Оловянистый подшипниковый сплав (ZSnSb11Cu6)

Вот этот самый ZSnSb11Cu6 — все его знают, все про него говорят, а на деле половина понимает его поведение в отливке лишь в теории. Часто думают: раз ГОСТ есть, раз химия сошлась — значит, будет работать. А потом на испытаниях вкладыш идет трещинами или показывает не ту усталостную прочность. Не в цифрах дело, а в том, как этот сплав ведет себя в реальных условиях литья и последующей обработки, особенно на крупногабаритных заготовках.

Не просто цифры в паспорте: что скрывает химия

Когда берешь сертификат, там красуется: олово основа, 11% сурьмы, 6% меди, остальное — допустимые примеси. Но ключевое — это не просто проценты, а форма их существования в структуре. Медь тут — не просто легирующий элемент, она образует с оловом интерметаллиды типа Cu6Sn5, которые и создают ту самую твердую основу. Если процесс рафинирования или литья прошел с перегревом, эти фазы могут грубо вырасти, и тогда сплав становится хрупким. Видел такое на практике, когда партия отливок для судовых дизелей пошла на доработку именно из-за крупных, игольчатых выделений.

Сурьма — Sb — она дает твердость, но тоже капризная. При неравномерном охлаждении — а на центробежном литье это обычная история — может дать ликвацию. Получаются зоны с повышенной хрупкостью. Поэтому контроль скорости вращения и температуры формы — это не рекомендация, а обязаловка. Мы на своем оборудовании, том же, что и у ООО Шаньси Кэжуй Машиностроительное Оборудование (их сайт — https://www.sx-kerui.ru — кстати, у них в парке как раз те самые центробежные машины, о которых речь), всегда делаем пробные отливки для новой оснастки. Не доверяешь 'стандартным' режимам слепо.

И про примеси. Свинец, висмут, даже мышьяк — их наличие строго лимитировано, но вторичное сырье иногда их приносит. Они резко снижают антифрикционные свойства и теплостойкость. Была история с партией вкладышей для турбокомпрессора — вроде бы все по ГОСТу, а температура размягчения оказалась ниже паспортной. Разбирались — виноват был неучтенный висмут в ломе. С тех пор на входной контроль шихты смотрим втрое пристальнее.

Центробежное литье: где теория сталкивается с реальностью

Вот здесь и проявляется вся соль работы с оловянистым подшипниковым сплавом. Технология вроде бы отработана, но каждый размер — новая задача. Основное преимущество центробежного литья — плотная, мелкозернистая структура без раковин. Но для ZSnSb11Cu6 критична скорость вращения. Малую дашь — будут усадочные раковины у внутренней поверхности (которая потом станет рабочей!). Большую дашь — возникает сегрегация тяжелых фаз, тот же Cu6Sn5 отбрасывается к внешнему диаметру, и обрабатывать заготовку становится адом — резец просто крошится.

У ООО Шаньси Кэжуй в описании как раз указано наличие 56 единиц разного центробежного и металлообрабатывающего оборудования. Это важный момент. Потому что для разных диаметров и длин втулок нужны разные машины. Опытный производитель это понимает: на одной установке и 50-мм и 500-мм заготовки качественно не отольешь. Нужно подбирать группу оборудования под задачу. Мы, например, для заготовок под подшипники скольжения ответственных механизмов всегда используем машины с точным контролем числа оборотов и возможностью программного изменения скорости в процессе — чтобы компенсировать изменение теплового режима.

Еще один нюанс — подготовка формы. Перед заливкой ее нужно не просто нагреть, а вывести на строго определенную температуру. Слишком холодная — риск быстрой кристаллизации и неравномерной структуры. Слишком горячая — сплав может 'налипнуть' на стенку, и при извлечении получишь поверхность с надрывами. Тут нет универсального рецепта, каждый технолог подбирает под конкретную конфигурацию. Часто это знание, которое ни в одном учебнике не запишешь, только в карточке режимов на производстве.

Механическая обработка: когда твердость играет против тебя

Отлили заготовку — полдела сделано. Дальше — токарная и фрезерная обработка. И вот здесь многие сталкиваются с неожиданной проблемой: сплав ZSnSb11Cu6, будучи в целом достаточно мягким для обработки, содержит те самые твердые интерметаллидные включения. Они-то и убивают режущую кромку. Стандартный твердый сплав для алюминиевых бронз тут может не подойти — будет выкрашиваться.

