Xem mã nguồn của Babit (hợp kim)

'''Babit'''<ref>{{chú thích sách |author=Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng, Bộ Khoa học và Công nghệ | date= 1987| title=Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1658:1987 về Kim loại và hợp kim - Tên gọi | url=http://tieuchuan.vsqi.gov.vn/tieuchuan/view?sohieu=TCVN+1658%3A1987 | location= | publisher= | p=}}</ref> ([[tiếng Anh]]: ''babbitt'') là tên của những [[hợp kim]] chống mài mòn trên nền các kim loại có độ nóng chảy thấp như [[chì]] hoặc [[thiếc]]. Babit thường được ứng dụng làm các [[ổ trượt]] nên còn được gọi là "kim loại ổ trượt" (''bearing metal'').

[[Tập tin:BabbitB83.jpg|nhỏ|Tổ chức tế vi của babbitt]]
Babit được sử dụng phổ biến nhất khi dùng làm lớp phủ mỏng trên bề mặt của cấu trúc đa kim loại phức tạp, nhưng công dụng ban đầu của nó là làm vật liệu ổ trượt dạng đúc nguyên khối. Hợp kim babit được đặc trưng bởi khả năng chống mài mòn của nó. Hợp kim babit vốn rất mềm nên ít làm mòn [[cổ trục]]. Ngoài ra, babit có [[Ma sát|hệ số ma sát]] thấp và khả năng giữ được dầu tốt, nhưng không chịu được áp suất và nhiệt độ cao. Cấu trúc của hợp kim babit được tạo thành từ các [[tinh thể]] nhỏ–cứng phân tán trong một nền kim loại mềm hơn, làm trở thành một [[composite nền kim loại]]. Khi ổ trượt bị mòn, kim loại mềm hơn sẽ bị mòn một phần, tạo ra các đường dẫn cho chất bôi trơn chảy giữa các điểm cao–cứng, vốn là bề mặt trượt của ổ trượt. Khi thiếc được sử dụng trong thành phần sẽ làm hợp kim babit trở nên mềm hơn. Khi đó, ma sát làm cho thiếc nóng chảy và hoạt động như một [[Dầu nhờn|chất bôi trơn]], bảo vệ ổ trục khỏi bị mài mòn khi không sử dụng các chất bôi trơn khác.
[[Tập tin:Pigs_and_Bars_of_Babbitt.jpg|phải|nhỏ| Babit [[ASTM Quốc tế|ASTM]] Loại #2 ở dạng thỏi (dưới và giữa) và thanh (trên)]]

