轴承合金的分类与应用

时间：2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：使用最多的是锡基与铅基轴承合金，它们又称巴氏合金。锡基轴承合金的主要特点是耐磨性、导热性，耐蚀性和嵌藏性较好，摩擦因数小。它们又称铜基轴承合金，具有硬基体软质点的组织特征，有着比巴氏合金高的承载能力、疲劳强度及耐磨性，可直接用作高速、高载荷下的发动机轴承。

轴承合金的分类与应用

按照化学成分，常用的轴承合金可分为锡基、铅基、铝基、铜基和铁基等数种。使用最多的是锡基与铅基轴承合金，它们又称巴氏合金。巴氏合金的牌号编制方法为：Z+基本元素符号+主加元素含量+辅加元素含量。其中“Z”是“铸造”的意思。如ZSnSb11Cu6表示锡基轴承合金，基本元素为Sn，主加元素为Sb，其含量为11%（质量分数），辅加元素为Cu，其含量为6%（质量分数），余为Sn。

6.3.2.1 锡基轴承合金

锡基轴承合金是以Sn为主，再加入少量的Sb、Cu等元素组成的合金，是软基体硬质点组织类型的轴承合金。合金中加入锑，既能溶入锡中形成α固溶体（硬度30HBW）作为软基体，又能生成化合物SnSb作为硬质点。结晶时化合物Cu₃Sn可形成均匀的骨架，减少合金密度偏析。锡基轴承合金的主要特点是耐磨性、导热性，耐蚀性和嵌藏性较好，摩擦因数小。其缺点是工作温度低（<150℃），疲劳强度较低，价格高。这类轴承合金广泛用于重型动力机械，如汽轮机、涡轮压缩机和高速内燃机的滑动轴承。

图6-38　Sn-Sb合金相图

其组织可用Sn-Sb合金相图来分析，如图6-38所示。α相是Sb溶解于Sn中的固溶体，为软基体。β′相是以化合物SnSb为基的固溶体，为硬质点。即硬质点β′相均匀分布在α相软基体上。铸造时，由于β′相较轻，易发生严重的密度偏析，所以加入Cu，生成Cu₆Sn₅，呈树枝状分布，阻止β′相上浮，有效地减轻密度偏析。Cu₆Sn₅的硬度比β′相高，也起硬质点作用，进一步提高合金的强度和耐磨性ZSnSb11Cu6的显微组织为α+β′+Cu₆Sn₅。其中α相软基体呈黑色，β′硬质点呈白方块状，Cu₆Sn₅呈白

针状或星状。锡基轴承合金的金相组织如图6-40~图6-46所示。

6.3.2.2 铅基轴承合金铅基轴承合金是以Pb为主再加入少量Sb、Sn、Cu等元素的合金，也是软基体硬质点

组织类型的轴承合金。该软基体为（α+β）共晶体，α相是Sb溶入Pb所成的固溶体，β相是以SnSb化合物为基的含Pb的固溶体；硬质点是初生的β相及化合物Cu₂Sb。Cu₂Sb首先结晶析出，可有效地阻止密度偏析。铅基轴承合金的突出优点是成本低，虽然其性能较锡基轴承合金低，但在工业上仍得到广泛应用。通常用于制造低速、低负荷或静载中负荷机器的轴承合金，如汽车、拖拉机的曲轴轴承等。

图6-39　Pb-Sb相图

铅基轴承合金代表性的合金牌号有ZPbSb₁₆Sn₁₆Cu₂。图6-39为该合金的Pb-Sb相图。α为Sb在Pb中的固溶体，β为Pb在Sb中的固溶体。含15%~17%（质量分数）Sb的Pb-Sb合金的组织为（α+β）+β。（α+β）共晶体为软基体，β相为硬质点。但由于基体太软，β相很脆，易破碎，且有严重的密度偏析，性能不好，所以在铅基轴承合金中再加入锡和铜。锡是为了生成化合物SnSb，并得到以SnSb为基的固溶体作为硬质点；Cu的加入是为了形成化合物Cu₆Sn₅，防止密度偏析，同时亦起硬质点作用。ZPbSb₁₆Sn₁₆Cu₂合金组织为：基体为[Pb+Sn(Sb)]的共晶体，方块状为Sn(Sb)，针状为Cu₃Sn或Cu₂Sb。ZPbSb₁₀Sn₆合金的金相组织为：黑色为铅基固溶体，通常呈枝晶状，黑白相间为（Pb+Sb）的共晶体。由于合金成分的波动和偏析的结果，有时会在视场中出现全部为（Pb+Sb）的共晶体组织，或者在基体组织中出现少量方块状SnSb晶体的情况。铅基轴承合金的金相组织如图6-47~图6-51所示。