滑动轴承合金

教学情境三 滑动轴承合金

学习与训练子目标

了解轴瓦的结构

熟悉轴承合金的性能和组织特点

掌握常用轴承合金的类型、代号及用途

机械设备中使用的轴承有滚动轴承和滑动轴承。虽然滚动轴承有很多优点，应用很广，但滑动轴承具有承压面积大、工作平稳无躁音以及检修方便等优点，在船舶动力装置中被广泛应用，例如柴油机、增压器、空气压缩机、轴系、锚机及绞缆机等的轴承均为滑动轴承。滑动轴承是机器中的一个重要机械零件，支承着轴进行工作。当轴旋转时，轴和轴瓦之间有着强烈的摩擦，受到周期性交变载荷的作用，并产生冲击振动，所以，选择合适的轴瓦材料相当重要。在滑动轴承中，制造轴瓦及其内衬的合金称为轴承合金。滑动轴承的结构如图8-9所示。

图8-9　不同的轴承结构

知识点一　 轴瓦的结构

船用轴瓦的结构形式有以下3种：

一、两半式厚壁轴瓦

上、下轴瓦均由瓦壳与瓦衬组成，如图8-10（a）所示，厚壁轴瓦的厚度大于0.064D（D为轴径） ，合金层厚度约为0.75～2mm。瓦壳材料主要是低碳钢，耐磨合金多采用巴氏合金。这种轴瓦主要用于中、低速船用柴油机的主轴承、曲柄销轴承和十字头轴承等。

图8-1.　轴瓦的结构

二、两半式薄壁轴瓦

由瓦壳和合金瓦衬组成，如图8-10（b）所示。轴瓦厚度一般为0.02～0.065D（D为轴径） ，合金层厚度约为0.2～0.7mm。瓦壳材料一般为低碳钢，耐磨合金可用巴氏合金、铜基轴承合金或铝基轴承合金。这种轴瓦主要用于中、高速柴油机的轴承。

三、整体式轴瓦

常用铜基轴承合金轴瓦，该轴瓦由钢壳与铅青铜耐磨合金制成，如图8-10 （c）所示。这种轴瓦的轴需从轴瓦的一端插入，装拆不便，主要用于筒状活塞式柴油机连杆小端轴瓦和摇臂轴瓦。

知识点二 轴承合金的性能和组织特点

一、对轴承合金的性能要求

（1）在工作温度下具有足够的抗压强度、疲劳强度、硬度、塑性和韧性。

（2）具有良好的减摩性，摩擦系数低，磨合性好，良好的抗咬合性、嵌藏性和亲油性。

（3）具有良好的耐蚀性、导热性和较小的膨胀系数。

（4）良好的工艺性，易于铸造和切削加工。

二、轴承合金的组织特点

根据对轴承合金的性能要求，轴承合金的组织应软硬兼备。目前常用的轴承合金有两类组织。

（一）在软基体上分布着硬质点

当轴运转时，轴承合金软的基体很快被磨凹而成为储油窝，能储存润滑油，有利于形成油膜，保证低的摩擦系数、较好的磨合性、嵌藏性，并抗冲击、抗振动，而凸起的硬质点起支承作用，并抵抗自身的磨损，但这类组织难以承受高的载荷，如图8-11所示。属于这类组织的轴承合金有锡基合金和铅基合金，又称为巴氏合金。

图8-1.　理想的轴承合金组织

（二）在较硬基体上分布着软质点

高速重载轴承首先要保证有足够的承载能力，这就要求轴承有较硬的基体（硬度低于轴的轴颈）组织来提高单位面积上能够承受的压力。这类组织也具有低的摩擦系数，但其磨合性较差。属于这类组织的合金有铜基合金和铝基合金。

三、常用轴承合金

常用轴承合金有巴氏合金、铜基轴承合金和铝基轴承合金。

（一）巴氏合金

巴氏合金分为锡基巴氏合金和铅基巴氏合金，又称为白合金。巴氏合金的牌号表示方法为： “ZCh” （ “铸承”的汉语拼音字首）+基本元素和主加元素符号+主加元素和辅加元素含量；例如ZChSnSbll-6，表示基本元素Sn为83%，主加元素Sb为11%，辅加元素Cu为6%。

