Баббит Б83 в порошке

Баббит Б83 — оловянный антифрикционный сплав, производимый по ГОСТ 1320-74 (ИСО 4383-91). В порошковой форме применяется для газотермического напыления антифрикционных покрытий на рабочие поверхности вкладышей подшипников скольжения. В виде чушек — для заливки подшипниковых узлов. Сплав сочетает низкий коэффициент трения, хорошую прирабатываемость и коррозионную стойкость, что определяет его востребованность в энергетике, судостроении и тяжёлом машиностроении.

Химический состав баббита Б83 по ГОСТ 1320-74

Б83 относится к группе оловянных баббитов. Основу сплава составляет олово (Sn), легированное сурьмой (Sb) и медью (Cu). Цифра «83» в маркировке указывает на номинальное содержание олова в процентах. Важно не путать Б83 со свинцовыми баббитами (Б16, БН, БС6) — свинец в составе Б83 присутствует только как примесь в количестве не более 0,35 %.

Основные компоненты сплава Б83

Допустимые примеси в баббите Б83

По требованию потребителя допускается увеличение массовой доли свинца до 0,50 % (примечание 2 к таблице состава ГОСТ 1320-74). Химический состав контролируется по ГОСТ 21877.0–ГОСТ 21877.11. Пробу отбирают квартованием опилок от трёх чушек партии (п. 4.5 ГОСТ 1320-74).

Структура оловянного баббита Б83 и принцип антифрикционного действия

Антифрикционные свойства баббита Б83 определяются его гетерогенной (неоднородной) структурой. В мягкой оловянной матрице равномерно распределены два типа твёрдых включений: кубические кристаллиты интерметаллида SnSb и игольчатые включения фазы Cu₆Sn₅. Именно эти твёрдые частицы воспринимают нагрузку от шейки вала и формируют фактическую поверхность скольжения.

Мягкая оловянная основа при приработке незначительно истирается, образуя между твёрдыми выступами микроканалы, которые удерживают смазочный материал в зоне контакта. Такой микрорельеф критически важен для стабильного гидродинамического режима смазки.

При кратковременном масляном голодании олово способно частично оплавляться на поверхности трения (температура плавления чистого олова — 232 °C), выполняя роль аварийной смазки. Это защищает шейку вала от задира — одного из наиболее разрушительных видов повреждения подшипниковых узлов.

Медь в количестве 5,5–6,5 % выполняет важнейшую технологическую функцию: она предотвращает ликвацию (расслоение) сплава при кристаллизации. Без меди тяжёлые кристаллиты соединений сурьмы оседали бы на дно формы, и антифрикционный слой получался бы неоднородным по толщине.

Физико-механические свойства баббита Б83

Ниже приведены свойства сплава Б83 при температуре 20 °C по данным марочника сплавов (источник — ГОСТ 1320-74).

Невысокая твёрдость (27–30 HB) и умеренный предел прочности обуславливают фундаментальное ограничение всех баббитов: сплав работает исключительно как антифрикционное покрытие на прочной стальной, чугунной или бронзовой основе (вкладыше), которая воспринимает конструктивную нагрузку. Баббитовый слой не является несущим элементом.

Предельные режимы работы подшипников скольжения с баббитом Б83

Из таблицы следует, что баббит Б83 рассчитан на подшипники, работающие при средних нагрузках и больших скоростях вращения в условиях стабильного гидродинамического смазочного режима. Сплав не рекомендуется для узлов с выраженными ударными и вибрационными нагрузками (автомобильные, тракторные, дорожно-строительные двигатели), поскольку при циклических динамических воздействиях баббитовый слой склонен к усталостному растрескиванию и выкрашиванию.

Это ключевой недостаток всех баббитов — низкое сопротивление усталости. Именно поэтому ресурс подшипника напрямую зависит от толщины баббитового слоя: чем тоньше слой, тем выше его усталостная прочность и тем дольше служит подшипник при прочих равных условиях.