== Lịch sử ==
Hợp kim babit được phát minh vào năm 1839 bởi nhà phát minh người Mỹ, [[Isaac Babbitt]] tại thành phố [[Taunton, Massachusetts|Taunton]] thuộc bang [[Massachusetts]], Hoa Kỳ. Vào thời điểm đó, ông công bố công thức cấu tạo của một loại hợp kim do ông phát minh nhưng vẫn không tiết lộ những loại hợp kim còn lại vì muốn giữ [[bí mật kinh doanh]].<ref>Isaac Babbitt, [http://pdfpiw.uspto.gov/.piw?Docid=00001252&idkey=NONE&homeurl=http%3A%252F%252Fpatft.uspto.gov%252Fnetahtml%252FPTO%252Fpatimg.htm "Mode of making boxes for axles and gudgeons,"] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20200716023259/https://pdfpiw.uspto.gov/.piw?Docid=00001252&idkey=NONE&homeurl=http:%252F%252Fpatft.uspto.gov%252Fnetahtml%252FPTO%252Fpatimg.htm |date=2020-07-16 }} Bằng sáng chế Hoa Kỳ số 1252 (cấp ngày: 17 tháng 7 năm 1839). Babbitt không đăng ký phát minh cho hợp kim của ông, mặc dù ông mô tả thành phần như sau: "Phần bên trong của hộp được phủ bằng loại hợp chất cứng hơn dưới tên gọi là hợp kim thiếc (britannia metal hoặc pewter), với kim loại nền là thiếc. Hợp kim này bao gồm 50% là thiếc, 5% antimon, và 1% đồng..." (''The inner parts of the boxes are to be lined with any of the harder kinds of composition known under the names of britannia metal or pewter, of which block tin is the basis. An excellent compound for this purpose I have prepared by taking about 50 parts of tin, five of antimony, and one of copper...'')</ref> Các công thức hợp kim khác đã được phát triển sau đó.<ref name="Greenetal1996p2150">{{Harvard citation no brackets|Oberg|Green|1996}}.</ref> Giống như các thuật ngữ khác có nguồn gốc [[Eponym|cùng tên]] từ lâu đã được sử dụng phổ biến (như ''động cơ diesel'' hoặc ''ống eustachian''), thuật ngữ hợp kim ''babit'' thường được viết theo kiểu chữ thường.<ref name="AHD4_babbitt_metal">American Heritage Dictionary, 4th ed, headword ''babbitt metal''.</ref> Mặc dù nhiều tài liệu tiếng Anh vẫn thường sử dụng thuật ngữ "kim loại trắng" (''white metal'') để nói về hợp kim babit, nhưng cần phân biệt rằng "kim loại trắng" là tên chung bao gồm các hợp kim chịu lực, hợp kim dựa trên chì hoặc thiếc (babit), hoặc kim loại đúc kẽm.

== Tổng quan == 
Babit là hợp kim có thành phần chủ yếu là [[thiếc]] (Sn) hoặc [[chì]] (Pb), tạo thành một nền mềm, có xen các hạt rắn [[antimon]] (Sb), [[đồng]] (Cu), [[Niken|nickel]] (Ni), [[Cadimi|cadmi]] (Cd)... Babit có đặc tính giảm ma sát, giảm mài mòn, và chống dính rất tốt. Tuy nhiên, vì cơ tính thấp cho nên babit chỉ dùng để tráng thành một lớp mỏng khoảng vài phần mười [[Milimét|milimet]] (dưới 0,04{{nbsp}}[[inch]]) lên [[vật liệu lót ổ]] có độ bền cao hơn như [[đồng thanh]], [[thép]], hoặc [[gang]].<ref name="Nguyễn Trọng Hiệp 2006 79">{{chú thích sách| url=| title=Chi tiết máy – Tập 2| author= Nguyễn Trọng Hiệp | publisher=Nhà xuất bản Giáo dục| year=2006 | isbn=| location=Hà Nội| p=79}}</ref><ref name="Kreith 1998 3-150">{{chú thích sách | last=Kreith | first=Frank | title=The CRC Handbook of Mechanical Engineering, Second Edition | publisher=Taylor & Francis | series=Handbook Series for Mechanical Engineering | year=1998 | isbn=978-1-4398-7606-0 | url=https://books.google.ca/books?id=OpD226SXKisC | access-date = ngày 17 tháng 7 năm 2020 | page=3-150}}</ref> Với độ cứng thấp, các loại hợp kim babit có khả năng giữ tạp bẩn, giữ đồng trục với trục [[ổ trượt]] tốt, và tương thích tốt hơn với [[ngõng trục]] bằng thép so với các loại vật liệu lót ổ khác như hợp kim kẽm, đồng, [[gang xám]]...<ref name="Kreith 1998 3-154">{{chú thích sách | last=Kreith | first=Frank | title=The CRC Handbook of Mechanical Engineering, Second Edition | publisher=Taylor & Francis | series=Handbook Series for Mechanical Engineering | year=1998 | isbn=978-1-4398-7606-0 | url=https://books.google.ca/books?id=OpD226SXKisC | access-date = ngày 17 tháng 7 năm 2020 | page=3-154}}</ref>

