内燃机轴瓦常用材料性能及选用

　　摘　要：本文介绍了内燃机轴瓦材料的性能和使用选配及其影响，并提出来内燃机轴瓦材料的技术的发展方向和环保要求。
　　关键词：减摩性；顺应性；耐磨性；抗咬粘性；强度；抗腐蚀；嵌入性
　　1　轴瓦材料的基本性能
　　（1）良好的减摩性、耐磨性和抗咬粘性
　　减摩性是指材料副具有低的摩擦系数。耐磨性是指材料的抗磨性能（通常以磨损率表示）。抗咬粘性是指材料的耐热性和抗粘附性。
　　（2）良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性
　　摩擦顺应性是指材料通过表层弹塑性变形来补偿轴瓦滑动表面初始配合不良的能力。嵌入性是指材料容纳硬质颗粒嵌入，从而减轻轴瓦滑动表面发生刮伤或磨粒磨损的性能。磨合性是指轴瓦与轴颈表面经短期轻载运转后，易于形成相互吻合的表面粗糙度。
　　（3）足够的强度和抗腐蚀能力
　　（4）良好的导热性、工艺性、经济性等
　　应该指出，没有一种轴瓦材料能够全面具备上述性能，因而必须针对各种具体情况，仔细进行分析后合理选用。
　　2　常用轴瓦材料
　　轴瓦材料分三大类：1）金属材料，如轴瓦合金、铜合金、铝合金和浇铸等；2）多孔质金属材料；3）非金属材料，如工程浇铸、碳一石墨等。下面择其主要者略作介绍。
　　（1）轴瓦合金（通称巴氏合金或白合金）
　　轴瓦合金是锡、铅、锑、铜的合金，它以锡或铅作基本，其内含有锑锡（Sb—Sn）或铜锡（Cu—Sn）的硬晶粒。硬晶粒起抗磨作用，软基体则增加材料的塑性。轴瓦合金的弹性磨量和弹性极限都很低，在所有轴瓦材料中，它的嵌入性及摩擦顺应性Z好，很容易和轴颈磨合，也不易与轴颈发生咬粘。但轴瓦合金的强度很低，不能单独制作轴瓦，只能贴附在青铜、钢或浇铸轴瓦上作轴瓦衬。轴瓦合金适用于重载、中高速场合，价格较贵。
　　（2）铜合金
　　铜合金具有较高的强度，较好的减摩性和耐磨性。由于青铜的减摩性和耐磨性比黄铜好，故青铜是Z常用的材料。青铜有锡青铜、铅青铜和铝青铜等几种，其中锡青铜的减摩性和耐磨性Z好，应用较广。但锡青铜比轴瓦合金硬度高，磨合性及嵌入性差，适用于重载及中速场合。铅青铜抗粘附能力较差，适用于低速、重载轴瓦。
　　（3）铝基合金
　　铝基轴瓦合金在许多国家获得广泛应用。它有相当好的耐蚀性和较高的疲劳强度，摩擦性能亦较好。这些品质使铝基合金在部分领域取代了较贵的轴瓦合金和青铜。铝基合金可以制成单金属零件（如轴套、轴瓦等），也可制成双金属零件，双金属轴瓦以铝基合金为轴瓦衬，以钢作衬背。
　　（4）灰浇铸及耐磨浇铸
　　普通灰铁浇铸或加有镍、铬、钛等合金成分的耐磨灰铁浇铸，或者球墨铸铁浇铸，都可以用作轴瓦材料。这类材料中的片状或球状石墨在材料表面上覆盖后，可以形成一层起润滑作用的石墨层，故具有一定的减摩性和耐磨性。此外，石墨能吸附碳氢化合物，有助于提高边界润滑性能，故采用灰浇铸作轴瓦材料时，应加润滑油。由于浇铸性脆、磨合性差，故只适用于轻载低速和不受冲击载荷的场合。
　　（5）多孔质金属材料
