白合金簡介

由美國人巴比特發(fā)明而得名，因其呈白色，又稱白合金。

巴氏合金(包括錫基軸承合金和鉛基軸承合金)是最廣為人知的軸承材料，具有減摩特性的錫基和鉛基軸承合金。其應(yīng)用可以追溯到工業(yè)革命時代。具有減摩特性的錫基巴氏合金和鉛基巴氏合金是適合相對于低硬度軸轉(zhuǎn)動的材料，與其它軸承材料相比，具有更好的適應(yīng)性和壓入性，廣泛用于大型船用柴油機(jī)、渦輪機(jī)、交流發(fā)電機(jī)，以及其它礦山機(jī)械和大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械等。巴氏合金除制造滑動軸承外，因其質(zhì)地軟、強(qiáng)度低，常將其絲或粉噴涂在鋼等基體上制成軸瓦使用。

巴氏合金的組織特點(diǎn)是，在軟相基體上均勻分布著硬相質(zhì)點(diǎn)，軟相基體使合金具有非常好的嵌藏性、順應(yīng)性和抗咬合性，并在磨合后，軟基體內(nèi)凹，硬質(zhì)點(diǎn)外凸，使滑動面之間形成微小間隙，成為貯油空間和潤滑油通道，利于減摩；上凸的硬質(zhì)點(diǎn)起支承作用，有利于承載。

主要合金成分是錫、鉛、銻、銅。銻、銅用以提高合金強(qiáng)度和硬度。

按國家標(biāo)準(zhǔn)，巴氏合金可以分為錫基合金和鉛基合金兩種。后者含銻10%～20%，錫5%～15%，為防止成分偏析和細(xì)化晶粒，還常加入少量的砷。鉛基合金的強(qiáng)度和硬度比錫基合金低，耐蝕性也差。所以客戶在使用巴氏合金的時候，通常選用錫基合金，其常用的牌號有ZChSnSb11-6、ZChSnSb8-4、ZChSnSb8-8等。盡管鉛基合金的性能沒有錫基合金好，但是有許多客戶仍然選擇使用，因為它使用起來比較經(jīng)濟(jì)，其常用的牌號有ZChPbSb16-16-2、ZChPbSb1-16-1等。

在軟相基體上均勻分布著硬相質(zhì)點(diǎn)，軟相基體使白合金具有非常好的嵌藏性、順應(yīng)性和抗咬合性，并在磨合后，軟基體內(nèi)凹，硬質(zhì)點(diǎn)外凸，使滑動面之間形成微小間隙，成為貯油空間和 潤滑油通道，利于減摩；上凸的硬質(zhì)點(diǎn)起支承作用，有利于承載。

主要使用于大型機(jī)械主軸的軸瓦、軸承、軸襯、軸套。如：水泥機(jī)械、鋼鐵機(jī)械、化工機(jī)械、造紙機(jī)械、石油機(jī)械、船舶機(jī)械、壓縮機(jī)械、煤礦機(jī)械、選礦設(shè)備等等，還可以用在大型機(jī)床上來取代黃銅，效果也很好。巴氏合金除制造滑動軸承外，因其質(zhì)地軟、強(qiáng)度低，常將其絲或粉噴涂在鋼等基體上制成軸瓦使用。為防止成分偏析和細(xì)化晶粒，還常加入少量的砷。

1、布氏硬度

布氏硬度的測定原理是用一定大小的試驗力F(N)，把直徑為D(mm)的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球壓入被測金屬的 表面，保持規(guī)定時間后卸除試驗力，用讀數(shù)顯微鏡測出壓痕平均直徑d(mm)，然后按公式求出布氏硬度HB值，或者根據(jù)d從已備好的布氏硬度表中查出HB值。

2、拉伸試驗

拉伸試驗是指在承受軸向拉伸載荷下測定材料特性的試驗方法。利用拉伸試驗得到的數(shù)據(jù)可以確定材料的彈性極限、伸長率、彈性模量、比例極限、面積縮減量、拉伸強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、屈服強(qiáng)度和其它拉伸性能指標(biāo)。從高溫下進(jìn)行的拉伸試驗可以得到蠕變數(shù)據(jù)。