1. 锡基巴氏合金

锡基巴氏合金又称为锡基轴承合金，是以锡为基体元素，加入锑、铜等元素组成的合金。具有软的基体上分布着硬质点的理想组织。锡基巴氏合金是优良的减摩材料，具有摩擦系数小，塑性和韧性好，导热性、磨合性、嵌藏性好，耐腐蚀等优点，但耐热性差，有偏析现象，疲劳强度低，当工作温度超过110℃时，疲劳强度降低一半左右。主要用于中、低速柴油机的主轴承、曲柄销轴承和十字头轴承、船舶中间轴轴承和尾轴轴承等。

2. 铅基巴氏合金

铅基巴氏合金又称为铅基轴承合金，是在铅锑合金中加入锡、铜等元素组成的合金。组织结构也是在软的基体上分布着硬质点，具有较好的抗压强度、耐磨性、嵌藏性，价格便宜，但其强度、韧性、耐蚀性和导热性较差。铅基巴氏合金的性能不如锡基巴氏合金。一般用于制造中速、中载且冲击不大的机器轴承，如船舶辅机的压缩机、起货机、锚机等轴承。

常用的锡基、铅基轴承合金牌号、性能如表8-5所示。

表8-5　常用的锡基、铅基轴承合金牌号、成分与性能

（二）铜基轴承合金

铜基轴承合金是一种常用的轴承材料，主要有铅青铜、锡青铜等。

1. 铅青铜

铅青铜中ZCuPb30是典型的铜基轴承合金材料，成分30%Pb、70%Cu。组织结构是在硬的基体上分布着软质点。铅青铜具有较高的疲劳强度和较大的承载能力、优良的导热性、较高的工作温度（250℃） 、较低的摩擦系数和较高的耐磨性，但耐蚀性、磨合性、嵌藏性及抗咬合性等均低于巴氏合金。

铅青铜适宜制造高速、高载及冲击载荷的重要轴承，如高速大功率柴油机的主轴承、连杆轴承等。

2. 锡青铜

锡青铜包括磷锡青铜ZCuSn10Pl、锌铅锡青铜ZCuSn6Zn6Pb3和ZCuSn5Zn5Pb5。 磷锡青铜ZCuSnl0Pl具有较高的强度和疲劳强度、优良的耐磨性、良好的稳定性，工作温度可达280℃，在大气、淡水中有良好的耐蚀性，但偏析倾向大。常用作高速、高载柴油机轴承，并制成整体衬套式轴承。

锌铅锡青铜ZCuSn6Zn6Pb3和ZCuSn5Zn5Pb5具有良好的耐磨性和铸造性、较高的强度和疲劳强度、良好的切削加工性，工作温度达280℃，在大气、淡水中有良好的耐烛性。常用于制造中高载荷、中速柴油机的轴承和减速器、起重机及机床轴承。

（三）铝基轴承合金

铝基轴承合金是20世纪60年发展起来的一种新型减摩材料。其特点是原料丰富，价格便宜，导热性好，疲劳强度与高温硬度较高，能承受较大压力，但膨胀系数较大，运转时易与轴咬合，尤其是起动时危险性更大。我国已逐步用其来代替巴氏合金与铜基轴承合金。常用的铝基轴承合金有低锡铝轴承合金、铝锑镁轴承合金和高锡铝轴承合金。

1. 低锡铝轴承合金

含Sn小于l0%，并含Cu、Mg、Ni及大量Al的轴承合金。具有承载能力强、疲劳强度高、减磨性差的特点，用于中高速、重载的轴承。

2. 铝锑镁轴承合金

含Sb 3.5%～5.5%、Mg 0.3%～0.7%，其余为铝。在铝的软基体上分布着AlSb化合物硬质点。该合金具有高的疲劳强度和耐磨性、耐蚀性，但承载能力不强，用于低速、中载的轴承，如农机、拖拉机的轴承等。

3. 高锡铝轴承合金

铝和锡在固态下几乎不溶解。20高锡铝合金含Sn 20%、Cu1%，其余为Al。组织结构为硬的铝基体上分布着粒状锡的软质点，Cu溶于Al可强化基体。具有承载能力强，疲劳强度高，耐热性、耐磨性和耐蚀性良好，切削加工性好和成本低等优点，可代替巴氏合金等轴承材料。广泛用于高负荷的中、高速船用柴油机主轴承和连杆轴承，也用于汽车、拖拉机的轴承上。

