СВИНЦОВЫЙ БАББИТ

Изобретение относится к металлургии сплавов на основе свинца, предназначенных для изготовления подшипникового слоя (литого, спеченного, накатного) в многослойных тонкостенных подшипниках скольжения, малонагруженных коренных и шатунных подшипников, вкладышей, упорных подшипников для двигателей внутреннего сгорания, например дизельных.

Аналогом предложенному сплаву является подшипниковый сплав на основе свинца, содержащий, масс. %:

          Олово                               14-18

          Медь                                 6-10

          Свинец                            Остальное [1]

и анодный сплав на основе свинца, содержащий, масс. %:

          Висмут                             28-34

          Олово                               18-26

          Кальций                           0,1-0,2

          Свинец                           Остальное [2].

Эти сплавы по химическому составу и содержании олова и свинца, а также областей их применения являются аналогом заявляемого сплава. Они отличаются невысоким уровнем коррозионной стойкости.

Прототипом заявляемого сплава является свинцовый баббит БТ (PbSb15Sn10) по ГОСТ 1320-74, содержащий, масс. %:

Сурьма                              14-16

Олова                                  9-11

Свинец                             Остальное.

Данный сплав обладает также недостаточным уровнем коррозионный стойкости в агрессивных средах, что ограничивает области его использования.

Коррозия сплавов свинца с сурьмой зависят не только от концентрации добавки в сплаве, но и от способа отливки анодов. При низком содержании сурьме (1-6%) в сплаве коррозия имеет преимущественно интеркристаллитный характер, при большем содержании (до 13%) интердендритный характер. Увеличение содержании сурьми до 3% почти не сказывается на стойкости сплава и лишь в диапазоне от 3% до 6% происходит существенное снижение коррозии с 11,6 до 8 мг­/Аꞏ ч, приходящее на состав Pb+4,25%Sb. Резкое изменение скорости коррозии происходит на сплавах, содержащих от 40 до 60% сурьмы.

Растворимость олова в свинце сильно изменяется в зависимости от температуры, в частности, резко снижается от 29 мас.% при эвтектической температуре (183 ⁰С) до 1,9 мас.% при комнатной температуре.

Аноды из сплавов свинец-олово более стойки, чем из свинца. Стойкость анодов повышается с увеличением концентрации олово в сплаве и достигает максимума при 15%. Особенно коррозионная стойкость сплавов свинец-олово увеличивается до содержания олова 2,5 масс.%. Дальнейшее повышение концентрации олова в сплаве с переходом в эвтектическую область сопровождается увеличением коррозии, хотя она и ниже, чем для чистого свинца.

В системе Pb-Ca область растворимости кальция в свинце составляет меньше 0,1 масс.% вблизи температуры перитектики. Эвтектика (Pb+CaPb₃) кристаллизуется при 6 масс.% кальция. Скорость коррозии сплавов, характеризуется минимумом, лежащим в области концентрации 0,25 мас.% кальция. При дальнейшем увеличении содержания кальция скорость коррозии резко возрастает, причем начальная скорость гораздо меньше, чем установившаяся в конце испытания. Рост потенциала обусловлен увеличением доли β-PbO₂ в слое.

Вместе с тем увеличение коррозии свинцово-кальциевых сплавов в области концентрации выше 0,25 масс. % очевидно связано не только со структурой сплава, но и с критическим соотношением CaPb₃ и фазы Pb, при котором она определяет коррозию.

Стронций в количествах 1,0-1,5 масс.% в составе бинарных или тройных сплавов придает анодам повышенную начальную стойкость, но в процессе электролиза это качество постепенно снижается.

Поскольку стронций образует со свинцом очень ограниченные твердые растворы, коррозионноопределяющей фазой является соединение SrPb₃. В связи с этим, а также учитывая стабильность скорости коррозии низкопроцентных сплавов в ходе длительной поляризации можно предполагать, что граница растворимости стронция в свинце близка к 0,067 масс. %.

