常用轴承材料的特性及应用

众所周知，市场上的轴承材料种类繁多，常见的轴承材料大致可分为三大类：金属材料、多孔金属材料和非金属材料。

金属材料

轴承合金、青铜、铝基合金、锌基合金等都属于金属材料。其中，轴承合金也称为白合金，主要由铅、锡、锑及其他金属组成。之所以在重载、高速等工况下仍能表现出较好的性能，是因为它具有良好的耐磨性、高塑性、优良的跑合性能、良好的导热性、较强的抗胶合能力以及良好的吸油性。但由于其成本较高，实际使用时通常需要浇铸在青铜、钢带或铸铁轴瓦表面，形成较薄的覆层。

（1）轴承合金（通常称为巴氏合金或白合金）

轴承合金是由锡、铅、锑和铜组成的合金，以锡或铅为基体，内部含有锑锡（Sb-Sn）和铜锡（Cu-Sn）硬质颗粒。硬质颗粒起到耐磨作用，而软质基体则提高材料的塑性。轴承合金的弹性模量和弹性极限都很低，在所有轴承材料中，其嵌入性和顺应摩擦性能较佳，容易与轴颈跑合，也不易与轴颈发生粘着。

不过，轴承合金的强度很低，不能单独制成轴瓦，只能附着在青铜、钢或铸铁轴瓦上作为轴承衬层。轴承合金适用于重载、中高速场合，但价格较高。

（2）铜合金

铜合金具有较高的强度、较好的减摩性能和耐磨性能。与黄铜相比，青铜表现更优，也是常用的材料。青铜包括锡青铜、铅青铜和铝青铜，其中锡青铜的减摩性能好，应用广。

不过，锡青铜的硬度高于轴承合金，跑合性和嵌入性较差，适用于重载、中速工况。铅青铜抗咬合能力强，适用于高速重载轴承。铝青铜则具有高强度、高硬度，但抗咬合性能较差，适用于低速重载轴承。

（3）铝基合金

铝基轴承合金具有较好的耐腐蚀性、较高的疲劳强度和良好的摩擦性能。这些特点使其在某些领域能够替代价格更高的轴承合金和青铜。铝基合金既可制成单金属零件（如轴套、轴承等），也可制成双金属零件。双金属轴瓦通常采用铝基合金作轴承衬层，以钢材作为背衬。

（4）灰铸铁和耐磨铸铁

普通灰铸铁、含镍铬钛等合金成分的耐磨灰铸铁，或球墨铸铁，都可用作轴承材料。这类材料中的片状或球状石墨在覆盖到材料表面后，会形成一层起润滑作用的石墨膜，因此具有减摩耐磨性能。

此外，石墨还能吸附碳氢化合物，有助于改善边界润滑性能。因此，当灰铸铁用作轴承材料时，仍应加入润滑油。由于铸铁较脆，跑合性能较差，因此只适用于轻载、低速、无冲击载荷的场合。

非金属材料

应用广的非金属材料主要是各种塑料（高分子材料），如酚醛树脂、尼龙、聚四氟乙烯等。高分子材料的特点包括：

对许多化学物质不发生反应，耐腐蚀性特别强；

具有自润滑性能，可在无润滑条件下工作，在高温条件下也有润滑能力；

嵌入性较好；

减摩和耐磨性能较好。

但在选择高分子材料作为轴承材料时，需要注意以下问题：

由于高分子的导热率仅为钢材的几个百分点，因此必须考虑摩擦热的散发问题，这对高分子轴承的工作速度和压强值提出了严格限制。由于高分子的线膨胀系数远大于钢，因此高分子轴承与钢轴颈之间的配合间隙应大于金属轴承。

此外，高分子材料的强度和屈服极限较低，因此在装配和运行过程中所能承受的载荷有限。并且高分子材料在常温下会发生蠕变，因此不适合制造对间隙要求严格的轴承。

碳—石墨也可在恶劣环境下作为轴承材料使用。石墨含量越高，材料越软，摩擦系数越小。还可在碳—石墨材料中加入金属、聚四氟乙烯或二硫化钼成分，也可以浸渍液体润滑剂。碳—石墨轴承具有自润滑性，其减摩性能取决于所吸附水蒸气的多少。

碳—石墨还对含碳氢化合物的润滑剂有较强亲和性，加入润滑剂有助于改善其边界润滑性能。此外，它也可作为水润滑轴承材料使用。

橡胶主要用于以水作为润滑介质且环境较脏的场合。

木材具有多孔结构，可通过加入填料改善性能。填充后的聚合物能够提高木材的尺寸稳定性、降低吸湿性并增强强度。木质轴承适用于粉尘极大的工况环境。

多孔金属材料

这是一种由不同金属粉末经压制和烧结制成的轴承材料。该材料具有多孔结构，孔隙约占总体积的 10%～35%。使用前，通常需要将轴套放入热油中浸泡数小时，使孔隙中充满润滑油，因此由这种材料制成的轴承通常称为含油轴承。

它具有自润滑性。工作时，由于轴颈旋转产生的吸油作用以及轴承受热后油液膨胀的作用，润滑油会进入摩擦表面发挥润滑效果；即使长期不加润滑油，也能较好地工作，若定期补油则效果更佳。

但由于其韧性较低，因此适用于稳定、无冲击载荷以及中低速工况。常用的有多孔铁和多孔青铜。多孔铁常用于制造轧机轴套、机床油泵轴套、内燃机凸轮轴衬套等；多孔青铜常用于制造唱机、电风扇、纺织机械和汽车发电机的轴承。我国已有专门生产含油轴承的工厂，必要时可根据设计手册选用。

粉末冶金材料中的多孔金属本质上也是一种粉末材料，其内部具有多孔结构。若将其浸入润滑油中，微孔会充满润滑油，从而成为具有自润滑性能的含油轴承。多孔金属材料韧性较低，只适用于稳定的无冲击载荷及中小速度工况。