为进一步改善20高锡铝合金的性能，目前已将含锡量增至30%～40%。但含锡量增大会导致合金疲劳强度下降。40高锡铝合金的疲劳强度已与巴氏合金相近，用于船用大型低速柴油机的十字头轴承。

思考与训练

复习本教学情境的基本知识，思考选择正确答案。

一、轴瓦的结构形式及对轴承合金的要求

1. 目前两半式厚壁轴瓦广泛采用钢瓦壳，＿＿瓦衬。

A. 巴氏合金 　　　B. 铜铅合金 　　　C. 锡青铜 　　　D. 高锡铝合金

2. 薄壁轴瓦的主要特点是＿＿。

A. 不用修刮 　　　B. 疲劳强度高

C. 互换性好 　　　 D. 重量轻、成本低

3. 两半式厚壁轴瓦的特点是＿＿。

Ⅰ. 壁厚；Ⅱ. 刚性大；Ⅲ. 耐磨；Ⅳ. 轴承间隙可调节；Ⅴ. 可修理。

A. Ⅰ+Ⅲ+Ⅳ 　　B. Ⅰ+Ⅱ+Ⅳ 　　　C. Ⅱ+Ⅳ+Ⅴ　　　 D. Ⅱ+Ⅴ

4. 两半式薄壁轴瓦的特点是＿＿。

Ⅰ. 壁薄；Ⅱ. 刚性差；Ⅲ. 互换性好；Ⅳ. 疲劳强度高；Ⅴ. 不可修理。

A. Ⅰ+Ⅲ+Ⅳ　　　 B. Ⅰ+Ⅱ+Ⅴ　　　 C. Ⅱ+Ⅲ+Ⅴ　　　 D. Ⅱ+Ⅴ

5. 厚壁轴瓦广泛应用于＿＿的轴承上。

Ⅰ. 中、低速柴油机；Ⅱ. 中、高速柴油机；Ⅲ. 高速柴油机；Ⅳ. 辅机；Ⅴ. 增压器。

A. Ⅰ+Ⅲ+Ⅳ　　　 B. Ⅰ+Ⅳ 　　　C. Ⅱ+Ⅳ+Ⅴ　　　 D. Ⅱ+Ⅴ

6. 轴承合金中，允许工作温度最高的是＿＿。

A. 铅基巴氏合金 　　　B. 锡基巴氏合金 　　　C. 铅青铜 　　　D. 铝基轴承合金

7. 轴承合金理想的结构为＿＿。

A. 在软基体上分布着硬质点

B. 在硬基体上分布着软质点

C. 铁素体基体上分布着硬质点

D. 在软基体上分布着硬质点，或在硬基体上分布着软质点

8. 下列轴承合金中，属于在软基体上分布着硬质点轴承合金理想的结构为＿＿。

Ⅰ. 锡基巴氏合金；Ⅱ. 铅基巴氏合金；Ⅲ. 铅青铜；Ⅳ. 锡青铜；Ⅴ. 高锡铝合金。

A. Ⅰ+Ⅱ+Ⅳ 　　　B. Ⅲ+Ⅴ 　　　C. Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ　　　 D. Ⅳ+Ⅴ

9. 下列轴承合金中，属于在硬基体上分布着软质点轴承合金理想的结构为＿＿。

Ⅰ. 锡基巴氏合金；Ⅱ. 铅基巴氏合金；Ⅲ. 铅青铜；Ⅳ. 锡青铜；Ⅴ. 高锡铝合金。

A. Ⅰ+Ⅱ+Ⅳ 　　　B. Ⅲ+Ⅴ　　　 C. Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ 　　　D. Ⅳ+Ⅴ

二、轴承合金

（一）巴氏合金

1. 关于巴氏合金的叙述，不正确的是＿＿。

A. 是软基体组织上分布着硬质点 　　　　　B. 摩擦系数小，导热性和抗蚀性好

C. 疲劳强度低 　　　　　　　　　　　　 D. 无偏析现象

2. 关于锡基巴氏合金，以下说法错误的是＿＿。

A. 是软基体组织上分布着硬质点

B. 摩擦系数小、良好的导热性和抗蚀性

C. 疲劳强度较高，适于作中、高速柴油机的主轴承

D. 有偏析现象

3. 以下为锡基轴承合金的是＿＿。

A.ZChSnSb11-6　　　　B.ZChPbSb15-5-3

C.ZCuSn10Pb5 　　　　D.ZCuPb30

4. 以下为铅基轴承合金的是＿＿。

A.ZChSnSb11-6　　　　　 B.ZChPbSb15-5-3

C.ZCuSn10Pb5 　　　　　 D.ZCuPb30