Область применения баббита Б83 в промышленности

Согласно ГОСТ 1320-74, баббит Б83 предназначен для подшипников, работающих при больших скоростях и средних нагрузках.

Подшипники турбин

Опорные и упорные подшипники паровых и газовых турбин — основная область применения оловянных баббитов. Турбинные подшипники работают при высоких окружных скоростях вала (до 50 м/с) и умеренных удельных давлениях в условиях стабильного гидродинамического смазочного клина. Оловянный баббит обеспечивает минимальный коэффициент трения и высокую вязкость, что критически важно для долговечности турбинных узлов.

Подшипники малооборотных дизельных двигателей

Крейцкопфные, мотылёвые и рамовые подшипники судовых малооборотных дизелей. В этих узлах стабильность масляного клина и минимальное трение определяют ресурс двигателя. Баббит Б83 обеспечивает необходимые антифрикционные свойства при спокойном характере нагрузки, типичном для тихоходных дизелей.

Опорные подшипники гребных валов

Подшипниковые узлы валопровода морских и речных судов. Оловянный баббит ценится в судостроении за высокую коррозионную стойкость — оловянная основа сплава устойчива к слабым кислотам, щелочам и воздействию водной среды.

Опорные подшипники редукторов

Подшипники тихоходных валов первых ступеней передач со средними значениями крутящего момента. В таких узлах баббит Б83 работает в оптимальном для него режиме — при умеренных давлениях и без ударных перегрузок.

Порошок баббита Б83 — производство и гранулометрический состав

Порошок баббита Б83 получают методом распыления (атомизации) расплава потоком газа высокого давления. В результате образуются сферические или близкие к сферическим частицы, химический состав которых полностью соответствует марке Б83 по ГОСТ 1320-74.

Типичный гранулометрический состав порошка для газотермического напыления — фракция 40–100 мкм. Сферическая форма частиц обеспечивает хорошую текучесть порошка в питателях напылительного оборудования и равномерную подачу в зону плазменного или газопламенного факела.

Выбор фракции определяется методом напыления и требуемой толщиной покрытия. Более мелкие фракции (менее 40 мкм) применяются для тонких покрытий и обеспечивают более плотную структуру напылённого слоя. Крупные фракции (до 100 мкм) дают более высокую производительность процесса, но несколько бо́льшую пористость покрытия.

Газотермическое напыление антифрикционных покрытий из баббита

Напыление порошком баббита — альтернатива традиционной заливке расплавленного сплава во вкладыш подшипника. Каждая из технологий имеет свои преимущества в зависимости от производственной задачи.

Технологические преимущества напыления

Ремонт изношенных подшипников. При локальном износе баббитовой заливки напыление позволяет восстановить антифрикционный слой без полной перезаливки вкладыша. Это сокращает время простоя оборудования и снижает расход материала.

Тонкие покрытия. Напылением получают покрытия толщиной от десятков микрон, тогда как литая заливка требует слоя не менее нескольких миллиметров. Тонкий баббитовый слой лучше отводит тепло к стальной основе вкладыша и, как отмечалось выше, обладает повышенной усталостной прочностью.

Нестандартные геометрии. Напыление применимо к деталям сложной формы, где традиционная заливка технологически затруднена или невозможна.

Методы газотермического напыления баббита Б83

Для напыления порошка баббита Б83 применяют три основных метода.

Плазменное напыление. Порошок подаётся в плазменную струю с температурой 5000–15000 °C. Частицы расплавляются в полёте и осаждаются на подготовленную поверхность. Метод обеспечивает высокую адгезию покрытия, но требует дорогостоящего оборудования.

Газопламенное напыление. Порошок расплавляется в ацетилено-кислородном или пропано-кислородном пламени. Более простой и доступный метод, подходящий для ремонтных работ в условиях цеха.

