Сплав БКА

Баббит БКА — антифрикционный свинцово-кальциевый сплав, предназначенный для заливки подшипников скольжения. Технические требования к составу, качеству и формам поставки регламентированы ГОСТ 1209-90 «Баббиты кальциевые в чушках. Технические условия». Марка БКА входит в группу кальциевых баббитов наряду с БК2, БК2Ш и БК2Ц, однако отличается от них химическим составом и областью применения.

Основой сплава является свинец, а легирующими элементами — кальций, натрий, алюминий и цинк. В отличие от оловянно-свинцовых баббитов (Б83, Б16, БН), регламентируемых ГОСТ 1320-74, кальциевые баббиты не содержат олова и меди в качестве основных компонентов. Это определяет как более низкую стоимость сплава БКА, так и его специфические эксплуатационные свойства.

Химический состав баббита БКА по ГОСТ 1209-90

Массовая доля основных легирующих элементов и допустимых примесей в сплаве БКА нормируется ГОСТ 1209-90. Ниже приведены данные из таблицы стандарта.

Основные компоненты сплава БКА

По согласованию с потребителем допускается выпуск баббита БКА с массовой долей алюминия менее 0,05 %. Также по требованию потребителя кальциевые баббиты могут быть дополнительно легированы другими химическими элементами.

Допустимые примеси

Таким образом, массовая доля свинца в баббите БКА составляет порядка 97–98 % — точное значение зависит от конкретных содержаний легирующих элементов и примесей в пределах допусков стандарта.

Роль легирующих элементов в структуре сплава

Кальций и натрий, растворяясь в свинцовой матрице, образуют интерметаллидные соединения, которые выполняют функцию твёрдой фазы в мягкой основе. Эта гетерогенная структура обеспечивает антифрикционные свойства: твёрдые кристаллы интерметаллидов воспринимают нагрузку, а мягкая свинцовая матрица обеспечивает прирабатываемость и формирование микроканалов для удержания смазки.

Алюминий вводится для повышения прочностных характеристик и улучшения антифрикционных свойств. Цинк применяется как дополнительный легирующий элемент — чушки баббита БКА с легированием цинком маркируются особым образом (буква «Ш» или зелёная полоса).

В отличие от оловянно-сурьмяных баббитов (например, Б83), где твёрдую фазу образуют кристаллы соединений олова и сурьмы, в баббите БКА упрочнение достигается за счёт интерметаллидов системы свинец–кальций–натрий. Такой механизм обеспечивает повышенную твёрдость (32–35 НВ) по сравнению с другими свинцовистыми баббитами (20–25 НВ).

Свойства кальциевого баббита БКА

ГОСТ 1209-90 нормирует химический состав, форму поставки и требования к качеству поверхности, но не устанавливает числовых значений физико-механических характеристик. Приведённые ниже данные основаны на справочной литературе по антифрикционным сплавам и не являются нормируемыми показателями стандарта.

Основные справочные характеристики

Высокая плотность сплава объясняется преобладанием свинца в составе (плотность чистого свинца — 11,34 г/см³). Относительно низкая температура плавления позволяет производить заливку подшипников без применения высокотемпературного оборудования.

Эксплуатационные особенности

К достоинствам баббита БКА относятся: повышенная твёрдость среди свинцовых баббитов, хорошая прирабатываемость подшипника к валу, стойкость к динамическим (ударным) нагрузкам, а также низкая стоимость по сравнению с оловянными баббитами.

Основным ограничением является склонность к окислению, что обусловлено наличием щелочных металлов (кальция и натрия) в составе. Этот фактор предъявляет повышенные требования к условиям хранения чушек и к работе с расплавом при заливке подшипников. Кроме того, износостойкость кальциевых баббитов уступает оловянным, поэтому подшипники, залитые сплавом БКА, нуждаются в регулярном осмотре и плановой замене.

Область применения сплава БКА

Согласно ГОСТ 1209-90, баббит марки БКА предназначен для заливки буксовых подшипников трения вагонов и тендеров железных дорог. Это основная и документально подтверждённая область применения.