Методом проб и ошибок пришли к использованию остроконечных резцов с определенными геометриями и, что важно, к строгому контролю подачи. Большая подача — и вместо стружки получаешь отрыв материала, поверхность выглядит рваной. Нужна мелкая, но с высокой скоростью резания. И обильное охлаждение, но не эмульсией, которая может вызвать коррозию, а специальными составами. Для расточки внутренних поверхностей вкладышей это особенно критично.

Именно поэтому комплексный подход, когда и литье, и мехобработка находятся в одном технологическом цикле, как, судя по описанию, организовано у Шаньси Кэжуй, дает большое преимущество. Технологи, которые лили, знают, где в заготовке могут быть зоны с повышенной твердостью, и передают эти данные станкам ЧПУ. Можно заранее скорректировать траекторию и режимы резания. Это снижает брак на финишной стадии на порядок.

Контроль качества: не только твердомер

Все привыкли, что главные параметры — твердость по Бринеллю и химический состав. С этим спорить не буду, это основа. Но для подшипникового сплава ZSnSb11Cu6 не менее важна проверка микроструктуры. Обязательная вырезка технологических образцов-свидетелей из каждой плавки или, для крупных отливок, даже из каждой заготовки. Травление, микроскоп.

Что мы ищем? Равномерное распределение кубических кристаллов β-фазы (твердый раствор сурьмы в олове) в мягкой оловянной основе. Отсутствие крупных, сгруппированных выделений интерметаллидов меди. Отсутствие следов ликвации. Бывает, химия в норме, твердость в норме, а под микроскопом видна неоднородность, которая под нагрузкой приведет к локальному износу и задирам. Такую партию в ответственные узлы уже не пустишь.

Еще один тест, который часто игнорируют на мелких производствах, — испытание на сцепление с стальной или бронзовой основой при заливке биметалла. Ведь часто этот сплав используют как рабочий слой. Тут важен не только свой состав, но и подготовка основы, и температура заливки. Отслоение при испытании на отрыв — верный признак неверно выбранного режима. Мы такой контроль проводим выборочно, но для новых типов изделий — обязательно.

Из практики: когда что-то пошло не так

Хочется верить, что все всегда идет по плану, но это не так. Один из самых показательных случаев был с крупной отливкой втулки для прокатного стана. Диаметр под 400 мм, длина около метра. Залили по всем, казалось бы, правилам. После механической обработки и динамических испытаний на стенде обнаружилась странная вибрация. Разобрали — на рабочей поверхности появились микротрещины, невидимые глазу, но ощутимые щупом.

Анализ показал, что виной всему стал локальный перегрев металла в ковше перед заливкой. Термопара дала сбой, и фактическая температура была градусов на 50 выше расчетной. Это привело к повышенному газопоглощению и, как следствие, к микропористости в средних слоях отливки. Под циклической нагрузкой эти поры стали очагами усталостных трещин. Вывод? Дублируй контроль критических параметров. Теперь у нас на ответственных операциях всегда стоит две независимые системы измерения температуры.

Другой пример — экономия, которая вышла боком. Попробовали использовать для шихты больше вторичного, очищенного олова. Химия вроде бы сошлась. Но отливки стали заметно хуже обрабатываться, появился брак по геометрии. Оказалось, в 'очищенном' сырье был повышенный, хоть и в пределах допуска, уровень алюминия. Он, даже в сотых долях процента, влияет на жидкотекучесть и усадку. Сплав вел себя иначе в форме. Вернулись к проверенным поставщикам первичных материалов, пусть и дороже. Надежность важнее.

В итоге, работа с ZSnSb11Cu6 — это постоянный диалог между технологической картой и реальным поведением металла. Нельзя слепо следовать инструкции. Нужно смотреть на структуру, помнить о нюансах литья и обработки, и всегда, всегда проверять результат не только по паспорту, но и под микроскопом, и на испытательном стенде. Только тогда этот, казалось бы, классический сплав, будет работать так, как от него ждут — десятилетиями, в самых тяжелых условиях.