白合金組織特點(diǎn)

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(dòng)面之間形成微小間隙，成為貯油空間和 潤(rùn)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。

由美國(guó)人巴比特發(fā)明而得名，因其呈白色，又稱(chēng)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(shí)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(duì)于低硬度軸轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)面之間形成微小間隙，成為貯油空間和潤(rùn)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(guó)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(hù)在使用巴氏合金的時(shí)候，通常選用錫基合金，其常用的牌號(hào)有ZChSnSb11-6、ZChSnSb8-4、ZChSnSb8-8等。盡管鉛基合金的性能沒(méi)有錫基合金好，但是有許多客戶(hù)仍然選擇使用，因?yàn)樗褂闷饋?lái)比較經(jīng)濟(jì)，其常用的牌號(hào)有ZChPbSb16-16-2、ZChPbSb1-16-1等。

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(lái)取代黃銅，效果也很好。巴氏合金除制造滑動(dòng)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(cè)定原理是用一定大小的試驗(yàn)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(cè)金屬的 表面，保持規(guī)定時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用讀數(shù)顯微鏡測(cè)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(yàn)

拉伸試驗(yàn)是指在承受軸向拉伸載荷下測(cè)定材料特性的試驗(yàn)方法。利用拉伸試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)可以確定材料的彈性極限、伸長(zhǎng)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(yàn)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(shí)，對(duì)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(jì)是在程序控制溫度下，測(cè)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(shí)發(fā)生的熱量變化，由于及時(shí)輸入電功率而得到補(bǔ)償，所以實(shí)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(shí)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(cè)物質(zhì)的重量作為時(shí)間或溫度的函數(shù)來(lái)記錄的方法。所測(cè)得的記錄稱(chēng)為熱重曲線(xiàn)。

6、成分分析

利用初級(jí)X射線(xiàn)光子或其他微觀離子激發(fā)待測(cè)物質(zhì)中的原子，使之產(chǎn)生熒光(次級(jí)X射線(xiàn))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(cè)方法的不同，分為X射線(xiàn)光譜法(波長(zhǎng)色散)和X射線(xiàn)譜法(能量色散)。當(dāng)原子受到X射線(xiàn)光子(原級(jí)X射線(xiàn))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(shí)放射出次級(jí)X射線(xiàn)光子，此即X射線(xiàn)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(jí)的能量差，因此，X射線(xiàn)熒光的波長(zhǎng)對(duì)不同元素是特征的。

錫基和鉛基的耐磨合金稱(chēng)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(shí)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(cè)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(shí)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(mǎn)合金時(shí)，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(shí)，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(hào)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(jì)算。

白色合金生產(chǎn)過(guò)程中包括兩個(gè)基本作業(yè)：加料和調(diào)整合金成分。加料作業(yè)過(guò)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(guò)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(hào)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?yàn)殂~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(shí)，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(shí)進(jìn)行澆鑄，這時(shí)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(shí)，往鉛中加入金屬鈣，此時(shí)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(guò)0.3%的軟鉛舊料作原料。工業(yè)實(shí)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(jì)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(jì)算，將金屬鈉加入已降溫的合金中，同時(shí)將合金強(qiáng)烈攪拌。過(guò)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。