СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АНТИФРИКЦИОННОГО СЛОЯ ВКЛАДЫШЕЙ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК F16C33/12 F16C33/04 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к созданию поверхностного слоя с антифрикционными свойствами на металлических изделиях типа тел вращения с помощью обкатки, выглаживания, дорнования или виброобработки, и может быть использовано для изготовления и ремонта вкладышей подшипников скольжения паровых турбин.

Известна технология получения вкладышей подшипников скольжения методом свободной заливки, заключающаяся в подготовке корпуса подшипника, внутренней полости, заливке металла, выдержке и механической обработки вкладыша [Чернавский С.А. Подшипники скольжения. М.: Машгиз, 1963, 244 с.].

Известен способ [Пшибыльский В. Технология поверхностной пластической обработки. Пер. с польск., М.: Металлургия, 1991, 479 с.] изготовления антифрикционного слоя, в частности из баббита, подшипников скольжения, включающий изготовление корпуса, нанесение подслоя олова, заливку расплавленным баббитом в соответствующей форме, механическую обработку и последующее шабрение или расточку до заданных размеров.

Такие способы не обеспечивают достаточной износоустойчивости баббитового слоя вследствие грубой шероховатости рабочей поверхности вкладыша (Ra 0,10-0,12 мкм) и дефектов литой структуры, таких как крупнозернистое строение, ликвация, неравномерность распределения фаз и др.

Известен способ [АС СССР №834159, кл. C21D 7/10, 1981 г.] поверхностного упрочнения металлических изделий путем многократного поверхностного деформирования в различных направлениях, заключающийся в том, что с целью повышения степени упрочнения поверхностного слоя при одновременном разупрочнении и повышении пластичности внутренних слоев металла усилие деформирования дифференцируют по проходам на меньшие по величине и направляют на каждом последующем проходе перпендикулярно к предыдущему с изменением точки приложения усилия на каждом проходе.

Недостатком известного способа является то, что набор технологических операций (наличие операции волочения, дифференцирование усилия по проходам на меньшие по величине и изменение направления усилия на каждом последующем проходе перпендикулярно предыдущему с изменением точки приложения усилия на каждом проходе) не позволяет включить его в технологию изготовления подшипников скольжения.

Известен способ [А.Матвийчук, В.П.Егоров, В.М.Михалевич, В.Д.Покрас. Анализ деформируемости металлов при поверхностном упрочнении деталей. «Кузнечно-штамповочное производство», 1993, №10, с.10-13] пластического деформирования поверхности, включающий многопереходную знакопеременную немонотонную пластическую деформацию, осуществляемую при комнатной температуре.

Недостатком известного способа является то, что пластическое деформирование осуществляется дробеударным способом путем вдавливания шарика.

Наиболее близким к предлагаемому является способ [АС СССР №209923, кл. F16C 33/12, 1968 г.] изготовления вкладышей подшипников скольжения, заключающийся в том, что с целью повышения износоустойчивости антифрикционный слой растачивают с припуском, а затем нагревают до температуры 160-180°С и прокатывают валком по всей его длине до окончательных размеров, а заканчивают прокатку при температуре 60-80°С.

Недостатком известного способа является отсутствие многопереходного знакопеременного деформирования в различных направлениях, что значительно снижает ресурс и износостойкость антифрикционного слоя.

Задача изобретения - повышение износостойкости изделия за счет создания мелкозернистой структуры поверхностного слоя, обеспечения положительного градиента механических свойств по глубине, а также уменьшение шероховатости поверхности за счет сглаживания микронеровностей обкатывающим роликом и снижение периода приработки материала.

Задача решается тем, что в способе изготовления антифрикционного слоя вкладыша подшипника скольжения после заливки вкладыша производят расточку с припуском и его пластическое деформирование согласно изобретению пластическое деформирование осуществляют в интервале температур рекристаллизации матричной фазы сплава, но не выше температуры плавления дисперсных фаз при средней скорости деформаций 10^-2≤ε≤10 с^-1.

Кроме того, пластическое деформирование осуществляют за несколько переходов с изменением направления по переходам на противоположное.

Кроме того, деформирование осуществляют инструментом, материал, термическая обработка и шероховатость которого соответствуют материалу вала, сопряженного с подшипником.

