Свинцовистый подшипниковый сплав (ZPbSb16Sn16Cu2)

Вот этот самый ZPbSb16Sn16Cu2 — многие сразу думают, что раз сплав свинцовый, да ещё с такой маркировкой, то дело только в антифрикционных свойствах и всё. На деле же, если копнуть, тут целая история с балансом. Балансом между твёрдостью оловянно-сурьмянистых фаз и пластичностью свинцовой основы. И этот баланс часто ломается не на бумаге, а в цеху, когда отливка пошла не по режиму. Сам много раз видел, как перегрев всего на 20-30 градусов выше 480°C ведёт к грубой ликвации сурьмы — потом эти включения как абразив работают в подшипнике. Поэтому цифры в марке — 16% сурьмы, 16% олова, 2% меди — это не просто рецепт, а скорее указание на зону, где нужно держать процесс.

Где тонко, там и рвётся: нюансы структуры и литья

Структура — это ключ. В идеале должна быть равномерная эвтектическая основа с дисперсными кристаллами твёрдых фаз. Но на практике, особенно при литье в песчаные формы или даже на центробежных машинах, добиться этого сложно. Медь, те самые 2%, добавляется для измельчения зерна и повышения твёрдости, но она же первой и выпадает в виде первичных кристаллов Cu6Sn5 при неправильном охлаждении. Получаются эти жёсткие иголки — они, с одной стороны, армируют, а с другой, если их много и они крупные, могут стать очагами трещин.

Вот тут как раз опыт ООО Шаньси Кэжуй Машиностроительное Оборудование с их парком оборудования показателен. На их сайте https://www.sx-kerui.ru указано, что есть 56 единиц центробежного литейного и металлообрабатывающего оборудования. Это не просто цифра. Для работы с ZPbSb16Sn16Cu2 критична стабильность процесса центробежного литья. Нужен точный контроль скорости вращения и температуры формы. Слишком низкая скорость — пористость, слишком высокая — сегрегация тяжёлых компонентов к внешней стенке. Их оборудование, судя по описанию, как раз позволяет подбирать и удерживать эти режимы для серийного производства.

Запомнился один случай, не на их производстве, а у другого завода. Делали втулки для дизельных агрегатов. Сплав, вроде бы, по сертификату идеальный, а ресурс в разы ниже. Стали разбираться — оказалось, при подготовке шихты не учли, что лом свинцово-сурьмянистых сплавов уже содержит примеси мышьяка и висмута. Эти элементы, даже в десятых долях процента, резко повышают хрупкость сплава при повышенных температурах. Так что состав ZPbSb16Sn16Cu2 — это про чистоту исходников не меньше, чем про проценты.

Обработка и адаптация к реальным нагрузкам

После литья идёт механическая обработка. И здесь снова свои подводные камни. Сплав достаточно мягкий, но из-за твёрдых вклюжений инструмент изнашивается специфически — не равномерно, а выкрашивается. Для токарной обработки лучше подходят резцы с положительным передним углом и острой режущей кромкой. Но главное — нельзя допускать вибраций. Заготовка должна быть жёстко закреплена, иначе поверхность получается ?рваной?, что для рабочей поверхности подшипника недопустимо.

Часто возникает вопрос по поводу прирабатываемости. Да, свинцовистый подшипниковый сплав с таким составом хорошо прирабатывается благодаря свинцу. Но это не значит, что можно не обращать внимания на чистоту поверхности вала. Микронеровности вала выше Ra 0.32 уже могут вызывать задиры, особенно в момент запуска, когда масляная плёнка ещё не образовалась. Поэтому в паспорте на изделие всегда нужно оговаривать не только параметры самого вкладыша, но и требования к сопрягаемой детали.

Ещё один практический момент — это создание заливного слоя на стальной подложке (биметалл). Технология наплавки или центробежного заливания здесь решающая. Плохая адгезия — и весь вкладыш идёт в брак. Нужен идеально чистый и обезжиренный стальной корпус, часто с дополнительным лужением или нанесением промежуточного подслоя. Оборудование, подобное тому, что есть у ООО Шаньси Кэжуй, как раз и заточено под такие двухслойные процессы, где контроль температуры стали и заливаемого сплава должен быть синхронным.

