Transparant

Deze beschrijving van het Babbitt lagermetaal is vrij gedetailleerd en bevat enkele metaalkundige termen die het lezen bemoeilijken. Er is voor gekozen het verhaal toch op deze manier te publiceren. Een vereenvoudigde versie zou de inhoud teveel geweld aandoen..

Om de leesbaarheid te vergroten eerst een verklaring van enkele termen.

  

Element aangegeven met is afkorting van
Tin Sn Stannum
Lood Pb Plumbum
Antimoon Sb Stibium
Koper Cu Cuprum

  

Hardheden van metalen kunnen met verschillende methoden worden gemeten de meest bekende zijn:

Hv       Hardheid, gemeten met de methode van Vickers ; deze methode wordt vooral gebruikt bij harde metalen.

HB      Hardheid, gemeten met de methode van Brinell; Deze methode wordt vooral gebruikt bij zachtere metalen en o.a. grijs gietijzer.

  

Glijlagers uit tin-lood-antimoon legeringen worden zeer veel toegepast. Deze legeringen worden vaak aangeduid met de termen witmetaal of Babbitts (afgeleid van de Amerikaanse uitvinder Babbitt). Aan glijlagers worden eisen gesteld, die met de aard van het gebruik sterk kunnen variëren. Om aan deze eisen te voldoen worden zeer verschillende lagermaterialen toegepast. Een goed lagermateriaal moet een voldoende druksterkte hebben die ook bij de hoogste gebruikstemperatuur gehandhaafd blijft. Het moet voldoende taai zijn om stotende betastingen te kunnen opnemen en voldoende plastisch om vormveranderingen (doorbuiging) van de as te kunnen volgen. Het lagenmateriaal moet de smeeroliefilm goed vasthouden en bij onvoldoende smering goede noodloop-eigenschappen bezitten. Harde deeltjes afkomstig van slijtage moeten in het lagermateriaal kunnen worden gedrukt, zodat ze de as niet beschadigen. De lagermetalen moeten zich goed op de steunschalen hechten.

De warmtegeleiding moet goed zijn, waandoor de werktemperatuur van het lager laag blijft. Tenslotte moet de weenstand tegen corrosie door smeerolie-afbraakproducten en industriële gassen voldoende zijn.

In eutectische systemen (legeringen met specifieke eigenschappen) behouden de componenten veel van hun oorspronkelijke eigenschappen waardoor: materialen met een tweeledig karakter mogelijk worden. Eutectische systemen bestaan vaak uit een zachte taaie grondmassa waarin harde intermetallische verbindingen zijn opgenomen, De meeste glijlagerlegeringen zijn van dit type. De harde verbindingen zijn de dragende delen, de zachte grondmassa daartussen slijt iets sterker weg, waardoor als het ware kleine oliekamertjes in het lager ontstaan, waardoor het lager ook bij onvolledige smering nog redelijke loopeigenschappen heeft. De zachte grondmassa kan slijtagedeeltjes opnemen en zich voegen naar de vorm van de as.

Witmetalen glijlagerlegeringen zijn gewoonlijk ofwel- op tinbasis of op Ioodbasis. Behalve deze elementen bevatten zij antimoon en vaak ook koper.

In het systeem tin-antimoon treedt de intermetallische verbinding SbSn op (β-fase). Deze scheidt zich bij de stolling van tinrijke legeringen als kubusvormige kristallen uit. De hardheid van deze kristallen is ca. HV :100, terwijl de hardheid van de tin-grondmassa ongeveer HV :10 bedraagt. De β -kristallen hebben een veel lager soortelijk gewicht dan de grondmassa. Daarom zal bij langzame afkoeling van de SnSb legeringen een sterke zwaartekrachtsegregatie kunnen optreden, doordat de β-kristallen omhoog stijgen in de vloeistof. Snel afkoelen is daarom noodzakelijk.