Буксовые подшипники железнодорожных вагонов работают при умеренных скоростях скольжения и относительно невысоких удельных давлениях, что соответствует возможностям кальциевых баббитов. Плановая периодичность осмотра и замены вкладышей в железнодорожных буксах компенсирует относительно невысокую износостойкость сплава.

В справочной литературе встречаются упоминания о применении кальциевых баббитов в подшипниковых узлах прокатных станов, насосов и вентиляторов, однако основным нормативным назначением по ГОСТ 1209-90 остаются именно буксовые подшипники железных дорог.

Форма поставки — чушки кальциевого баббита

Баббит БКА поставляется в виде литых чушек с тремя поперечными перехватами. Перехваты предусмотрены для удобства разделения чушки на части (доли) при использовании. Размеры чушек, указанные в ГОСТ 1209-90, являются справочными и приведены для конструирования изложниц.

Параметры чушек по ГОСТ 1209-90

Требования к качеству поверхности и излому

Поверхность чушек должна быть без окислов и включений. Допускаются на поверхности местные включения окислов и плёнок на площади, не превышающей 10 % общей поверхности, на глубину до 5 мм, следы удаления окислов с поверхности жидкого металла и мелкие литейные дефекты, а также рыхлотность в зоне усадки.

В изломе чушек баббит не должен содержать шлаковых, окисных и других посторонних примесей. Допускаются в изломе раковины.

Маркировка чушек баббита БКА

Порядок маркировки установлен ГОСТ 1209-90:

На каждой доле чушки кальциевого баббита марки БКА должна быть отлита марка сплава, а на оборотной стороне чушки выбит номер плавки. Транспортная маркировка выполняется по ГОСТ 14192.

Если баббит БКА дополнительно легирован цинком, на каждой чушке должна быть выбита буква «Ш» со стороны заливки либо нанесена одна зелёная полоса.

Упаковка и формирование пакетов

Чушки баббитов формируют в пакеты по ГОСТ 21399 и ГОСТ 24597. Допускается пакетирование на поддонах по ГОСТ 9078 и ГОСТ 9570. Пакет должен состоять из чушек одного вида баббита. Масса пакета не должна превышать 1000 кг. Допускается формирование пакета из двух различных плавок одной марки.

Пакеты скрепляют стальной упаковочной лентой по ГОСТ 3560 или стальной проволокой диаметром не более 5 мм по ГОСТ 3282. Допускается применение других средств скрепления по ГОСТ 21650, обеспечивающих сохранность пакета. Узел обвязки при формировании пакета располагают на его верхней части.

На боковой стороне пакета к упаковочной ленте крепят ярлык проволокой диаметром не менее 1,0 мм. Ярлык должен содержать: товарный знак или наименование предприятия-изготовителя, марку сплава и количество чушек в пакете.

Приёмка и контроль качества

Баббиты принимают партиями. Партия состоит из чушек одной марки, одной или нескольких плавок и оформляется документом о качестве, который содержит: товарный знак изготовителя, марку баббита, номер плавки, массу партии, результаты определения химического состава и обозначение стандарта.

Контроль химического состава

Для проверки химического состава от каждой плавки отбирают одну чушку. Отобранную чушку распиливают на четыре равные части (по пережимам), по всему сечению от четырёх частей равными долями отбирают пробу в виде опилок. Масса объединённой пробы — не менее 30 г. Опилки обрабатывают магнитом и тщательно перемешивают. Определение химического состава проводят по ГОСТ 1219.0–ГОСТ 1219.8 и ГОСТ 9519.1–ГОСТ 9519.3.

Допускается отбор проб от жидкого металла в начале и конце разлива плавки.

Контроль внешнего вида и излома

Проверке внешнего вида подвергают каждую чушку — визуально, без применения увеличительных приборов. Для контроля структуры в изломе от плавки отбирают две чушки: их надрубают или надрезают ближе к середине и разламывают, после чего осматривают излом визуально.