3、金相分析

金屬材料的機(jī)械性質(zhì)與其顯微組織有密切的關(guān)系，金相即金相學(xué)，就是研究金屬或合金內(nèi)部結(jié)構(gòu)的科學(xué)。不僅如此，它還研究當(dāng)外界條件或內(nèi)在因素改變時，對金屬或合金內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。各相的形態(tài)、數(shù)量和分布不同，它們的顯微組織有很大差異。

4、形貌分析

掃描電子顯微鏡分析主要用于觀察巴氏合金粒子的形貌。

5、熱分析

DSC示差掃描量熱計是在程序控制溫度下，測量輸給物質(zhì)和參比物的功率差與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。試樣在熱反應(yīng)時發(fā)生的熱量變化，由于及時輸入電功率而得到補(bǔ)償，所以實際記錄的是試樣和參比物下面兩只電熱補(bǔ)償?shù)臒峁β手铍S時間的變化關(guān)系。如果升溫速率恒定，記錄的也就是熱功率之差隨溫度的變化關(guān)系。TGA 熱重分析是在可調(diào)速度的加熱或冷卻環(huán)境中，把被測物質(zhì)的重量作為時間或溫度的函數(shù)來記錄的方法。所測得的記錄稱為熱重曲線。

6、成分分析

利用初級X射線光子或其他微觀離子激發(fā)待測物質(zhì)中的原子，使之產(chǎn)生熒光(次級X射線)而進(jìn)行物質(zhì)成分分析和化學(xué)態(tài)研究的方法。按激發(fā)、色散和探測方法的不同，分為X射線光譜法(波長色散)和X射線譜法(能量色散)。當(dāng)原子受到X射線光子(原級X射線)或其他微觀粒子的激發(fā)使原子內(nèi)層電子電離而出現(xiàn)空位，原子內(nèi)層電子重新配位，較外層電子躍遷到內(nèi)層電子空位，并同時放射出次級X射線光子，此即X射線熒光。較外層電子躍遷到內(nèi)層電子空位所釋放的能量等于兩電子能級的能量差，因此，X射線熒光的波長對不同元素是特征的。

錫基和鉛基的耐磨合金稱做白色合金或巴比特合金，一般用于澆鑄軸承或軸瓦。

生產(chǎn)鉛白色合金時可用各種廢合金、中間合金、準(zhǔn)備合金和原生金屬作原料。所用的鉛廢料含錫應(yīng)不低于0.2%，含銻不低于0.3%。

由于鉛及其合金廢料的化學(xué)成分不同，一般須先將原料（鉛和白色合金廢料、含錫廢料、合金屑、印刷合金等）熔煉形成準(zhǔn)備合金。測定它的化學(xué)成分后就可作為熔煉所需化學(xué)成分白色合金的配料。

準(zhǔn)備合金通常在生鐵鍋、鼓風(fēng)爐或反射爐中進(jìn)行熔煉。熔煉時以木炭作覆蓋熔劑，以磨細(xì)的瀝青作還原劑準(zhǔn)備合金的熔煉工藝為：將容量為3t的合金坩堝在電阻爐中加熱后，加入粗硬鉛和15-20kg木炭。粗鉛熔化后，加入瀝青，并攪拌熔體至產(chǎn)出干浮渣為止。除去干浮渣，將白色合金舊料、鉛舊料、合金屑加入坩堝中，并攪拌合金熔體。當(dāng)坩堝充滿合金時，加熱至550~600℃，在坩堝里裝上攪拌器和離心泵后，將熔體在帶式鑄錠機(jī)上進(jìn)行澆鑄。

當(dāng)熔煉含有銅、鎳、碲和其他成分的鉛錫白色合金時，因這些成分難熔或易氧化，所以不能以純態(tài)加入配料中，而需先將這些成分預(yù)先煉成中間合金。為生產(chǎn)所需牌號的含鉛錫白色合金，把準(zhǔn)備合金、中間合金、再生或原生錫和銻加入坩堝電阻爐中熔煉。其配比按爐料各組成的化學(xué)成分計算。