Пластическое деформирование осуществляют обкаткой стальным сферическим роликом радиусом 10 мм рабочей поверхности вкладыша из антифрикционного материала. Рекомендуется предварительно провести чистовое точение поверхности. Обкатку проводят на токарно-винторезном станке при следующих параметрах: давление ролика на деталь - 200-300 Н, глубина подачи - 0,1-0,6 мм, скорость обкатки - 105-224 об/мин, число проходов - 8-20, скорость деформации -10^-2≤ε≤10 с^-1. Обкатку проводят при комнатной температуре.

В результате использования предлагаемого способа обеспечивается минимальная шероховатость рабочей поверхности вкладыша подшипника скольжения, сокращение периода приработки и минимальная интенсивность износа.

Пример конкретной реализации способа

На токарно-винторезном станке проводят обкатку рабочей поверхности вкладыша подшипника скольжения из антифрикционного материала - баббита Б83 - сферическим роликом радиусом 10 мм из стали марки 45Х, применяемой для изготовления валов. Обкатку проводят при комнатной температуре при следующих параметрах: давление ролика на деталь - 250 Н; глубина подачи - 0,5 мм; скорость обкатки - 200 об/мин; число проходов - 12, начиная с первого прохода каждый последующий переход выполняют с изменением направления на противоположное; скорость деформации 3,3 10^-2 с^-1. Скорость деформации определяли по таблице.

Определение скорости деформации № п/п Параметр Определение Значение 1 Степень накопленной деформации ε По результатам математического моделирования 0,39 2 Длина обработки l, мм Опытным путем в зависимости от размеров детали 20 3 Глубина подачи S, мм Опытным путем в зависимости от материала детали в пределах 0,1-0,6 мм 0,5 4 Число оборотов за длину обработки N, оборотов N=l/S 40 5 Скорость обкатки V, об/мин Опытным путем в зависимости от материала детали в пределах 105-224 об/мин 200 6 Время обкатки 1 оборота t₁, с t₁=60(с)/V 0,3 7 Время обкатки данной длины обработки t, с t=t₁·N 12 8 Скорость деформации ε, с^-1 ε=ε/t 3,3·10^-2

Как видно из таблицы, расчетная скорость деформации входит в указанный диапазон 10^-2≤ε≤10 с^-1.

В результате использования предлагаемого способа обеспечивается:

- снижение микротвердости поверхностного слоя баббита в 1,8 раз из-за протекания рекристаллизационных процессов;

- снижение критерия совместимости при трении в 2,5 раза;

- снижение шероховатости поверхности понижается в 4 раза (до 0,28 мкм);

- понижение интенсивности износа в установившейся стадии на 30%.

Итак, заявляемый способ позволяет повысить износостойкость подшипниковых узлов за счет создания мелкозернистой структуры поверхностного слоя, формирования положительного градиента механических свойств антифрикционного слоя по глубине и снижение периода приработки материала.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к созданию поверхностного слоя с особыми свойствами на металлических изделиях типа тел вращения с помощью обкатки, выглаживания, дорнования или виброобработки, и может быть использовано для изготовления и ремонта вкладышей подшипников скольжения паровых турбин. Способ изготовления антифрикционного слоя вкладыша подшипника скольжения заключается в том, что после заливки вкладыша производят расточку с припуском и его пластическое деформирование. Пластическое деформирование осуществляют в интервале температур рекристаллизации матричной фазы сплава, но не выше температуры плавления дисперсных фаз при средней скорости деформаций 10^-2≤ε≤10 c^-1. Деформирование осуществляют за несколько переходов с изменением направления по переходам на противоположное. Деформирование осуществляют инструментом, материал, термическая обработка и шероховатость которого соответствуют материалу шейки вала, сопряженного с подшипником. Технический результат: повышение износостойкости изделия за счет создания мелкозернистой структуры поверхностного слоя, обеспечения положительного градиента механических свойств по глубине, а также уменьшение шероховатости поверхности за счет сглаживания микронеровностей обкатывающим роликом и снижение периода приработки материала. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

1. Способ изготовления антифрикционного слоя вкладыша подшипника скольжения, при котором после заливки вкладыша производят расточку с припуском и его пластическое деформирование, отличающийся тем, что пластическое деформирование осуществляют в интервале температур рекристаллизации матричной фазы сплава, но не выше температуры плавления дисперсных фаз при средней скорости деформации 10^-2≤ε≤10 с^-1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пластическое деформирование осуществляют за несколько переходов с изменением направления на противоположное по переходам.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что пластическое деформирование осуществляют инструментом, материал которого соответствует материалу вала, сопряженного с подшипником.