汽车材料（第3版）课件：汽车用轴承合金

汽车材料（第3版）

汽车用轴承合金轴承材料的基本特性轴承材料的成分及性能汽车发动机用轴承材料第一节第二节第三节１.了解汽车用轴承材料的基本特性及要求。２.掌握汽车用轴承材料的成分及性能。３.了解发动机用轴承材料的要求。４.了解滑动轴承的结构形式及特点。５.掌握汽车常用轴瓦材料的分类及应用。学习目标第一节轴承材料的基本特性

轴承是机器上的重要零件，目前机器中使用的轴承有滚动轴承和滑动轴承两类。当发动机低速运转或急加速时，很难建立起足够厚的油膜，轴瓦最易烧毁。为了使轴的磨损减小到最低限度，保持轴的正常工作，轴承合金必须具备以下要求:(１)有较高的挤压强度和抗疲劳强度，并有较低的摩擦系数。(２)能很好地储存润滑油，使接触表面形成油膜。(３)有良好的导热性，耐蚀性和较小的膨胀系数。为此，轴承合金的理想组织应该是软基体中有硬质点或硬基体中有软质点的材料，如图４-１所示。第一节轴承材料的基本特性

图４-１轴承合金的理想组织１-轴，２-润滑油空间，３-软基体，４-硬质点，５-轴第二节轴承材料的成分及性能

常用的滑动轴承材料有锡基轴承合金、铅基轴承合金、铜基轴承合金及铝基轴承合金等。按用途不同可分为轴瓦用滑动轴承材料及衬套用滑动轴承材料。一、锡基、铅基轴承合金锡基及铅基合金(这两类轴承合金统称为巴氏合金)是最早应用于发动机滑动轴承的材料之一。巴氏合金分两大类:一类是以锡为基本成分，加入适量的锑(４％~１４％)和铜(３％~８％)而成的，叫作锡基轴承合金，如ＣｈＳｎＳｂ１１-６，另一类是以铅为基本成分，加入适量的锡(最多达２０％)和锑(１０％~１５％)，叫作铅基轴承合金。这两类都是优良的轴瓦材料。牌号:表示方法是“ＺＣｈ＋基本元素符号＋主加元素符号＋主加元素及辅加元素的百分含量”，现举例说明如下：第二节轴承材料的成分及性能第二节轴承材料的成分及性能