Области применения и границы возможного

Традиционно ZPbSb16Sn16Cu2 идёт на ответственные подшипники скольжения для стационарных дизелей, турбогенераторов, прокатных станов — то есть для тяжёлого машиностроения. Высокое содержание олова даёт хорошую коррозионную стойкость в нейтральных и слабощелочных маслах. Но есть и ограничения. Например, для высокооборотных двигателей (выше 3000 об/мин) с ударными нагрузками я бы его уже не рекомендовал. Тут лучше смотреть в сторону оловянистых сплавов с меньшим содержанием свинца или даже бронз.

Иногда пытаются его применить для ремонта старых агрегатов, делая втулки по старым чертежам. Но тут важно понимать, что современные масла и режимы работы могут отличаться. Старая смазка на минеральной основе и новая синтетическая по-разному взаимодействуют с поверхностью сплава. Бывало, что после замены масла на более современное начиналось повышенное изнашивание — виной тому разные пакеты присадок, некоторые из которых могут агрессивно влиять на свинец.

Поэтому при выборе сплава для конкретного узла нужно анализировать не только нагрузку и скорость, но и всю систему смазки, температурный режим, наличие вибраций. Универсальных решений нет. Даже такой проверенный сплав, как ZPbSb16Sn16Sn16Cu2, — это инструмент, который нужно грамотно применять.

Контроль качества: от плавки до готового изделия

Контроль начинается с шихты. Спектральный анализ каждой партии свинца, олова, сурьмы и меди — обязательно. Даже если поставщик один и тот же, могут быть партийные отклонения. Плавку лучше вести в индукционных печах — меньше угар, лучше перемешивание. Обязателен контроль температуры перед разливкой. Простой, но эффективный способ — визуальная проверка пробной отливки на излом. Мелкозернистый, серебристо-матовый излом с равномерным распределением твёрдых частиц — хороший признак. Крупные блестящие кристаллы — тревожный сигнал.

Готовые отливки или биметаллические заготовки проверяют на твёрдость (по Бринеллю), делают микрошлифы для оценки структуры. Но самый важный тест — это, конечно, стендовые испытания готового подшипникового узла. Здесь имитируются реальные условия. Часто именно на этом этапе выявляются скрытые дефекты литья, невидимые на УЗК, например, микропоры в зоне контакта с подложкой.

Для компании, которая занимается этим профессионально, как ООО Шаньси Кэжуй Машиностроительное Оборудование, наличие полного цикла — от плавки и центробежного литья на своём оборудовании до механической обработки и контроля — это огромное преимущество. Позволяет отслеживать всю цепочку и гарантировать стабильность свойств конечного продукта. На их сайте видно, что акцент сделан именно на оснащённость, а это для металлургии часто важнее громких слов.

Вместо заключения: практические выводы

Так что же в сухом остатке про свинцовистый подшипниковый сплав ZPbSb16Sn16Cu2? Это не устаревший материал, а вполне актуальный для определённых ниш. Его успех на 90% определяется не химическим составом из ГОСТа, а технологической культурой производства. Чистота шихты, точность соблюдения режимов литья, контроль на всех этапах.

Опыт показывает, что проблемы обычно возникают не из-за самого сплава, а из-за желания сэкономить на подготовке, контроле или оборудовании. Использование неподходящего лома, упрощение технологии отжига, неточная обработка — всё это убивает потенциал материала.

Поэтому, выбирая поставщика вкладышей или заготовок из этого сплава, стоит смотреть не только на сертификаты, но и на производственную базу. Наличие современного парка литейного и металлорежущего оборудования, как в случае с Кэжуй, — это хороший индикатор того, что процесс поставлен и за результат можно быть спокойнее. В конце концов, в машиностроении надёжность узла часто начинается с дисциплины в цеху у поставщика компонентов.