Để nâng cao [[độ bền mỏi]] cho các động cơ tịnh tiến, người ta phủ một lớp babit mỏng (khoảng 0,001{{nbsp}}inch) lên bề mặt ổ trượt động cơ. Đối với [[Tịnh tiến|động cơ tịnh tiến]] chịu tải trọng lớn, thông thường được dùng tới ba lớp babit. Trên nền hợp kim như thép, một lớp babit chì SAE 19 hoặc 190 được mạ điện hoặc đúc chính xác với lớp trung gian dày từ 0,1 đến 0,3{{nbsp}}inch bằng hợp kim đồng–nickel, đồng–chì, [[nhôm]], hoặc bạc mạ điện.<ref name="Kreith 1998 3-154" />

Babit được chia thành hai nhóm chính: babit nền thiếc (''tin-based babbitt'') và babit nền chì (''lead-based babbitt''). Ngoài ra còn có babit nền nhôm (''aluminum-based babbitt'') và babit nền kẽm (''zinc-based babbitt'').

'''Babit nền thiếc''', hay còn được gọi là '''babit thiếc''', là hợp kim trên cơ sở thiếc (Sn) với 3–8,5% đồng (Cu) và 4–8,5 % antimon (Sb). Babit thiếc có đặc tính dẻo, dẫn nhiệt tốt, bền, được dùng khi có tải trọng, áp suất, và vận tốc cao (''pv'' >= 15{{nbsp}}MPa.m/s) như trong tuabin, [[Động cơ Diesel|động cơ diesel]] Babit thiếc có thể làm việc với áp suất ''p'' lên tới 10{{nbsp}}MPa, nhiệt độ 150{{nbsp}}°C, và vận tốc ''pv'' lên tới 15{{nbsp}}MPa.m/s.<ref name="Nguyễn Trọng Hiệp 2006 79" /> Babit thiếc thường có [[độ cứng Brinell]] (HB) từ 20 đến 30 HB.<ref name="Kreith 1998 3-154" /> Vì dễ bị nóng chảy nên babit thiếc chỉ làm việc ở nhiệt độ dưới 110{{nbsp}}°C. Babit thiếc có độ bền mòn thấp, do đó không chịu được va đập mạnh. Ở Việt Nam, các vật liệu babit nền thiếc thường gặp có mác B83, B89, B91, B93 (tương ứng có 83%, 89%, 91%, 93% thiếc trong cấu tạo hợp kim).<ref name="Nguyễn Trọng Hiệp 2006 79" /> Babit thiếc, với thành phần chứa 3–8% đồng và 5–8% antimon, có khả năng chống ăn mòn tốt. Babit thiếc SAE 12 ([[ASTM Quốc tế|ASTM]] Grade #2) được dùng phổ biến trong ngành công nghiệp sản xuất xe hơi và các ngành công nghiệp khác.<ref name="Kreith 1998 3-154" /> [[Tổ chức tế vi]] của babit thiếc có nền mềm là [[dung dịch rắn]] Sn; hạt cứng có pha là SnSb và hợp kim Cu<sub>3</sub>Sn (hay Cu<sub>6</sub>Sn<sub>5</sub>).