Электродуговое напыление. Используется при работе с проволокой из баббита (не порошком). Две проволоки замыкаются дугой, расплавленный металл распыляется потоком сжатого воздуха.

Независимо от метода, режимы напыления (температура, дистанция, расход газа-носителя) подбираются так, чтобы частицы полностью расплавлялись в факеле, но не перегревались. Избыточный нагрев приводит к окислению олова и снижению антифрикционных свойств покрытия. Подложка перед напылением обязательно подвергается абразивоструйной обработке для обеспечения адгезии.

Технология заливки подшипников баббитом Б83

Основной способ применения баббита Б83 — заливка расплавленного сплава в предварительно подготовленный стальной или бронзовый вкладыш подшипника. Качество заливки напрямую определяет ресурс подшипникового узла, поэтому каждый этап процесса критически важен.

Подготовка вкладыша к заливке

Поверхность вкладыша тщательно обезжиривают и подвергают лужению — покрывают тонким слоем олова. Лужение обеспечивает металлургическую связь между баббитовым слоем и стальной основой. При некачественном лужении баббит может отслоиться в процессе эксплуатации — это одна из наиболее опасных неисправностей подшипника, поскольку фрагмент отслоившегося баббита способен мгновенно разрушить шейку вала.

Перед заливкой на лужёную поверхность наносят флюс для предотвращения окисления. Вкладыш подогревают до 200–250 °C для улучшения смачиваемости расплавом.

Плавка и заливка сплава

Баббит Б83 плавят в стальном или чугунном тигле. Рекомендуемая температура заливки — 440–460 °C (по данным марочника сплавов). Перегрев свыше 480–500 °C нежелателен: он приводит к повышенному окислению и огрублению структуры — укрупнению кристаллитов SnSb, что ухудшает антифрикционные свойства.

Последовательность плавки: тигель нагревают до 600–700 °C, загружают медносурьмяную лигатуру, сурьму и часть олова (20–25 % от массы шихты), засыпают прокалённым древесным углём для защиты от окисления. После расплавления загруженной шихты частями добавляют оставшееся олово, чтобы не «заморозить» плавку. Расплав тщательно перемешивают после каждой добавки.

После расплавления всей шихты сплав доводят до температуры 450–500 °C, дают отстояться 10–15 минут и перемешивают повторно. Затем при температуре 440–460 °C производят заливку.

Контроль качества заливки подшипников

После затвердевания и механической обработки баббитовый слой проверяют на наличие пор, раковин, трещин и отслоений от вкладыша. Типичные дефекты заливки и их причины ниже.

Поры и газовые раковины — результат повышенной влажности шихты, недостаточной защиты расплава от атмосферы или слишком высокой температуры заливки.

Усадочные раковины — образуются при недостаточном питании отливки, особенно в толстостенных вкладышах.

Ликвация (неоднородность состава) — следствие недостаточного перемешивания расплава или слишком медленного охлаждения. Проявляется в неравномерном распределении твёрдых фаз.

Отслоение от вкладыша — наиболее опасный дефект. Причина — некачественное лужение, загрязнение поверхности или недостаточный подогрев вкладыша перед заливкой.

Толщина залитого слоя, как правило, составляет 1–3 мм для тонкостенных вкладышей и до 10–12 мм для толстостенных. Химический состав контролируют по опилкам — пробу отбирают от каждой чушки, отобранной от партии, и очищают магнитом от механических примесей железа (п. 4.4 ГОСТ 1320-74).

Сравнение баббита Б83 с другими марками по ГОСТ 1320-74

Баббит Б83 занимает промежуточное положение в ряду антифрикционных сплавов. По сравнению с баббитом Б88 он дешевле за счёт меньшего содержания олова и отсутствия кадмия с никелем, но уступает по допустимой нагрузке. По сравнению со свинцовыми баббитами (Б16, БН) — превосходит по коррозионной стойкости, теплопроводности и износостойкости.

