POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ OCEANOTECHNIKI I OKRĘTOWNICTWA Katedra Materiałoznawstwa Okrętowego i Oceanotechnicznego
Laboratorium z metaloznawstwa okrętowego
Ćwiczenie nr 14		Imię i Nazwisko Kamila - Weronika CHOJNACKA
Studia	Inżynierskie		Grupa lab. Zarządzanie IA	Data 05. 01. 2000 r.
Temat ćwiczenia Badanie materiałów stosowanych na łożyska ślizgowe w okrętownictwie
Ocena ....................

Cel ćwiczenia. Metodyka. Własne wnioski.

1. Cel ćwiczenia

Zapoznanie się:

• z podstawowymi stopami metali na łożyska ślizgowe i ich budową strukturalną

• z podstawowymi materiałami niemetalowymi stosowanymi w okrętownictwie na łożyska ślizgowe

• z warunkami pracy łożysk i zasadami doboru właściwych materiałów na łożyska ślizgowe

2. Metodyka

Opis mikroskopu:

Ćwiczenie zostało wykonane na mikroskopie świetlnym. Był to mikroskop metalograficzny

z pionową osią optyczną, pracujący w świetle odbitym od powierzchni zgładu.

Opis próbek:

Próbki wycięte z badanej części. Jedna część próbki została wyszlifowana na papierach ściernych a następnie wypolerowana. Po uzyskaniu zgładu wolnego od rys próbka została zmyta wodą i alkoholem a następnie trawiona nitalem, co spowodowało ujawnienie się granicy ziaren.

Obserwacja próbek pod mikroskopem odbyła się w powiększeniu :

• 500 x dla narysowania mikrostruktur

• 100 x dla określenia struktur

4. Rysunki struktur.

Nr 1.

Nr 2.

Nr 3.

Nr 4.

5. Podstawowe grupy materiałów na łożyska ślizgowe

Materiały łożyskowe można podzielić na:

1. stopy łożyskowe

2. materiały niemetalowe stosowane w łożyskach

6. Rodzaje stopów łożyskowych.

Stopy łożyskowe o osłonie:

1. Cynowej

2. Ołowiowej

3. Aluminiowej

4. kadmowej

7. Wymagane cechy stopów łożyskowych

1. dobra smarowność

2. niewrażliwość na zacieranie się w czasie pracy

3. zdolność do odkształcania się

4. odpowiednia wytrzymałość na zmęczenie

5. dobra odporność na ścieranie

6. dobra odporność na uderzenia

7. duża odporność na chemiczne oddziaływanie ośrodka i podwyższonej temperatury

8. dobra przyczepność do materiału panewki

9. dobra obrabialność

10. dobre przewodnictwo cieplne

11. mały współczynnik rozszerzalności cieplnej

12. mały współczynnik tarcia

13. odporność korozyjna

14. dobra lejność, umożliwiająca wypełnienie formy

15. mały skurcz odlewniczy

8. Czynniki wpływające na warunki pracy łożysk ślizgowych.

1. rodzaj obciążenia (stałe lub zmienne) co do kierunku i wielkości

• najbardziej niebezpieczne obciążenia dynamiczne

2. wartość obciążenia

• im większe, tym krótszy czas pracy łożyska

3. szybkość obwodowa czopa [m/s]

4. temperatura pracy łożyska

• wzrost temperatury powoduje zmniejszenie lepkości oleju smarowego

Iloczyn wielkości obciążenia i szybkości obwodowej:

PxV [MPa x m/s]

Charakteryzuje natężenie pracy łożyska i stanowi wskaźnik doboru stopu łożyskowego.

Trwałość łożysk jest uwarunkowana:

• dobrą smarownością,

• odpowiednią grubością warstwy ślizgowej

• oraz poprawną technologią nanoszenia stopu łożyskowego na stalowy korpus.

Zakłócenia w smarowaniu mogą spowodować :

• wzrost temperatury łożyska

• gwałtowne obniżenie własności wytrzymałościowych stopu łożyskowego.

Grubość warstw ślizgowych stopu łożyskowego nie powinna przekraczać dziesiątych części milimetra, bo grubsze warstwy łatwiej ulegają uszkodzeniom zmęczeniowym.

Warstwa stopu łożyskowego powinna mieć dobrą przyczepność do metalowego korpusu, co osiąga się przez wstępne nałożenie cienkiej warstwy czystego metalu, stanowiącego podstawowy składnik stopu łożyskowego. Dobra przyczepność jest ważna ze względu na stosowanie ich jako warstewki wylane na panewki.

9. Materiały łożyskowe niemetalowe.

Do tej grupy materiałów stosowanych głównie w łożyskach wspornikowych i pochew wyjściowych wałów śrubowych należą:

1. gwajak - drewno o szczególnych własnościach przesycone żywicą w ok. 38%, przeznaczone do wykonania wkładek gwajakowych w łożyskach wspornikowych i pochew wyjściowych.

W odpowiedzi własności fizykochemiczne:

• gęstość przy wilgotności 15% ρ = 1,2 g/cm²

• wytrzymałość na ściskanie wzdłuż włókna Rc > 75 MPa

• twardość HB ≈ 12

• współczynnik tarcia przy dobrym dopływie wody i prędkości obrotowej v = 5 m/s, wynosi μ≈0,005

Wskutek przebywania w wodzie pęcznieje w ciągu 8 dób o 4-6%, ma znaczną plastyczność i jest odporny na rozłupywanie.

