Babbitt (alliage) - Babbitt (alloy)

Porcs et barres de grade #2 Babbitt

Le métal en régule ou métal porteur est l'un des nombreux alliages utilisés pour la surface d'appui d'un palier lisse .

L'alliage Babbitt original a été inventé en 1839 par Isaac Babbitt à Taunton , Massachusetts , États-Unis. Il a divulgué l'une de ses recettes d'alliage mais en a gardé d'autres comme secrets commerciaux . D'autres formulations ont été développées plus tard. Comme d'autres termes dont l' origine éponyme est depuis longtemps désaccentuée (comme moteur diesel ou trompe d'Eustache ), le terme régule est fréquemment stylisé en minuscule. Il est préféré au terme « métal blanc », car ce dernier terme peut désigner divers alliages de roulement, alliages à base de plomb ou d'étain, ou métal de moulage sous pression de zinc.

Microstructure du régule

Babbitt métal le plus souvent utilisé comme une mince couche de surface dans un complexe, la structure multi-métal, mais son utilisation initiale était en fonte - en place un matériau de support en vrac. Le régule se caractérise par sa résistance au grippage . Le métal en régule est mou et facilement endommagé, ce qui suggère qu'il pourrait ne pas convenir à une surface d' appui . Cependant, sa structure est constituée de petits cristaux durs dispersés dans un métal plus mou, ce qui en fait un composite à matrice métallique . Au fur et à mesure que le roulement s'use, le métal plus mou s'érode quelque peu, créant des chemins pour le lubrifiant entre les points hauts durs qui fournissent la surface de roulement réelle. Lorsque l'étain est utilisé comme métal plus mou, la friction fait fondre l'étain et fonctionne comme un lubrifiant, protégeant le roulement de l'usure lorsque d'autres lubrifiants sont absents.

Les moteurs à combustion interne utilisent du métal Babbitt qui est principalement à base d'étain car il peut supporter des charges cycliques.

Roulements traditionnels Babbitt

Dans le style traditionnel d'un palier de métal antifriction, une fonte bloc de palier est assemblé comme un ajustement lâche autour de l'arbre, avec l'arbre dans sa position finale approximative. La face intérieure du palier à semelle en fonte est souvent percée pour former une clé permettant de localiser le métal porteur lors de sa mise en place. L'arbre est recouvert de suie comme agent de démoulage , les extrémités du roulement sont remplies d' argile et du métal en fusion est versé dans la cavité autour de l'arbre, remplissant initialement à moitié le bloc à semelle. Le roulement est dénudé et le métal rogné jusqu'à la surface supérieure du palier à semelle. Le régule durci est suffisamment mou pour être coupé avec un couteau ou un ciseau tranchant .

Une cale en acier est insérée pour protéger la face du palier inférieur et pour écarter le chapeau du palier à semelle de l'arbre. Après avoir refermé les extrémités avec de l'argile, plus de métal est ensuite versé pour remplir le capuchon du bloc à semelle à travers le trou dans le haut du capuchon du bloc à semelle qui sera éventuellement un trou de lubrification.

Les deux moitiés du roulement sont ensuite fendues au niveau de la cale, les trous d' huile débarrassés du métal et les chemins d'huile sont découpés dans la surface du nouveau roulement. L'arbre est enduit de bleu de l'ingénieur et tourné dans le roulement. Lorsque le roulement est démonté, le bleu remplit les creux et efface les points hauts. Les points hauts sont grattés et le processus répété, jusqu'à ce qu'un motif bleu uniforme et uniformément réparti apparaisse lorsque la tige est retirée. Le roulement est ensuite nettoyé et lubrifié, et calé de manière à ce que l'arbre soit maintenu fermement mais sans se coincer dans le roulement. Le roulement est ensuite « rodé » en étant fortement lubrifié à faible charge et révolution, achevant ainsi le processus d'exposition de la surface dure du roulement. Après l'ajustement final du calage, il en résulte une capacité de charge très fiable et élevée .