白色合金生產(chǎn)過程中包括兩個基本作業(yè)：加料和調(diào)整合金成分。加料作業(yè)過程中將最難熔的爐料組分熔化成為液態(tài)熔體；調(diào)整合金成分過程中將合金成分調(diào)整到所規(guī)定的成分標(biāo)準(zhǔn)范圍。

例如生產(chǎn)牌號B16的白色合金（其化學(xué)成分（%）為：Sb15~17，Cu1.5-2.0，Sn15-17，余量為Pb），爐料大致成分（%）為：Sn15.7，Sb16.5，Cu1.76，余為鉛；生產(chǎn)BH白色合金的爐料成分（%）為：Sn9.55，Sb14.10，Cu1.77，Ni0.50，As0.72，Cd0.60，余為鉛。鉛錫合金很容易偏析，所以應(yīng)加適量的銅。因為銅與錫和銻都生成穩(wěn)定的金屬間化合物Cu₂Sn、CuSn、Cu₂Sb，合金冷卻時，這些金屬間化合物呈初晶形態(tài)析出，形成合金骨架，能防止密度小的品體上浮。合金在溫度為360~400℃時進(jìn)行澆鑄，這時要不斷攪拌合金，以保證組分均勻。生產(chǎn)白色合金的原料包括錫、銻、砷、鎘各種中間合金、準(zhǔn)備合金，還包括各工序的返料（浮渣、濺料、廢品）。

鈣白色合金的化學(xué)成分（%）為：Ca 0.85~1.15，Na 0.6~0.9，余量為Pb。生產(chǎn)時，往鉛中加入金屬鈣，此時鈣與鉛生成PbCa晶體，它構(gòu)成了白色合金中的硬化組分，此組分在軸承中承受著主要負(fù)荷。為提高合金機(jī)體的強(qiáng)度，還往鉛中加金屬鈉。鈉與鉛生成晶粒很細(xì)的化合物Na₂Pb₅，它均勻分布于鉛中。

再生鈣白色合金可用含鈉-鈣的舊合金和廢料以及各種再生鉛原料生產(chǎn)。其雜質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)含量（%）為：Bi 0.1，Sn 0.25，Mg 0.02，其他雜質(zhì)0.3，因此只能用含銻不超過0.3%的軟鉛舊料作原料。工業(yè)實踐中生產(chǎn)含鈣白色合金有三種方法，即氯化鈣法、金屬鈣法和電解法，在此僅介紹金屬鈣法。

金屬鈣法是把金屬鈣加入熔融鉛中，然后再加入金屬鈉。生產(chǎn)設(shè)備由上、下兩口鍋組成。上部鍋中熔化含雜質(zhì)最低的鉛，并在800℃下將一半渣鉛放入下部鍋中。按每噸合金加鈣13.5~14kg計算，將金屬鈣也加入下部鍋中。鉛與鈣生成金屬間化合物Pb₃Ca，其反應(yīng)很強(qiáng)烈，并放出大量的熱。因此應(yīng)將鈣加入鉛的下部以減少鈣的燒損。然后再將上部鍋中的鉛（在350~370℃下）放到下部鍋內(nèi)的二元合金中，以降低Pb-Ca二元合金的溫度。按每噸合金加7~8kg計算，將金屬鈉加入已降溫的合金中，同時將合金強(qiáng)烈攪拌。過程中要求先加鈣后加鈉，否則因鉛與鈣劇烈反應(yīng)而使鈉受到損失。此法的缺點(diǎn)是生成大量含鉛高的浮渣。

又叫作巴比合金。根據(jù)化學(xué)成分一般有：錫白色合金，它是錫、銻、銅的合金。鉛白色合金，它是以鉛為主體的鉛銻鋼。它是由巴比所發(fā)明的，所以就叫白色合金。它是一種易熔的軸承合金，它的特點(diǎn)是在軟的基體上分布著硬的小質(zhì)點(diǎn)，并有很強(qiáng)的耐熱性能，但因強(qiáng)度低，不能作自受載荷的結(jié)構(gòu)。通常是澆鑄在鑄鐵或青銅的軸套上。錫白色合金在大負(fù)荷合高速度下工作發(fā)熱很少，制空氣壓縮機(jī)、離心機(jī)等。此外還有含鈣、鋇、鍶、鎳的鉛白色合金用途更廣。