　　只是用不同金属粉末未经压制、烧结而成的轴瓦材料。这种材料是多孔结构的，孔隙约占体积的10％～35％。使用前先把轴瓦在热油中浸渍数小时，使孔隙中充满润滑油，因而通常把这种材料支撑的轴瓦叫含油轴瓦。它具有自润滑性。工作时，由于轴颈转动的抽吸作用及轴瓦发热时油的膨胀作用，油便进入摩擦表面间起润滑作用；不工作时，因毛细管作用，油便被吸回到轴瓦内部，故在相当长时间内，即使不加润滑油仍能很好地工作。如果定期给以供油，则使用效果更佳。但由于其韧性较小，故宜用于平稳无冲击载荷及中低速度情况。常用的有多孔铁和多孔质青铜。多孔铁常用来制作磨粉机轴套、机床油泵衬套等。多孔质青铜常用来制作电唱机、电风扇、纺织机械及汽车发电机的轴瓦。我国已有专门制造含油轴瓦的工厂，需用时可根据设计手册选用。
　　（6）非金属材料
　　非金属材料中应用Z多的是各种塑料（聚合物材料），如酚醛树脂、尼龙、聚四氟乙烯等。聚合物的特性是：与许多化学物质不起反应，抗腐蚀能力特别强，例如聚四氟乙烯（PTFE）能抗强酸弱碱；具有一定的自润滑性，可以在无润滑条件下工作，在高温条件下具有一定的润滑能力；具有包容异物的能力（嵌人性好），不易擦伤配偶表面，减摩性及耐磨性都比较好。
　　选择聚合物作轴瓦材料时，必须注意下述一些问题：由于聚合物的热传导能力只有钢的百分之几，因此，必须考虑摩擦热的消散问题，它严格限制着聚合物轴瓦工作转速及压力值。又因聚合物的线胀系数比钢大的多，因此，聚合物轴瓦与钢制轴颈的间隙应该比金属轴瓦的间隙大。此外，聚合物材料的强度和屈服极限较低，因而在装配和工作时能承受的载荷有限。又由于聚合物材料在常温条件下会出现蠕变现象，因而不宜用来制作间隙要求严格的轴瓦。
　　碳－石墨是电机电刷的常用材料，也是不良环境中的轴瓦材料。碳－石墨是由于不同量的碳和石墨构成的人造材料，石墨含量愈多，材料愈软，摩擦系数愈小。可在碳－石墨材料中加人金属、聚四氟乙烯或二硫化钼组分，也可以浸渍液体润滑剂。碳－石墨轴瓦具有自润行，它的自润行和减摩性取决于吸附的水蒸气量。碳－石墨和含有碳氢化合物的润滑剂有亲和力，加入润滑剂有助于提高其边界润滑性能。此外，它还可以作水润滑的轴瓦材料。
　　橡胶主要用于以水作润滑剂且环境较脏污之处。橡胶轴瓦内壁上带有纵向沟槽，以利润滑剂的流通，加强冷却效果并冲走污物。
　　木材具有多孔质结构，可用填充剂来改善其性能。填充聚合物能提高木材的尺寸稳定性和减少吸湿量，并能提高强度。采用木材（以溶于润滑油的聚乙烯作填充剂）制成的轴瓦，可在灰尘极多的条件下工作，例如用作建筑、农业中使用的带式输送机支承辊子的滑动轴瓦。
　　3　轴瓦材料对照及应用表
　　3.1 铝基合金（见表1） 　　3.2 铜基合金（见表2） 　　3.3 巴氏合金（见表3） 　　3.4 高分子材料（见表4） 　　4　常见金属轴承材料性能（见表5） 　　5　结束语
　　结合目前国内的生产实际及生产工艺的要求，环保型的产品越来越多，环保意识越来越强，特别是在一些发达国家对重金属铅在轴瓦的用量局部在缩小，都在寻求轴瓦合金中铅替代元素，减少对环境二次污染，因而被国内外同行业所青睐。