Avant l'avènement des moteurs électriques à faible coût , la puissance était distribuée dans les usines à partir d'un moteur central via des arbres aériens fonctionnant dans des centaines de roulements Babbitt.

L'expression "roulement de course" dérive également de ce style de roulement, car une défaillance de la lubrification entraînera une accumulation de chaleur due au frottement dans le roulement, entraînant éventuellement la liquéfaction du métal du roulement et son écoulement hors du palier à semelle.

Roulements Babbitt modernes

Jusqu'au milieu des années 1950, les roulements Babbitt coulés étaient courants dans les applications automobiles. Le Babbitt a été versé dans le bloc ou les bouchons à l'aide d'un formulaire. Des Babbitts à base d'étain ont été utilisés car ils pouvaient résister aux charges d'impact trouvées sur les bielles et le vilebrequin . Les roulements en Babbitt coulés ont été maintenus minces. Les tiges et les capuchons auraient des cales qui pourraient être décollées au fur et à mesure que le Babbitt portait. Ford était connu pour utiliser deux .002" sur chaque capuchon et Babbitt qui était 86% d'étain, 7% de cuivre, 7% d'antimoine (voir les catalogues KRW pour le modèle T). Des cales en acier ont été utilisées comme les cales en laiton utilisées aujourd'hui ont tendance à se comprimer au fil du temps, ce qui réduit la durée de vie des roulements. Les roulements Babbitt coulés ont généralement plus de 50 000 miles d'utilisation avant d'avoir besoin d'être remplacés. Les roulements Babbitt coulés sont également connus pour échouer gracieusement, permettant à la voiture de rouler pendant de longues périodes. Le roulement défaillant est ne risque pas d'endommager le vilebrequin.

Dans la pratique plus moderne, les paliers de vilebrequin et de bielle de tête de bielle dans un moteur automobile moderne sont constitués d'une coque en acier remplaçable, calée sur les chapeaux de palier. La surface intérieure de la coque en acier est plaquée d'un revêtement de bronze , qui est à son tour recouvert d'une fine couche de métal Babbitt comme surface d'appui.

Le processus de pose de cette couche de métal blanc est connu sous le nom de Babbitting.

Roulements alternatifs

Dans de nombreuses applications, les roulements à billes , tels que les roulements à billes ou à rouleaux , ont remplacé les roulements Babbitt. Bien que ces roulements puissent offrir un coefficient de friction inférieur à celui des paliers lisses, leur principal avantage est qu'ils peuvent fonctionner de manière fiable sans un approvisionnement continu de lubrifiant sous pression. Les roulements à billes et à rouleaux peuvent également être utilisés dans des configurations qui doivent supporter des poussées radiales et axiales . Cependant, les roulements à éléments roulants n'ont pas la capacité d'amortissement et de charge de choc bénéfique fournie par les roulements à film fluide, tels que le Babbitt.

Alliages de régule

Noms de l'industrie Qualité ASTM commentaires Sn Pb Cu Sb Comme autre. Limite d'  élasticité , psi D (MPa)
Limite élastique apparente de Johnson psi (MPa) E 		Point de fusion
°F (°C)
Température de versement appropriée °F (°C)
20 °C (68 °F) 100 °C (212 °F) 20 °C (68 °F) 100 °C (212 °F)
N ° 1 1 90-92 0,35 4–5 4–5 4400 (30,3) 2650 (18,3) 2450 (16,9) 1050 (7.2) 433 (223) 825 (441)
Nickel Authentique 2 La norme la plus courante et la plus courante de l'industrie pour les revêtements de roulement. 88-90 0,35 3–4 7–8 6100 (42,0) 3000 (20,6) 3350 (23,1) 1100 (7,6) 466 (241) 795 (424)
Super dur 3 83–85 0,35 7,5–8,5 7,5–8,5 6600 (45,5) 3150 (21,7) 5350 (36,9) 1300 (9,0) 464 (240) 915 (491)
Niveau 4 4 74–76 9,3-10,7 2,5–3,5 11-13
11e année 11 86-89 0,35 5-6,5 6–7,5
Forte pression 7 9,3-10,7 72,5-76,5 14-16 0,3–0,6 3550 (24,5) 1600 (11,0) 2500 (17,2) 1350 (9,3) 464 (240) 640 (338)
Royal 8 4,5–5,5 77,9–81,2 14-16 0,3–0,6 3400 (23,4) 1750 (12,1) 2650 (18,3) 1200 (8,3) 459 (237) 645 (341)
13e année 13 5,5–6,5 82,5–85 9.5–10.5 0,25
Durité 15 0,8-1,2 79,9–83,9 14,5–17,5 0,8-1,4
D Les valeurs de limite d'élasticité ont été prises à partir des courbes contrainte-déformation à une déformation de 0,125 % de la longueur entre repères
La limite élastique apparente de E Johnson est prise comme la contrainte unitaire au point où la pente de la tangente à la courbe est 2/3 fois sa pente d'origine