При получении неудовлетворительных результатов хотя бы по одному из показателей проводят повторные испытания на удвоенной выборке от той же плавки. Результаты повторных испытаний распространяют на всю партию.

Транспортирование и хранение чушек

Чушки баббитов транспортируют транспортом всех видов в крытых транспортных средствах в соответствии с действующими правилами перевозок грузов. Размещение и крепление грузов при железнодорожных перевозках выполняется по утверждённым условиям погрузки.

Хранение чушек кальциевых баббитов осуществляется в крытых помещениях, исключающих попадание влаги. Это требование особенно важно для сплава БКА, склонного к окислению из-за наличия кальция и натрия в составе.

Сравнение БКА с другими кальциевыми баббитами

ГОСТ 1209-90 регламентирует четыре марки кальциевых баббитов: БКА, БК2, БК2Ш и БК2Ц. Каждая марка имеет своё назначение и отличается по химическому составу.

Ключевое отличие БКА от марок БК2, БК2Ш и БК2Ц — отсутствие олова в составе и наличие алюминия и цинка в качестве основных компонентов. Марка БКА имеет наибольшее содержание кальция и натрия, что обеспечивает более выраженное интерметаллидное упрочнение, но одновременно повышает склонность к окислению.

Отличие кальциевых баббитов от оловянных и свинцовых

Кальциевые баббиты по ГОСТ 1209-90 принципиально отличаются от оловянно-свинцовых баббитов по ГОСТ 1320-74 (марки Б83, Б88, Б16, БН, БС6). Основные различия:

Механизм упрочнения: в оловянных баббитах твёрдая фаза — кристаллы интерметаллидов на основе олова и сурьмы; в кальциевых — интерметаллиды системы свинец–кальций–натрий. Стоимость: кальциевые баббиты существенно дешевле за счёт отсутствия дорогостоящего олова. Износостойкость: оловянные баббиты (Б83, Б88) обладают более высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью. Температурный режим: свинцовые и кальциевые баббиты допускают более высокие рабочие температуры по сравнению с оловянными.

Практические рекомендации при работе со сплавом БКА

При работе с кальциевым баббитом БКА следует учитывать ряд технологических особенностей, обусловленных его составом.

Хранение

Чушки хранят в сухих крытых помещениях. Наличие кальция и натрия делает сплав чувствительным к влаге и атмосферной коррозии. Длительное хранение в условиях повышенной влажности приводит к образованию поверхностных окислов, что ухудшает качество расплава при последующей заливке.

Подготовка к заливке

Перед заливкой подшипников чушки осматривают на наличие видимых загрязнений. При обнаружении поверхностных окислов их удаляют механическим способом. Плавку ведут в чистых тиглях. Из-за склонности сплава к окислению рекомендуется минимизировать время выдержки расплава в открытом состоянии и не допускать перегрева.

Разделение чушки на части

Конструкция чушки с тремя поперечными перехватами позволяет разделить её на четыре доли без механической резки — достаточно надрубить по пережиму и разломить. Это упрощает дозирование материала при подготовке шихты для заливки подшипников.

Нормативные документы

Основным нормативным документом, устанавливающим требования к баббиту БКА, является ГОСТ 1209-90 «Баббиты кальциевые в чушках. Технические условия» (действующий). Стандарт был введён 01.01.1992 взамен ГОСТ 1209-78 и включает Изменение № 1 от сентября 1997 г.

Ссылочные стандарты, указанные в ГОСТ 1209-90: ГОСТ 1219.0–ГОСТ 1219.8 и ГОСТ 9519.1–ГОСТ 9519.3 (методы определения химического состава), ГОСТ 3282 (проволока), ГОСТ 3560 (лента упаковочная), ГОСТ 9078 и ГОСТ 9570 (поддоны), ГОСТ 14192 (транспортная маркировка), ГОСТ 21399 и ГОСТ 24597 (формирование пакетов), ГОСТ 21650 (средства скрепления), ГОСТ 22235 (условия погрузки).