点。加入少量的铜，可溶于铝中使基体强化。这种合金也以08钢为衬背，轧制成双合金带。它具有较高的疲劳强度和良好的耐热性、耐磨性及耐蚀性。生产工艺简单，成本低∩制造负荷高达3200N/ram 、滑动速度低于 13m/s的轴承。目前它代替其他轴承合金，广泛应用于汽车、拖拉机和内燃机车等。

铝基轴承合金当前存在的主要缺点是线胀系数大 ，因此 ，在使用中要有大的配合间隙，同时制造工艺较为复杂，与锡基轴承合金相比，硬度较高，修复中刮削较为困难等。

耐磨铸铁。价廉，但减摩性能差，只能用于低速轻载轴承。

塑料。常用的有酚醛树脂 、尼龙、聚四氟乙烯和聚甲醛等。塑料轴承自润滑性能好 、摩擦系数孝抗疲劳性能好 、吸振能力强、耐蚀性和嵌入性好、能用水或乳化液润滑，并可节约有色金属。但塑料强度 比金属低 、耐热性差 、导热率低 、遇油或水有膨胀现象，设计时须认大的轴承间隙。在塑料中加入某些填料如石墨、二硫化钼、玻璃纤维等可降低摩擦系数和提高耐磨性；Jn入铜粉可提高导热率和强度。塑料轴承已在冶金、化工、纺织、食品、仪表和造船等工业中使用。

橡胶。嵌入性和耐蚀性极好。橡胶轴承可用混有颗粒杂质的水作润滑剂，富有弹性，有消振作用，运转平稳，但导热性差，工作温度应低于70℃，否则容易老化。天然橡胶不耐油，需要油润滑的橡胶轴承应采用耐油橡胶。

碳-石墨。 自润滑性和耐蚀性极好，并能耐400C高温，但强度差，需压装在钢套中使用。这种轴承可在不易润滑、不允许油脏污、温度较高或有腐蚀性的环境中使用。

四、工程机械设备用的滑动轴承 (瓦)的材料性能工程机械设备发动机滑动轴承俗称轴承瓦。根据轴承的工作情况，要求轴承材料必须具备下述性能：摩擦系数小；导热性好，热膨胀系数小 ：耐磨、耐蚀及抗胶合能力强；要有足够的机械强度和可塑性。因此，轴瓦材料可淹氏合金。巴氏合金在稳定载荷时能够较好地工作，但在非稳定载荷下极易发生气蚀，所以在大功率发动机中不宜采用。

高锡铅基合金和低锡铅基合金的强度和硬度较高，抗疲劳和抗气蚀能力较强，在大功率的发动机中使用效果较好。

工程机械设备以功率大、燃油耗低为特点，这种发动机的爆发压力大，机油黏度低，曲轴和连杆轴瓦的比压高，因此轴和轴瓦之间的油膜厚度逐渐变薄，轴承的工作条件变得更为苛刻。这要求轴瓦轴承工业 2013.02技 术必须具有很高的承载能力、疲劳强度和耐磨性 ，于是适应苛刻工作条件的轴瓦由此应运而生。例如德国Federal-Mogul公司的喷镀轴瓦，这种轴瓦先在钢背上浇铸-层 sn-Pb青铜的基体材料，然后在真空室里用物理汽相渗镀或喷镀法 (PVD)将 A1Sn20喷镀在基体材料上作为滑动层，具有很高的疲劳强度。

为提高曲轴轴承的载荷能力和耐磨强度，需要对其表面涂覆更硬的材料。轴承表面镀铬是提高其硬度的传统方法，实际上，这-工艺还有潜力可挖。迄今为止，通过电镀方法可使轴承表面涂覆层 Cu和Sn的含量分别稳定在 5%-10%。为进-步提高轴承的使用寿命 ，需要提高 Cu和 Sn的含量。目前，已开发-种新工艺，使用甲烷磺酸液池，可使涂覆层 Cu的含量提高到 8% (这种涂覆材料被命名为Gly-c081型)，大大提高了轴承表面的疲劳强度。试验表明，轴承工作面涂层Cu含量仅为 2%，则在载荷超过 50MPa时就开始出现磨损现象，而电镀上 Glyco81型材料的表面只有当负荷超过 70MPa时才开始发生磨损现象。

为获得更满意的效果，可将上述两种方法 (阴极喷溅铝、锡合金和电镀 Glyc081型材料)结合起来应用。比如对上轴承表面进行喷溅铝、锡合金，而对下轴承表面则电镀 Glyco81型材料。

还有-种钢背塑料复合轴承。它以低碳钢背为载体表面镀铜后烧结-层青铜粉末，再与性能优良的工程塑料热复合为-体后所制成。按工程轴承工 2013.02塑料的种类 ，可分为两种 ：-种是表层 以聚 l八j氟乙烯为基体的复合轴承体系，适用于作高速低负荷工作的滑动轴承 ，可在无油或少油的条件下使用；另-种是表层以改性共聚甲醛为基体的复合轴承，适用于低速大负荷条件下工作。如东风系列汽车上广泛运用的EGQS型钢背-塑料复合轴承衬套就是后-种类型体系。这种钢背-塑料复合轴承具有工程塑料减磨 、耐磨的优点，又具有钢背承载能力强的特点，使其具有高承载 、低磨耗 、摩擦阻力小的优良性能。

近几年，国外出现了用物理气相沉积的溅镀法在铜铅轴承表面镍栅上镀覆含 20%锡的铝合金或者镀纯锡，效果很好。此外，将整圆油槽轴瓦改为半圆油槽或部分油槽轴瓦，这样不仅可改善发动机滑动轴承的润滑状态，而