فلز بابیت چیست و چه کاربردی در یاتاقان دارد؟
فلز بابیت چیست
آلیاژ بابیت که به آن فلز بابیت و فلز یاتاقان نیز گفته می‌شود و یکی از بی شمار آلیاژهایی است که برای پوشش سطح یاتاقان در یاتاقان های ساده استفاده می‌شود. این آلیاژ در سال 1839 توسط آیزاک بابیت در آمریکا اختراع شد.
ویژگی های آلیاژ بابیت:
آلیاژ بابیت دارای چهار خاصیت اصلی و مهم می‌باشد:
- توانایی نگهداری مواد رونکار در داخل خود
- مقاومت در برابر سایش و چسبندگی
- توانایی جذب کردن مواد ریز خارجی (براده های آهن و گرد و غبار در داخل خود)
- توانایی تغییر شکل دادن به میزان محدود برای وفق دادن خود با شفت
عموما بابیت‌ها به 2 دسته تقسیم می‌شوند:
| بابیت های پایه سرب | Sn(10%)pb(74%)
Others(1%) SB(15%) |
| بابیت های پایه قلع | SN(86%) SB(7%)
CU(6%) others (1%) |
ریخته گری بابیت به سه روش انجام می‌شود:
- ریخته گری گریز از مرکز (سانترفیوژ_ انجماد جهت دار)
- ثقلی
- متال اسپری
بهترین روش برای بابیت ریزی به روش سانترفیوژ (انجماد جهت دار) است.
روش های کنترل چسبندگی بابیت بر روی فلز پایه (اعم از چدن، استیل، برنز..)
- VT (بازدید چشمی)
- UT )با استفاده از اکتراسونیک)
- PT (جهت لبه های یاتاقان)
نقطه ذوب بابیت: عموما نقطه ذوب بابیت نباید بالا باشد. معمولا دمای ذوب بابیت بابیت بین 180 تا 240 درجه سانتیگراد می‌باشد.
محدودیت های بابیت: استحکام خستگی و فشار پایین در دماهای بالاتر از 80 درجه سانتیگراد می‌باشد.
عناصر به کار رفته در آلیاژ بابیت:
در بابیت(babbit) از عناصری مثل روی، آرسنیک و مقادیر کمی آلومینیوم استفاده شده است. در دماهای مختلف وجود عنصر آرسنیک باعث افزایش مقاومت در تغییر شکل می‌شود. وجود کمتر از یک درصد عنصر آلومینیوم باعث ایجاد تغییر در ریز ساختار بابیت می‌شود که در نهایت باعث بهبود ساختار آن می‌شود.
بابیت‌هایی نیز وجود دارد که به آلیاژ بابیت قلع معروف هستند. این آلیاژ خاصیت مقاومت به خوردگی و همچنین ضد سوزان بودن را دارند.
با توجه به همین ویژگی‌هایی که از خود نشان می‌دهند به عنوان آلیاژ یاتاقان مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای کاهش هزینه تمام شده آلیاژ از مقادیری (حدود 30 درصد) سرب استفاده می‌شود. همچنین عناصر مس و آنتیموان در افزایش سختی آلیاژ نقش بسزایی را ایفا می‌کنند.
این نوع آلیاژ بابیت دارای خواص متعددی است که از آن می‌توان به نرمی، قابلیت نگه داشتن مواد ضد سایش مانند روغن بر روی سطح خود، دارای هدایت حرارتی و مقاومت به خوردگی خوب و همچنین ارزان بودن آن اشاره کرد.
ریخته گری آلیاژهای بابیت
به‌طور کلی دو روش اتصال آلیاژهای بابیت به پوستهٔ فلزی یاتاقان وجود دارد:
- اتصال شیمیایی
- اتصال مکانیکی
روش شیمیایی روشی مدرن تر است که بسیار فراگیر و مورد استفاده می‌باشد. روش مکانیکی اکثراً برای یاتاقان‌های کوچک و همچنین ضخیم‌تر که امکان ایجاد شیار و سوراخ برای اتصال مکانیکی فراهم است مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در روش شیمیایی یک لایه نازک از یک آلیاژ بین آلیاژ بابیت و پوسته یاتاقان استفاده می‌شود که قابلیت چسبندگی به هر دو آلیاژ را دارد و می‌تواند این دو را در موقعیتی مناسب نسبت به یکدیگر قرار دهد.