La science du roulement Sélection Babbitt

L'ingénierie du revêtement Babbitt d'un roulement est généralement achevée lors de la conception de la machine. Lors de la sélection du type de Babbitt approprié pour un travail particulier, il y a un certain nombre de facteurs à prendre en considération, dont les plus importants sont les suivants :

  1. Vitesse de surface de l'arbre
  2. Charge que le roulement doit supporter

Il ne fait aucun doute que si un roulement doit être fortement chargé par rapport à sa taille, un alliage d'étain élevé est souhaitable ; alors que pour un travail à vitesse beaucoup plus lente et des roulements moins lourdement chargés, un Babbitt à base de plomb peut être utilisé et est beaucoup plus économique.

1. Vitesse de surface de l'arbre : (Le nombre de pieds parcourus par minute par l'arbre sur la circonférence.)

Formule : (Pi x D x RPM) / 12 = S
Exemple : Déterminer la surface d'un arbre de 2 pouces de diamètre faisant 1400 tours par minute (RPM)
(Pi x D x RPM) / 12 = (3,1416 x 2 x 1400) / 12 = 733,04 pi/min

Où : Pi = 3,1416, D = Diamètre de l'arbre, S = Vitesse de surface de l'arbre

2. Le support de charge est nécessaire pour supporter : (le poids qui est exercé par les poids combinés de l'arbre et tout autre poids direct sur l'arbre et mesuré en livres par pouce carré .)

Formule : W / (ID x LOB) = L
Exemple : Déterminer la charge sur un roulement d'un roulement ID de 2 pouces, 5 pouces de long et portant un poids de 3 100 lb
W / (ID x LOB) = 3 100 / (2 x 5) = 310 lb/po²

Où : W = poids total supporté par le roulement, ID = diamètre intérieur du roulement, LOB = longueur du roulement, L = charge nécessaire à transporter

Sélection de roulements Babbitt

Sans faire l'objet de calculs précis, les considérations suivantes doivent également être prises en compte :

  • Continuité de service
  • Caractéristiques de liaison
  • Installations de refroidissement
  • Lubrification
  • Propreté
  • Calendrier d'entretien du roulement utilisé
  • Par exemple, un roulement en utilisation continue dans un environnement difficile sans entretien régulier nécessitera un Babbitt et une lubrification différents d'un roulement en utilisation intermittente dans un environnement propre et léger. Ce soi-disant art est en réalité la condensation de l'expérience du technicien et de l'expérience du palier en cours de reconstruction.

Si le roulement a bien fonctionné pendant de nombreuses années, il doit simplement être reconstruit selon ses spécifications et sa formulation d'origine. Dans ce cas, les plus grandes préoccupations du technicien sont :

  1. Préparation de la surface de la coquille de roulement
  2. Caractéristiques de liaison du composé d'étamage et de la couche de Babbitt et,
  3. Préparation et finition des surfaces portantes

Eco-Babbitt

Eco-Babbitt est un alliage de 90% Sn, 7% Zn, 3% Cu qui n'est pas techniquement un métal Babbitt. Voir Alliages de soudure pour plus d'informations sur Eco-Babbitt.

Les références

Bibliographie

Liens externes