Баббит Б83 — оптимальный выбор, когда требуются высокие антифрикционные свойства оловянного баббита, но условия эксплуатации не настолько жёсткие, чтобы оправдать применение более дорогого Б88 с кадмием и никелем. Для узлов с ударными нагрузками и повышенными температурами целесообразнее рассматривать свинцовые баббиты или полимерные антифрикционные материалы.

Зарубежные аналоги баббита Б83

По химическому составу и области применения баббит Б83 соответствует следующим зарубежным маркам: SAE 12, ASTM B23 Grade 2 (Alloy 2). Ближайший аналог — Babbitt Grade 13. Эти сплавы также входят в группу оловянных баббитов с содержанием Sn порядка 83 %, Sb 10–12 %, Cu 5–6 % и применяются для заливки подшипников скольжения в аналогичных эксплуатационных условиях.

Формы поставки баббита Б83

Баббит Б83 поставляется в нескольких формах в зависимости от способа применения.

Баббит Б83 в чушках

Основная форма поставки по ГОСТ 1320-74. Чушки используются для заливки подшипниковых узлов. Форма и размеры определены чертежом 1 стандарта. По согласованию с потребителем допускаются чушки иных размеров. Пакеты из чушек марок Б88, Б83, Б83С формируют без поддона на четырёх чушках баббита и обвязывают стальной лентой размером не менее 0,3 × 30 мм по ГОСТ 3560. Габариты пакета — не более 800 × 420 × 750 мм, масса брутто — не более 1350 кг.

Порошок баббита Б83 для напыления

Фракция 40–100 мкм, фасовка в пластиковую тару (вёдра 10, 15, 20 кг). Химический состав порошка соответствует марке Б83 по ГОСТ 1320-74. Применяется для газотермического напыления антифрикционных покрытий, а также для ремонта и восстановления подшипниковых узлов.

Проволока баббитовая

Проволока из баббита Б83 диаметром 3–8 мм используется для электродугового напыления и ручной наплавки. Поставляется в катушках.

Каждая партия сопровождается документом о качестве, включающим наименование изготовителя, марку баббита, номер плавки и результаты химического анализа (п. 3.1 ГОСТ 1320-74).

Хранение баббита Б83

Согласно ГОСТ 1320-74 (раздел 5), баббиты хранят в закрытых вентилируемых помещениях. Чушки — в заводской упаковке (обвязанные пакеты). Порошок — в герметично закрытой пластиковой таре, исключающей контакт с влагой и пылью, поскольку мелкодисперсный металлический порошок гигроскопичен и подвержен окислению.

Изготовитель гарантирует соответствие баббита требованиям стандарта при соблюдении потребителем условий хранения. Транспортировка — в крытых транспортных средствах любым видом транспорта.

Требования безопасности при работе с баббитом Б83

При плавке, заливке и напылении баббита необходимо учитывать, что в составе сплава присутствуют токсичные компоненты — сурьма и остаточный свинец.

Свинец относится к I классу опасности по ГОСТ 12.1.007. Действие на организм — поражение нервной системы, крови, сосудов. ПДК свинца в воздухе рабочей зоны — 0,01/0,005 мг/м³ (по ГОСТ 12.1.005).

Сурьма вызывает раздражение слизистых оболочек дыхательных путей и пищеварительного тракта, кожных покровов. ПДК сурьмы — 0,5/0,2 мг/м³.

Рабочие помещения оборудуют приточно-вытяжной вентиляцией. Персонал обеспечивается респираторами и средствами защиты кожи. Концентрацию вредных веществ в воздухе рабочей зоны определяют по методике, соответствующей требованиям ГОСТ 12.1.016.

При работе с порошком баббита дополнительно учитывается пожаро- и взрывоопасность мелкодисперсных металлических порошков. Пыль порошка в определённых концентрациях способна к возгоранию и взрыву. Необходимо исключить источники искр и открытого огня в зоне фасовки и пересыпки порошка.