'''Babit nền chì''' hay còn gọi là '''babit chì''', là hợp kim trên cơ sở chì (Pb) với 6–16% thiếc (Sn) và 6–16 % antimon (Sb). Babit chì thường được dùng khi cần tiết kiệm thiếc, trong động cơ có điều kiện làm việc ít chịu va đập lớn, ví dụ loại babit mác COC 6–6 (thành phần gồm: 88% chì, 6% thiếc, 6% antimon). Ngoài ra có thể dùng babit chì–thiếc mác B16 để thay thế babit nhiều thiếc. Khi ổ lót làm việc với chế độ tải trọng và vận tốc trung bình–thấp, trong điều kiện ít va đập, có thể dùng babit chì BK có thành phần hoàn toàn không chứa thiếc. Loại này được dùng nhiều trong các ổ trục bánh xe lửa.<ref name="Nguyễn Trọng Hiệp 2006 79" /> Babit chì có thể làm việc với áp suất ''p'' lên tới 8,3{{nbsp}}MPa (tương đương 1.200{{nbsp}}psi), nhiệt độ 150{{nbsp}}°C, và vận tốc ''pv'' lên tới 15{{nbsp}}MPa.m/s. Độ cứng HB của babit chì thông thường khoảng từ 15{{nbsp}}HB đến 25{{nbsp}}HB.<ref name="Kreith 1998 3-154" /> Các loại babit chì SAE 13, 14, 15, có thành phần chứa 9–16% antimon và 12% thiếc nhằm tăng tính chống ăn mòn; do vậy, giá thành rẻ hơn và ngày càng được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp.<ref name="Kreith 1998 3-154" /> Babit chì có [[tổ chức tế vi]] với nền mềm là hỗn hợp cùng tinh Pb–Sb; hạt cứng có pha là SnSb và hợp kim Cu<sub>3</sub>Sn.

== Ổ trượt babit kiểu truyền thống ==
Đối với việc sử dụng ổ trượt hợp kim babit kiểu truyền thống, người ta thường lắp một trục đặt lồng trong một ổ bệ đỡ trục bằng gang. Mặt trong của ổ bệ trục được khoan lỗ dùng để xác định vị trí nơi hợp kim babit sẽ được đúc vào. Trục được phủ lớp muội than đóng vai trò chất chống dính, phần cuối của ổ trượt được phủ đất sét. Hợp kim babit nóng chảy được đổ vào và điền những lỗ trống được khoan trước ở xung quanh vòng trục. Sau đó, ổ trượt và bề mặt lót ổ được mài sạch. Hợp kim babit được gia cường nhưng vẫn đủ mềm để khoét bằng dạo hoặc dùi nhọn.

Một miếng chêm bằng thép được chèn vào để bảo vệ bề mặt ở trượt dưới và để tạo khoảng cách giữa ổ bệ đỡ và trục. Sau khi bịt hai đầu bằng đất sét, babit tiếp tục được điền đầy vào những khoảng trống của ổ bệ thông qua các lỗ ở trên nắp ổ bệ. Các lỗ trên nắp bệ trục sau này được dùng làm lỗ châm dầu bôi trơn cho trục.

Hai nửa của ổ trượt được cắt ở vị trí miếng chêm, lỗ châm dầu được làm sạch kim loại, và đường châm dầu sẽ được cắt vào bề mặt của ổ trượt mới. Trục được quét hồ xanh để đánh dấu và xoay trong ổ trượt. Khi tháo ổ trượt ra, phần hồ xanh đã điền đầy vào các lỗ trống và được vệ sinh làm sạch. Công đoạn này được tiếp tục cho đến khi phần màu xanh được phân bố đều trên ổ trượt. Ổ trượt sau đó được bơm dầu bôi trơn và chạy với trục ở vận tốc và tải nhẹ cho đến khi có bề mặt ổ trượt cứng. Thành phẩm cuối cùng có khả năng trượt chịu tải trọng và vận tốc lớn.

== Ổ trượt babit kiểu hiện đại ==
Công nghệ phủ lót ổ trượt bằng phương pháp đổ hợp kim babit nóng chảy rất phổ biến trong ngành công nghiệp xe hơi đến tận giữa thập niên 1950. Babit thiếc được dùng vì có thể chịu áp suất lớn trên [[trục khuỷu]] và [[Thanh truyền|thanh truyền động]]. Lớp phủ babit trên bề mặt ổ trượt rất mỏng. Thanh truyền động và nắp có tấm chêm mỏng có thể thay thế dễ dàng khi lớp babit bị mài mòn. Hãng xe hơi [[Ford]] sử dụng hai tấm chêm dày 0,002{{nbsp}}inch cho nắp thanh truyền và babit là loại babit thiếc B86 (86% thiếc, 7% đồng, 7% antimon) trong mẫu xe [[Model T]]. Ổ trượt babit sử dụng trong xe hơi thông thường có thể sử dụng đến hơn 80.000{{nbsp}}km trước khi cần phải thay thế. Ổ trượt babit khi bị mòn không làm hư hỏng trục khuỷu.