这两类轴承合金(巴氏合金)都属于软基体硬质点的材料，在汽车上应用很广。锡基轴承合金是以锡为基础，加入适当的锑(Ｓｂ)、铜(Ｃｕ)等元素组成。性能:有较好的塑性和韧度，适中的硬度和较低的摩擦系数。但疲劳强度低，耐热性较差(正常工作温度不应超过了３７３Ｋ)，铅基轴承合金是以铅为主，加入适量的锡、锑、铜等元素组成的合金，其强度、硬度和韧度比锡基合金较低，摩擦系数较大，但价格便宜，耐压强度较高。应用:用于中等负载的轴承，如曲轴轴承、连杆轴承、凸轮轴轴承等二、铜基、铝基轴承合金铜基、铝基轴承合金都属于硬基体软质点的轴承合金。铜基轴承合金是以铜为基础，加入适量的锡、铅、锌及磷、锰等元素组成的合金。第二节轴承材料的成分及性能优点:机械强度高、承载能力大、耐热性好，在４２０Ｋ左右也能正常工作。缺点:减磨性差，常在磨损面镀一层软金属(铅锡、铅锡铜)改善其缺点，铝基轴承合金有铝镁锑合金、低锡铝合金(含锡６％左右)和高锡铝合金(含锡２０％以上)。铝锑镁合金和低锡铝合金力学性能较好，负载能力强但减摩性差。一般也镀软金属层，主要用在柴油机上。如６１３５Ｑ型柴油机即用铝镁合金。轴承合金的牌号按国家标准«铸造轴承合金»(ＧＢ/Ｔ１１７４—１９９２)规定，用“轴”字汉语拼音首字母“Ｚ”加基本元素符号与主加元素符号及百分含量表示。例如:第二节轴承材料的成分及性能１.铜基轴承合金铜基轴承合金是硬的基体上均匀分布着软的质点。常用牌号有ＺＱＳｎ１０-１和ＺＱＰｂ３０两种。应用:铜基合金轴承材料由于其具有较高的疲劳强度，目前乃是国外重载发动机滑动轴承的主要材料。２.铝基轴承合金铝基轴承合金是以铝为基体加入锑和锡等合金元素所组成的合金，密度小，导热性和耐蚀性好、疲劳强度高。应用:汽车发动机上应用日益增多。铝基合金有铝锑镁合金、铝锡合金和铝硅合金。它们的抗压强度和抗疲劳强度较高，导热性和耐蚀性好，价廉，但其摩擦相容性、嵌入性和顺应性较差，故广泛用于内燃机和压缩机轴承。第三节汽车发动机用轴承材料一、对轴瓦材料的主要要求对轴瓦材料，除应满足摩擦系数小和磨损少的要求外，还应满足下列要求。１.抗黏着性金属材料组成的摩擦副，相对滑移时可能产生黏着磨损。轴瓦和轴颈的工作时当载荷大、转速高、轴承间隙过小、表面粗糙度不高和润滑不足时，轴承更易发生黏着现象。不同的材料相匹配时，产生黏着的可能性和程度是不同的，轴颈又一般用钢制造，因而与钢相匹配不易产生黏着的材料，就具备了轴瓦材料的重要特性———抗黏着性。２.适应性轴承能适应轴的弯曲和其他几何形状误差的能力叫轴承的适应性。硬度低、塑性好和弹性系数低的材料，就具有良好的适应性。第三节汽车发动机用轴承材料３.容纳异物的能力在摩擦表面间混入异物，如尘土或金属碎屑等，应能嵌入轴瓦材料中而不外露，以使轴颈及轴瓦表面不受磨损，这就是容纳异物的能力。对金属材料来说，适应性好的材料，容纳异物的能力也就好。４.抗疲劳性在轴承的载荷大小和方向经常变化之处，轴瓦表面所受的压力是不断变化的。５.强度轴瓦材料应具有足够的抗压强度、疲劳强度和承受冲击的能力。为了提高轴瓦的强度，可采用双金属或三金属的轴瓦结构。６.抗腐蚀性矿物油润滑剂经长期使用后，会因氧化而生成酸性的沉积物，对轴瓦材料(如镉、铅、锌及铜合金等)有腐蚀作用。第三节汽车发动机用轴承材料二、滑动轴承的特点及结构形式滑动轴承的结构形式如下图４-２所示。第三节汽车发动机用轴承材料滑动轴承具有如下特点:(１)结构简单、拆装方便、价格低廉。(２)承受载荷的面积大、轴颈与轴瓦之间存在一层油膜，故可承受较大的冲击载荷和振动载荷。(３)在转速极高的时候容易形成完全液体摩擦，所以可用于高转速场合。(４)滑动轴承可制成对开式，因而装配时不像滚动轴承那样必须由轴的一端装入，可用于滚动轴承因结构限制无法应用的场合。三、汽车常用的轴瓦材料常用的轴瓦材料分金属材料和非金属材料两大类。１.铸铁普通灰铸铁或加有镍、铬，钛等合金成分的耐磨灰铸铁，或者球墨铸铁，第三节汽车发动机用轴承材料２.轴承合金(通称巴氏合金或白合金)巴氏合金具有良好的抗咬黏性、顺应性、嵌入性、耐腐蚀性，线膨胀系数小及工艺性能好等优点，但由于其抗疲劳强度较低、合金层易出现疲劳裂纹和剥落，因此只能应用于小型、轻载的汽车发动机轴瓦或作为衬套材料使用。３.铜合金铜合金是传统使用的轴瓦材料。常用种类有:①铸造铅青铜，②铸造锡锌铅青铜，③铸造锡磷青铜，④铸造铝青铜，⑤铸造黄铜。４.陶质金属陶质金属是用不同的金属粉末经压制、烧结而成的轴瓦材料。材料是多孔结构，孔隙占体积的１０％~３５％。第三节汽车发动机用轴承材料

一辆乘用车上至少有３０个以上的部位装有自润滑轴承，比如:张紧轮、空调压缩机、二次空气阀、燃油泵、起动机、变速器、转向泵、转向柱、避振器、制动系统、踏板总成、座椅调节系统、门铰链、行李舱铰链、发动机罩铰链、刮水器等(下图４-３)。第三节汽车发动机用轴承材料续上图第三节汽车发动机用轴承材料５.石墨

石墨是一种良好的固体润滑剂