De structuur van een Tin - Antimoonlegering ziet er als volgt uit:

structuur Tin-Antimoon

 De witte vlakjes zijn de harde delen die in een zachte grondmassa zijn ingebed. (opmerking: de korrelige structuur ontstaat door het scannen)

Aan de SnSb legeringen voor glijlagers worden normaal enige procenten koper toegevoegd. Hierdoor ontstaat bij de stolling in eerste instantie een netwerk van naaldvormige Sn5Cu6 kristallen (HV: 450). Dit netwerk verhindert de zwaartekrachtsegregatie (het opstijgen van de blokjes) van de zich later vormende SbSn kristallen, waardoor de structuur regelmatiger is door toevoeging van koper en antimoon wordt ook de grondmassa harder, doordat Cu en Sb daarin gedeeltelijk oplossen. Hierdoor neemt de toelaatbare oppervlaktedruk op het lager toe. Cadmium en nikkel worden soms in geringe hoeveelheden gebruikt om de hardheid en daarmee de weerstand tegen slijtage van het lagenmetaal te verhogen.

De structuur waarin koper is toegevioegd ziet er als volgt uit:

structuur tin-antimoon-koper 

De koper dendrieten houden de harde deeltjes op hun plaats zodat een gelijkmatige structuur ontstaat. De as rust op de harde deeltjes. De tussenliggende zachte gebieden vormen gebieden waarin de olie zich kan verzamelen.

De witmetaal legeringen zijn veel te zacht (en te dun) om en volledige lagerschalen van te maken. Zii worden altijd toegepast als voeringen in stalen of bronzen schalen. Hiervoor is een goede hechting van het witmetaal op deze materialen vereist. Bij de lagermetalen op tinbasis levert dit geen problemen op.

                                                                                    

Het draagvermogen van de witmetalen lagers is sterk afhankelijk van de dikte van de voering. Naarmate de voering dunner is neemt het draagvermogen toe. Vroeger was de standaard voeringdikte 0,5 - 0,8 mm. Men streeft nu naar voeringdikten van 0,05 - 0,2 mm. waardoor: het draagvermogen 50% groter wordt.

De witmetaallegeringen op tinbasis zijn het eerst ontstaan en voldoen over het algemeen uitstekend. Zij zijn geschikt voor hoge en stotende belastingen. Zij hebben echter het nadeel dat tin schaars en duur is. Daarom heeft men (met succes) geprobeerd het tin gedeeltelijk of geheel door: lood te vervangen, dat veel goedkopen is. De toelaatbare belasting van de loodbasis-legeringen is echter over het algemeen wat minder. Ook zijn de hechting op de lager"schalen en de corrosieweerstand minder goed. Ondanks deze nadelen worden in verband met de kostenbesparing loodhoudende legeringen algemeen toegepast. De loodlegeringen bevatten als hardende elementen meestal antimoon en tin, waardoor vorming van SbSn optreedt. Hiernaast bevatten zij vaak enig arseen (<1%), dat de hardheid van de matrix verhoogt vooral bij hogere temperaturen. In Duitsland wordt door de spoorwegen veel een loodbasis-lagermetaal gebruikt, dat wordt gehard door toevoeging van alkali- en aardalkalimetalen die uitscheidingsharding veroorzaken.

In de tabel zijn de samenstellingen van enige gebruikelijke lagermetalen gegeven.

 

 Uiteraard is de ontwikkeling van de lagermetalen over de jaren heen verder gegaan. Moderne glijlagers hebben vaak een complexe opbouw van vijf specifieke lagen.

 

De vorm van het lager wordt bepaald door de stalen schaal. De vermoeiingseigenschappen van Babbitt lagermetaal is niet erg goed. Om dit te verbeteren wordt onder de babbitt laag een koperlaag aangebracht die als kussen dienst doet. Om te verhinderen dat het tin van het Babbitt metaal wordt opgenomen in de koperen onderlaag wordt een nikkel tussenlaag aangebracht. Bovenop het Babbitt metaal wordt nog een zuivere tinlaag aangebracht. Deze laag heeft twee functies: het verhogen van de corrosieweerstand en het verbeteren van de droogloopeigenschappen tijdens het opstarten van de motor na fabricage of revisie.

Transparant