СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИМЕТАЛЛА ДЛЯ ВКЛАДЫШЕЙ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК B23K20/04 

Изобретение относится к прокатному производству, а именно к получению биметаллических листов и полос из стали, плакированной оловяннофосфористой бронзой, предназначенных для изготовления вкладышей подшипников скольжения.

Известен способ непрерывного получения биметаллической ленты с основой из стали (А.с. SU №1191229, В 23 К 20/04), включающий операции размотки рулонов основы и стыковки ее передних и задних концов, формовку основы, ее нагрев в восстановительной атмосфере, заливку жидкой свинцовистой бронзы и ее кристаллизацию в среде защитных газов, обрезку кромок биметалла, смотку в рулоны, перед формовкой основы подвергают калибровке до установленного размера по толщине, а после кристаллизации расплава производят предварительную механическую обработку бронзового слоя и его дрессировку в окончательный размер с обжатием до 5%.

Однако данным способом получение биметалла сталь+свинцовистая бронза приводит к образованию пористого слоя и не обеспечивает достаточной прочности сцепления слоев, что значительно снижает эксплуатационные характеристики вкладышей подшипников скольжения.

За ближайший аналог принят способ изготовления биметалла для вкладышей подшипников скольжения (А.с. SU №965673, В 23 К 20/04), включающий подготовку поверхностей исходных материалов, сборку пакета, плакирование путем холодной прокатки, промежуточную и окончательную термообработку, пакет собирают из слоев стали и бронзы с одновременным введением между ними промежуточного слоя из меди или однофазной латуни, холодную прокатку ведут с обжатием 50-75%, промежуточный отжиг осуществляют при температуре максимальной растворимости компонентов один в другом, толщину промежуточного слоя выбирают равной 2-5% толщины стального слоя.

Недостатком данного способа является то, что при совместной пластической деформации составляющих биметалла образовавшееся соединение обладает низкой прочностью и легко разрушается при последующей обработке. Недостаточная прочность сцепления слоев объясняется наличием свинца в составе оловянноцинкосвинцовой бронзы, который при плакировании вытесняется на поверхность раздела слоев и препятствует их соединению.

Технический результат - улучшение качества биметалла, повышение производительности труда и расширение технологических возможностей прокатного оборудования.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления биметалла для вкладышей подшипников скольжения, включающем подготовку поверхностей исходных материалов, сборку пакета, плакирование путем холодной прокатки с обжатием 50-75%, термообработку, пакет собирают из слоев стали и омедненной с двух сторон бронзы, толщину слоев меди в омедненной бронзе определяют из условия обеспечения в готовом биметалле медного подслоя толщиной не более 60-80 мкм, биметалл для вкладышей подшипников скольжения изготавливают по технологической схеме и на оборудовании для холодной прокатки биметалла сталь-сплав АО 20-1, термообработку осуществляют при температуре 610-630°С в среде защитного газа.

Способ осуществляют следующим образом.

Для получения биметалла берут стальную основу и плакирующую омедненную бронзу. Предварительно основа и плакирующая бронза были обезжирены и зачищены вращающимися металлическими щетками с одной из сторон, а затем зачищенными поверхностями уложены в пакет для плакирования путем холодной прокатки с обжатием 50-75%. После прокатки полученные биметаллические полосы подвергают термической обработке в туннельной конвейерной печи в среде защитного газа. Затем проводят окончательную холодную прокатку биметаллических полос до необходимой толщины. Далее проводят испытание качества сцепления слоев путем выполнения параллельных поперечных надрезов в слоях с последующим растяжением образца, а по отношению максимальной нагрузки к величине площади сдвига определяют прочность сцепления слоев на срез.

Омедненную с двух сторон бронзу, используемую для плакирования, получают по описанному способу. Зачистку бронзы производят в этом случае с двух сторон, а меди с одной стороны.

Пример 1. Биметалл для вкладышей подшипников скольжения сталь+бронза Бр. ОФ 6,5-0,15 получали способом холодного плакирования.

Для получения биметалла использовали холоднокатаную калиброванную сталь марки 0,8 кп толщиной 6,2 мм, холоднокатаную отожженную омедненную с двух сторон бронзу Бр. ОФ 6,5-0,15 толщиной 2,4 мм.

Исходные материалы подвергали обезжириванию в специальной установке, где холодные полосы проходят через трихлорэтиленовый пар, нагретый до 70°С, который, конденсируясь, стекает вниз, растворяя жировые покрытия на поверхности полос. Обезжиривание в парах трихлорэтилена протекает в течение 4-5 минут. После обезжиривания по истечении не более 1,5-2 часов исходные материалы тщательно зачищали. Зачистка контактной поверхности бронзы осуществлялась двумя вращающимися стальными проволочными щетками, изготовленными из стальной проволоки диаметром 0,3 мм до металлического блеска. Скорость вращения щеток 1000 об/мин. Скорость движения бронзовой полосы 0,12 м/с. Давление щеток на обрабатываемую поверхность при очистке регулируется в пределах 0,5-0,8 МН/м². Зачистка стальной основы осуществлялась шлифовальной бесконечной лентой 3050×215 ТУ-УЗ.02-0022225-015-95 с зерном 50. Скорость движения стальной полосы 0,16 м/с. Омедненную бронзу и сталь зачищали с одной стороны в один пропуск.