Ngày nay, trục khuỷu và thanh truyền động trong các động cơ hiện đại được làm bằng những ống thép có thể thay mới được. Bề mặt trong của các ống thép này được phủ lớp đồng thiếc và một lớp babit phủ cuối cùng đóng vai trò bề mặt trượt. Quy trình phủ hợp kim babit trên bề mặt này được gọi là "quá trình babit hóa" (''babbitting'').

== Các loại hợp kim babit ==
{| class="wikitable sortable"
|-
!rowspan=2|Tên thương mại!!rowspan=2|Mác theo tiêu chuẩn [[ASTM Quốc tế|ASTM]]!!rowspan=2| Ghi chú
!rowspan=2| Sn !!rowspan=2|Pb !!rowspan=2| Cu !!rowspan=2| Sb (Antimon) !!rowspan=2| As !!rowspan=2|Khác !!colspan=2|[[Giới hạn chảy]], psi<sup>D</sup>&nbsp;(MPa) !!colspan=2| [[Giới hạn đàn hồi biểu kiến Johnson]],<br/>psi&nbsp;(MPa)<sup>E</sup> !!rowspan=2| Điểm nóng chảy<br/>°C{{nbsp}}(°F) !!rowspan=2| Nhiệt độ rót khuôn<br/>°C{{nbsp}}(°F)
|-
! 20&nbsp;°C (68&nbsp;°F) !! 100&nbsp;°C (212&nbsp;°F) !! 20&nbsp;°C (68&nbsp;°F) !! 100&nbsp;°C (212&nbsp;°F)
|-
| Babit Số 1 (No.1)<ref name=Durakapp>{{chú thích web|first=|title=Babbitt Classifications|url=http://www.kappalloy.com/babbitt-class|publisher=Kapp Alloy & Wire, Inc.|access-date =ngày 25 tháng 10 năm 2012|archive-url=https://web.archive.org/web/20130921053248/http://www.kappalloy.com/babbitt-class|archive-date=ngày 21 tháng 9 năm 2013}}</ref> 
| 1 || 
| 90–92 || ≤ 0.35 || 4–5 || 4–5 || || || 4400 (30.3)<ref name="Babbitt Science">{{chú thích web|first=|title=The Art and Science of Babbitt Selection|url=https://www.kappalloy.com/selection-guide/babbitt-selection-tool/ |publisher=Kapp Alloy & Wire, Inc.|access-date =ngày 26 tháng 10 năm 2012}}</ref> || 2650 (18.3)<ref name="Babbitt Science"/> || 2450 (16.9)<ref name="Babbitt Science"/> || 1050 (7.2)<ref name="Babbitt Science"/> || 223 (433)<ref name="Babbitt Science"/> || 441 (825)<ref name="Babbitt Science"/> 
|-
| Nickel Genuine<ref name=Durakapp/> 
| 2 || Loại phổ biến nhất và là loại tiêu chuẩn dùng làm vật liệu lót ổ trượt.
| 88–90 || ≤ 0.35 || 3–4 || 7–8 || || || 6100 (42.0)<ref name="Babbitt Science"/> || 3000 (20.6)<ref name="Babbitt Science"/> || 3350 (23.1)<ref name="Babbitt Science"/> || 1100 (7.6)<ref name="Babbitt Science"/> || 241 (466)<ref name="Babbitt Science"/> || 424 (795)<ref name="Babbitt Science"/> 
|-
| Siêu cứng (Super tough) <ref name=Durakapp/> 
| 3 || 