لایه مورد نظر باید تا حد امکان نازک باشد تا از ایجاد تمرکز تنش در یاتاقان جلوگیری شود. این لایه می‌تواند از آلیاژهای پایه قلع، پایه سرب، پایه مس-آرسنیک و … باشد.
اتصال شیمیایی
تمیزکاری کامل در این نوع پیوند بسیار حیاتی است. مراحل کلی زیر برای رسیدن به یک پیوند مناسب بین آلیاژ بابیت و فلز پوسته یاتاقان ضروری است:
- ماشین‌کاری خشن سطح داخلی پوسته یاتاقان و اجتناب از پرداخت کاری، سند بلاست و فرایندهای دیگر پرداخت کاری
- تمیزکاری هر نوع روغن یا گریس از روی سطح یاتاقان. حتی وجوداثر انگشت بر روی سطح یاتاقان مانع ایجاد یک پیوند مطلوب خواهد شد.
- فلاکس کردن سطح داخلی یاتاقان با ترکیب اشباع دو بخشکلرید روی و یک بخش کلرید آلومینیوم در آب
- انجام عملیات ریخته‌گری به صورت ریژه یا گریز از مرکز
اتصال مکانیکی
در اتصال مکانیکی نیز اهمیت تمیز بودن سطح داخلی یاتاقان به اندازه اتصال شیمیایی بالا است. وجود هرگونه آلودگی باعث به وجود آمدن حباب داخل آلیاژ می‌شود و اتصال به خوبی انجام نمی‌گیرد.
ریزساختار فلز بابیت
فلز بابیت معمولاً به عنوان یک لایه سطحی نازک در یک ساختار پیچیده و چند فلزی استفاده می شود، اما استفاده اصلی آن به عنوان یک ماده یاتاقان است.
از ویژگی های فلز بابیت می توان به مقاومت بالای آن اشاره کرد.
فلز بابیت نرم است و به راحتی تغییر شکل می بیند، با این حال، ساختار آن از کریستال های سخت کوچکی تشکیل شده است که در یک فلز نرم تر پراکنده شده اند، که آن را به یک زمینه فلزی تبدیل می کند.
با فرسودگی یاتاقان، فلز نرم‌تر تا حدودی فرسایش می‌یابد و مسیرهایی برای روان کردن بین نقاط سخت ایجاد می‌کند که سطح یاتاقان واقعی را فراهم می‌کند.
هنگامی که قلع به عنوان فلز نرم استفاده می شود، اصطکاک باعث می شود قلع ذوب شود و به عنوان روان کننده عمل کند و از یاتاقان در آبکاری بابیت:
بابیت پایه قلع به طور گسترده ای در ساخت جفت های سایشی به شدت بارگیری شده بخصوص بلبرینگ های توربین های بخار استفاده می شود.
شکل گیری یک لایه ضد سایشی از آلیاژ داده شده به طور معمول توسط روش ریخته گری ثابت و گریز از مرکز تحت تاثیر قرار می گیرد
یک لایه بابیت به دست آمده توسط ریخته گری اغلب توسط ناپایداری ترکیب شیمیایی آن، درجه ی بالای گداختگی، و ورقه شدن آلیاژ ها در فرایند کریستالیزاسیون شناسایی می شود.
خصوصیات لایه ضد سایش بابیت با قرار دادن آن بر روی پایه در حین تعمیر یک سیلندر توسط شعله گاز یا رسوب پلاسما به دست می آید.
یک رویکرد مطمئن برای به دست آوردن یک لایه ضد سایش مؤثر بر روی سطح لغزشی یاتاقان، رسوب الکترولیتی آلیاژ سه تایی نزدیک به ترکیب بابیت دارای قلع بالاست.
الکتروا انباشتگی در مقايسه با ساير روشها مزايای متعددی دارد، حقیقت این است که استفاده از آن، ساختار و خواص بسترها را نابود نمی کند.
یکی دیگر از مزایای مهم این روش، این است که امکان ساخت یک ساختار ریز دانه و کنترل فرآیند تولید ساختار را فراهم آورد.