2. Lignofol - wykonywany jest z warstwy drewna (np. sklejki brzozowej) o grubości 0,4 - 0,5 mm, przesyconego żywicą. Poszczególne warstwy drewna sklejane są pod ciśnieniem 16-20 MPa i w temperaturze 145 - 160°C.

Właściwości mechaniczne:

• Rc = 150-170 MPa

• Udarność 7-8 J/cm²

• Gęstość p. = 1,3 - 1,33 g/ cm²

• Twardość mierzona na sztorcowej powierzchni HB ≈ 25

• współczynnik tarcia przy dobrym dopływie wody i dużych prędkościach obrotowych, wynosi μ≈0,005

3. lignoston - jest odmianą lignofolu wykonaną z innych sklejek

4. guma - takie łożysko wykazuje w wodzie mały współczynnik tarcia, małe zużycie oraz tłumienie drgań poprzecznych

Właściwości mechaniczne:

• Rm > 110 MPa

• twardość 80 - 85 Sh

• temperatura kruchości t> - 35°C

5. thordon - jest to współczesny materiał na panewki okrętowe łożysk ślizgowych. Jest to elastyczny materiał, wykonywany z żywic termoutwardzalnych łączonych skondensowanymi polimerami.

Właściwości:

• twardość wynosi HRB ≈ 60

• odporny na ścieranie, uderzenia

• tłumi drgania i hałas

• mały współczynnik tarcia

• duża trwałość

• bardzo dobra odporność na korozję w wodzie morskiej, na chemikalia i oleje

Zastosowanie:

• wały śrubowe tzn w pochwach wyjściowych i wspornikach

• do łożyskowania trzonów sterowych

• do łożyskowania pomp wodnych, wind

• inne mechanizmy okrętowe

10. Analiza

W stopach łożyskowych cyny Ł83 i Ł89 występują:

Faza α - roztwór stały antymonu i miedzi w cynie, stanowiący miękką osnowę stopu łożyskowego i faza międzymetaliczna SbSn w postaci wielościanów i Cu₆Sn₅ w postaci iglastej.

Stosunek twardości tych faz wynosi odpowiednio α:SbSn:Cu₆Sn₅ = 1:4:10.

Faza międzymetaliczna Cu₆Sn₅ krzepnie w wyższej temperaturze niż lżejsza SbSn, co zapobiega mechanicznie jej wpływaniu na powierzchnię.

Stop łożyskowy Ł83 ma strukturę złożoną z trzech faz: α + SbSn + Cu₆Sn_5,

Zgodnie z PN stopy łożyskowe cyny Ł89 iŁ83 stosuje się na panewki łożysk ślizgowych, pracujących przy obciążeniach statycznych i dynamicznych, przy naciskach do 10 MPa, prędkościach obwodowych powyżej 5 m/s i iloczynie nacisku i prędkości pxv poniżej 50 MPa

11. Wnioski

• wadą stopów łożyskowych cyny jest znaczne zmniejszenie własności wytrzymałościowych wraz ze wzrostem temperatury,

• niska odporność korozyjna

• ze wzrostem temperatury maleje odporność na korozję

• materiały stosowane na łożyska ślizgowe powinny mieć mały współczynnik tarcia i odznaczać się odpornością na zużycie ścierne i dobrą smarownością

• duże znaczenie ma grubość wylanej warstwy, cienkie warstwy są bardziej wytrzymałe od grubych, przy zbyt cienkiej warstwie zachodzi jednak niebezpieczeństwo szybkiego zużycia

• struktury stopów łożyskowych chłodzonych w powietrzu są gruboziarniste a chłodzonych w wodzie - drobnoziarniste

• dodatki stopowe Ni, Cd. wpływają na ziarnistość i formę krzepnących faz

1

5

Pow.: 500 Trawienie: nital

Opis zgładu: Ł 89

α - roztwór stały Cu i Sb (ciemny obszar)

• twardość 20 HV

γ - (Cu_6­Cu₅) - jasny obszar

• twardość 230 HV

• 11% Sb

• 6% Cu

Pow.: 100 Trawienie: chlorek żelaza

Opis zgładu: Ł83

β - (SbSn) jasne wieloboki

• twardość 65 HV

α- roztwór stały Cu i Sb

γ - (Cu_6­Cu₅) - jasny obszar

• twardość 230 HV

struktura gruboziarnista (chłodzony w powietrzu)

Pow.: 100 Trawienie: chlorek żelaza

Opis zgładu: Ł83

β - (SbSn) jasne wieloboki

• twardość 65 HV

α- roztwór stały Cu i Sb

γ - (Cu_6­Cu₅) - jasny obszar

• twardość 230 HV

• struktura drobnoziarnista (chłodzona w wodzie)

Pow.: 100 Trawienie: chlorek żelaza

Opis zgładu: Ł16

β - (SbSn) jasne wieloboki - faza międzymetaliczna

Cu₂Sb - jasne kryształki fazy międzymetalicznej

α- roztwór stały Cu i Sb

• 12% Sb

• 6% Cu

• _{Cd., Ni}

---