| 83–85 || ≤ 0.35 || 7.5–8.5 || 7.5–8.5 || || || 6600 (45.5)<ref name="Babbitt Science"/> || 3150 (21.7)<ref name="Babbitt Science"/> || 5350 (36.9)<ref name="Babbitt Science"/> || 1300 (9.0)<ref name="Babbitt Science"/> || 240 (464)<ref name="Babbitt Science"/> || 491 (915)<ref name="Babbitt Science"/> 
|-
| Loại 4<ref name=Durakapp/> 
| 4 || 
| 74–76 || 9.3–10.7 || 2.5–3.5 || 11–13 || || || || || || || || 
|-
| Loại 11<ref name=Durakapp/> 
| 11 || 
| 86–89 || ≤ 0.35 || 5–6.5 || 6–7.5 || || || || || || || || 
|-
| Áp suất cao<ref name=Durakapp/> 
| 7 || 
| 9.3–10.7 || 72.5–76.5 || || 14–16 || 0.3–0.6 || || 3550 (24.5)<ref name="Babbitt Science"/> || 1600 (11.0)<ref name="Babbitt Science"/> || 2500 (17.2)<ref name="Babbitt Science"/> || 1350 (9.3)<ref name="Babbitt Science"/> || 240 (464)<ref name="Babbitt Science"/> || 338 (640)<ref name="Babbitt Science"/> 
|-
| Royal<ref name=Durakapp/> 
| 8 || 
| 4.5–5.5 || 77.9–81.2 || || 14–16 || 0.3–0.6 || || 3400 (23.4)<ref name="Babbitt Science"/> || 1750 (12.1)<ref name="Babbitt Science"/> || 2650 (18.3)<ref name="Babbitt Science"/> || 1200 (8.3)<ref name="Babbitt Science"/> || 237 (459)<ref name="Babbitt Science"/> || 341 (645)<ref name="Babbitt Science"/> 
|-
| Loại 13<ref name=Durakapp/> 
| 13 || 
| 5.5–6.5 || 82.5–85 || || 9.5–10.5 || ≤ 0.25 || || || || || || || 
|-
| Durite<ref name=Durakapp/> 
| 15 || 
| 0.8–1.2 || 79.9–83.9 || || 14.5–17.5 || 0.8–1.4 || || || || || || ||
|-
|colspan=15 | <sup>D</sup>Giá trị điểm giới hạn chảy (''yield point'') được lấy từ đồ thị đường cong ứng suất–biến dạng ở độ biến dạng là 0,125% theo chiều dài đo.<ref name="Babbitt Science"/>
|-
|colspan=15 | <sup>E</sup>Giới hạn đàn hồi biểu kiến Johnson (''Johnson's apparent elastic limit'') được định nghĩa là điểm mà hệ số góc tiếp tuyến tại đó nhỏ hơn 50% so với hệ số góc tại gốc tọa độ trên đồ thị đường cong ứng suất–biến dạng.<ref name="Blake 1985 p. 280">{{chú thích sách | last=Blake | first=A. | title=Handbook of Mechanics, Materials, and Structures | publisher=Wiley | series=Wiley Series in Mechanical Engineering Practice | year=1985 | isbn=978-0-471-86239-0 | url=https://books.google.ca/books?id=Wp1XC3mN_2IC&pg=PA280 | access-date = ngày 17 tháng 7 năm 2020 | pages=280-281}}</ref>
|}

== Xem thêm == 
*[[Danh sách các loại hợp kim]]

== Tham khảo ==
{{Tham khảo}}

== Liên kết ngoài ==
*[https://www.astm.org/Standards/B23.htm Tiêu chuẩn ASTM B23 - 00(2014) Thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho hợp kim babit.]

[[Thể loại:Phát minh của Hoa Kỳ]]
[[Thể loại:Hợp kim của thiếc]]
[[Thể loại:Kĩ thuật động cơ]]