Присутствие большого количества бария в свинце (≥1 масс.%) приводит к увеличению во времени скорость анодной коррозии. В двухфазном сплаве Pb+BaPb₃ фаза соединения (BaPb₃) является нестойкой, поэтому можно сделать вывод о межкристаллитном характере коррозии, т.е. о преимущественном растворении этой фазы, что приводить к развитию поверхности, глубокому проникновению коррозионных процессов и усиленному осыпанию окисленных продуктов.

Для сплавов, соответствующих по составу области растворимости бария в свинце (<1,0 масс.%Ba), можно отметить заметное повышение стойкости, стабильной в ходе длительной поляризации. Таким образом, как и в случае присадка стронция и кальция, коррозионные свойства сплава свинца с барием зависят от его структуры и свойств, составляющих сплав.

Целью изобретения является повышение коррозионной стойкости баббита БТ (PbSb15Sn10) по ГОСТу 1320 – 74, при сохранении усталостной прочности.

Для достижения поставленной цели известный свинцовый баббит БТ (PbSb15Sn10), содержащий сурьму и олова, легируется дополнительно одним металлом из группы щелочноземельных металлов (кальций, стронций и барий), при следующем соотношении компонентов, масс., %:

    Сурьма                     14-16

    Олова                         9-11

    Один металл из группы кальций, стронций, барий     0,01 – 1,0

               Свинец                          Остальное.

Из предложенного сплава изготавливают антифрикционный слой в многослойном подшипнике скольжения. Слой преимущественно наносят электрохимическим способом толщиной 0,002-0,05 мм.

Для опробования предложенного сплава приготавливают композиции, химический состав которых, приведен в таблице.

Свинцовый баббит c щелочноземельными металлами (лантан, церий, неодим) получали в шахтной лабораторной печи СШОЛ при температуре 450 – 500°С путем плавки свинца марки С1 (99,985% ) (ГОСТ 3778-77), олова марки ОВЧ-000 (99,999% ) (ГОСТ 860-75), сурьмы металлической марки Су00 (99,9% ) (ГОСТ 1089-82), кальций марки Ка (99,8% Сa) (ТУ 95-824-88), стронций марки CтМI (99,9% Sr) (ТУ-48-4-173-72) и барий БМ-1 (99,9% Ba) (ТУ 48-4-465-85). Далее из расплава в металлический кокиль отливали цилиндрические образцы диаметром 8 мм и длиной 120 мм, для исследования коррозионно-электрохимических свойств. Торцевая часть образцов служила рабочим электродом для исследования электрохимических свойств. Состав полученных

сплавов контролировался взвешиванием шихты и полученных сплавов.

Исследования электрохимических свойств сплавов проводили на импульсном потенциостате ПИ-50-1.1 потенциостатическом методом в потенциодинамическом режиме при скорости развертки потенциала 2 мВ/с, с помощью программатора ПР-8 и самозаписи ЛКД-4. Температура раствора поддерживалась постоянно 20°С, с помощью термостата МЛШ-8. Электродом сравнения служил хлоридсеребряный, а вспомогательным - платиновый.

Исследование коррозионно-электрохимических свойств свинцового баббита БТ (PbSb15Sn10) с щелочноземельными металлами проводилось в соответствии с рекомендациями ГОСТ 9.017-74, в среде водного раствора 3%-ного NaCl как заменителя морской среды. Результаты исследования обобщены в таблице.

Из приведенных в таблице электрохимических характеристик и скорости коррозии свинцового баббита БТ (PbSb15Sn10) с кальцием, стронцием и барием следует, что добавки щелочноземельных металлов в пределах 0,01÷1,0 масс. % способствуют смешению в область положительных значений потенциалов свободной коррозии (Есв.кор.), питингообразования (Е_п.о.) и репассивации (Е_рп.) результатом чего является снижение скорости коррозии и плотности тока коррозии сплавов на 20%.

                                                                                                                                              Таблица 

Коррозионно-электрохимические характеристики свинцового баббита

БТ(PbSb15Sn10) с кальцием, стронцием и барием, в среде водного раствора 3,0%- ного NaCl

 Механизм действия щелочноземельных металлов на рост коррозионной стойкости исходного баббита БТ(PbSb15Sn10) заключается в сдвиге всех электрохимических потенциалов сплавов в область положительных значений и снижении плотности тока коррозии и скорости их коррозии.