5. 在锡基巴氏合金中加入6%的铜，其目的是为了＿＿。

A. 消除偏析 　　　　　B. 消除枝晶偏析

C. 消除比重偏析 　　　 D. 消除晶内偏析

6. 关于锡基巴氏合金的主要特点，下列说法错误的是＿＿。

A. 具有理想的组织结构，摩擦系数小，耐磨性好

B. 基体的塑性和韧性好

C. 有良好的导热性、抗蚀性和工艺性

D. 疲劳强度低，随着温度升高强度下降，最高工作温度小于120℃

7. 关于铅基巴氏合金的主要特点，下列说法错误的是＿＿。

A. 具有较好的抗压强度、耐磨性、嵌藏性

B. 含锡量少，价格低，但其韧性和疲劳强度低

C. 导热性、耐蚀性较差

D. 工作温度小于110℃

8. 关于铅基巴氏合金的主要特点，下列说法错误的是＿＿。

A. 具有较好的抗压强度、耐磨性、嵌藏性

B. 含锡量少，价格低，韧性和疲劳强度高

C. 导热性、耐蚀性较差

D. 工作温度小于120℃

9. 关于铅基巴氏合金的主要特点，下列说法错误的是＿＿。

A. 具有较好的抗压强度、耐磨性、嵌藏性

B. 含锡量少，价格低，韧性和疲劳强度低

C. 导热性、耐蚀性较好

D. 工作温度小于120℃

10. 目前，船用中低速柴油机主轴承、曲柄销轴承和十字头轴承，船舶中间轴承和尾轴承等广泛应用＿＿。

A. 锡基巴氏合金 　　　B. 铅基巴氏合金 　　　C. 铅青铜 　　　D. 锡青铜

11. 下列合金中，＿＿被称为巴氏合金。

A. 铝基轴承合金 　　　　B. 铅基轴承合金

C. 铜基轴承合金 　　　　 D. 锌基轴承合金

（二）铜基轴承合金

1. 下列不属于铜基轴承合金是＿＿。

A. 铅青铜 　　　B. 锡青铜　　　 C. 铝青铜 　　　D. 白铜

2. 关于铅青铜的主要特点，下列说法错误的是＿＿。

A. 具有较高的疲劳强度和较大的承载能力

B. 优良的导热性，较高的工作温度

C. 有较低的摩擦系数和较高的耐磨性

D. 耐蚀性、磨合性、嵌藏性及抗咬合性均高于巴氏合金

3. 下列铜基轴承合金中，允许工作温度最高的是＿＿。

A.ZQPb30　　　 B.ZQSn10-1　　　 C.ZQSn6-6-3　　　　D.ZQPb40

（三）铝基轴承合金

1. 铝基轴承合金主要包括低锡铝合金、铝锑镁轴承合金和＿＿。

A. 铝合金 　　　B. 铝硅合金 　　　C. 中锡铝合金 　　　D. 高锡铝合金

2. 关于20高锡铝合金的叙述，不正确的是＿＿。

A. 强度及疲劳强度高

B. 寿命长、加工性好、成本低

C. 耐热性和耐磨性好

D. 广泛应用于大型低速柴油机的主轴承和连杆轴承

3. 可替代ZChSnSb11-6合金，用于低速柴油机主轴承的是＿＿。

A. 低锡铝合金 　　　B.20高锡铝合金

C.30高锡铝合金 　　　 D.40高锡铝合金

4.＿＿广泛用于高负荷的中高速船用柴油机主轴承和连杆轴承，也用于汽车、拖拉机的轴承上。

A. 低锡铝合金 　　　　B.20高锡铝合金

C.30高锡铝合金 　　　　 D.40高锡铝合金

5.＿＿具有承载能力强、疲劳强度高、减摩性差的特点，用于中高速重载荷的轴承。

A. 低锡铝合金 　　　　　 B.20高锡铝合金

C. 30高锡铝合金 　　　　 D.40高锡铝合金

6. 下列轴承合金中，属于在硬基体上分布着软质点轴承合金理想的结构为＿＿。

A. 铝锑镁轴承合金 　　　　　B.20高锡铝合金

C.30高锡铝合金 　　　　　　　D.40高锡铝合金