Холодное плакирование осуществляли на двухвалковом стане 05 с диаметром валков 450 мм и длиной бочки 400 мм с обжатием 60-65%. Холоднокатаные полосы биметалла толщиной 3,1-3,2 мм подвергали отжигу в туннельной конвейерной печи в среде защитного газа. Защитный газ - пропанбутановая смесь - подается в рабочее пространство печи из экзотермической газовой установки. Термообработка включала нагрев до температуры 610-630°С и выдержку в течение 4 часов и последующее охлаждение в той же печи в защитной атмосфере до температуры 60°С. Общее время термообработки составило 24 часа.

Окончательную холодную прокатку полос до толщины 3,0 мм выполняли за один проход на двухвалковом стане 05. Использование калиброванной стальной основы для изготовления биметалла позволяет производить окончательную холодную прокатку с обжатием 3-7% и получать биметалл с минимальной разнотолщинностью. Соединение слоев в биметалле прочное.

Механические свойства готового биметалла: предел прочности σ_в=360 МПа; относительное удлинение δ=28-30%; твердость HRB - 70 для стального слоя; HRB - 85 для антифрикционного слоя.

Пример 2. Омедненную бронзу медь+бронза+медь для плакировки получали способом холодного плакирования. В качестве исходных материалов использовали холоднокатаную отожженную медь марки М 1 ГОСТ 495 - 77 толщиной 1 мм и холоднокатаную отожженную бронзу марки Бр. ОФ 6,5 - 0,15 толщиной 6,0 мм.

Исходные материалы подвергали обезжириванию, тщательной зачистке металлическими щетками: основной слой бронзы с двух сторон, а слои меди с одной стороны. Обезжиривание и зачистку проводили по примеру 1.

Холодное омеднение бронзы осуществляли на двухвалковом стане 05 с обжатием 65-70%. Холоднокатаные полосы толщиной 2,6-2,8 мм подвергали по режиму соответствующему примеру 1. Окончательную холодную прокатку омедненных бронзовых полос до толщины 2,4 мм выполняли за один проход с обжатием 7-15% на двухвалковом стане 05.

Таким образом, разработанный способ получения биметалла для вкладышей подшипников скольжения можно осуществить по технологической схеме и на действующем оборудовании по производству антифрикционного биметалла сталь - сплав АО 20-1 с незначительным усовершенствованием оборудования.

Проведение плакирования стали с использованием двухсторонней омедненной бронзы исключает изгиб биметаллических полос и обеспечивает равномерное соединение слоев при удовлетворительной прочности сцепления. Применение же при плакировании односторонней омедненной бронзы приводит при прокатке к изгибу биметаллических полос. Кривизна биметаллических полос вызывает не только необходимость правки полос на роликовых правильных машинах, но и снижает прочность сцепления слоев.

Проведение термообработки биметалла при температуре 610-630°С и в среде защитного газа связано не только с предупреждением окисления и снятием механических напряжений, но и с увеличением прочности сцепления слоев биметалла в 1,5-2 раза. Кроме того, исключение окончательной термообработки повышает производительность и снижает себестоимость продукции.

Предлагаемый способ холодной прокатки позволяет значительно расширить сортамент антифрикционного биметалла для вкладышей подшипников скольжения высокого качества, повысить загрузку существующего прокатного оборудования при массовом производстве биметалла. Изготовленные из данного сталебронзового биметалла детали узлов трения тяжелонагруженных дизельных двигателей успешно прошли испытания и показали высокие эксплуатационные свойства.

Изобретение может быть использовано при получении биметаллических листов и полос из стали, плакированных оловяннофосфористой бронзой. Собирают пакет из слоев стали и омедненной с двух сторон бронзы. Производят плакирование путем холодной прокатки с обжатием 50-75% и последующую термообработку. Толщину слоев меди в омедненной бронзе определяют из условия обеспечения в готовом биметалле медного подслоя толщиной не более 60-80 мкм. Биметалл изготавливают по технологической схеме и на оборудовании для холодной прокатки биметалла сталь-сплав АО 20-1. Термообработку осуществляют при температуре 610-630°С в среде защитного газа. Способ обеспечивает повышение качества биметалла и расширение технологических возможностей прокатного оборудования. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления биметалла для вкладышей подшипников скольжения, включающий подготовку поверхностей исходных материалов, сборку пакета, плакирование путем холодной прокатки с обжатием 50-75%, термообработку, отличающийся тем, что пакет собирают из слоев стали и омедненной с двух сторон бронзы.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что толщину слоев меди в омедненной бронзе определяют из условия обеспечения в готовом биметалле медного подслоя толщиной не более 60-80 мкм.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что биметалл для вкладышей подшипников скольжения изготавливают по технологической схеме и на оборудовании для холодной прокатки биметалла сталь-сплав АО 20-1.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что термообработку осуществляют при температуре 610-630°С в среде защитного газа.