СПОСОБ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ ЗАЛИВКИ СЛОЯ АЛЮМИНИЯ НА ПОВЕРХНОСТЬ СТАЛЬНОЙ ТРУБЫ Советский патент 1947 года по МПК B22D13/00 

При нанесении слоя алюминия на поверхность стальной трубы, алюминий образует с железом трубы хрупкое соединение FeAl₃, которое нарушает целостность слоя алюминия при работе трубы на удар. Коррозионная устойчивость такого слоя низкая.

Предлагается перед нанесением слоя алюминия поверхность стальной трубы покрывать электролитически никелем, хромом или другими тугоплавкими металлами, способными образовывать сплавы с алюминием, и облуживать оловом, цинком или их соединениями. Такой способ нанесения алюминия предотвращает возможность образования хрупкого промежуточного слоя кристаллов FeAl₃.

Предварительное нанесение на стальную основу слоя легкоплавких металлов или сплавов (олова или олова с цинком или чистого цинка) благоприятствует при применении надлежащих флюсов привариванию алюминиевого сплава к стальной основе. Однако это не предотвращает образования хрупкой составляющей промежуточного слоя из-за диффузии алюминия. Нанесение на сталь слоя бронзы, латуни или меди с последующим облуживанием его оловом, цинком или сплавом олова с цинком также благоприятствует привариванию алюминиевого сплава к слою медного сплава, но образовывает весьма хрупкую фазу CuAl₂ вследствие растворения меди в алюминии. В результате происходит либо отрыв алюминиевого сплава в процессе остывания или в дальнейшем при малейшем ударе по наружной поверхности трубы. Кроме того, при изготовлении втулок с тонким слоем алюминиевого сплава специального назначения (антифрикционного), предназначенных для изготовления тонкостенных взаимозаменяемых вкладышей, требуется сохранить состав и специальные свойства алюминиевого сплава в слое толщиной около 0,5 мм, прилегающего непосредственно к основе вкладыша. В обоих упомянутых выше способах, помимо отсутствия необходимой прочности приварки, состав привариваемого слоя алюминиевого сплава вследствие диффузии значительно изменяется и сплав в пограничном слое теряет свои особые (антифрикционные) свойства вследствие появления в структуре новых составляющих.

Предотвращение диффузии алюминия в сталь при получении биметалла может быть осуществлено использованием метода сварки с применением повышенных давлений (прокатки) при сравнительно низких температурах по типу процесса получения феррана. Однако этот процесс требует соблюдения режима прокатки в узком интервале температур, что представляет большие затруднения в процессе производства и влечет за собой получение большого количества брака.

Предотвращение диффузии может быть также обеспечено использованием алюминиевых сплавов с содержанием кремния выше 3%. Однако целый ряд алюминиевых антифрикционных сплавов с твердой основой и мягкими включениями и с мягкой основой и твердыми включениями допускают присутствие кремния только в качестве неизбежной примеси в количестве не более 0,2-0,4%.

Предлагаемый способ приваривания алюминиевого сплава любого состава предотвращает образование хрупкого промежуточного слоя, вызываемого диффузией алюминия, и обеспечивает сохранение физико-механических свойств, присущих привариваемому алюминиевому сплаву в слое любой толщины. Кроме того, исключается возможность отрыва залитого слоя от стальной основы биметаллической втулки или заготовок вкладышей вследствие возникающих при охлаждении напряжений из-за разности коэфициентов теплового расширения стали и алюминиевого сплава.

Внутренняя поверхность стальной трубы требуемого диаметра из мягкой стали (марки ст. 15) или двух спаренных с прокладками заготовок вкладышей подвергается шлифовке и полировке с последующей подготовкой отполированной поверхности (травление и обезжиривание).

Затем путем электролиза на внутреннюю поверхность заготовки наносится слой никеля, хрома или другого металла с высокой температурой плавления, который дает сплав с алюминием.

По окончании процесса электролитического покрытия внутренней поверхности заготовки последняя снова подвергается обезжириванию и промывке. Далее внутреннюю поверхность ее облуживают горячим способом (натиркой или погружением) оловом, цинком или сплавом олова с цинком.

Облуженная поверхность втулки посыпается химически чистым нашатырем и еще в горячем состоянии (температура 200-300°) укрепляется в патроне машины для центробежной заливки и заливается алюминиевым сплавом.

По окончании заливки сплава заготовка охлаждается на воздухе до температуры 500-450°. К этому моменту должна быть удалена заливочная воронка и во втулку вводится смонтированная на специальном приспособлении оправка с закаленным роликом или обоймой, длина образующей которой должна соответствовать длине залитой заготовки.

При помощи специального приспособления ролик прижимается к поверхности залитого слоя и производится своеобразная раскатка залитого слоя алюминиевого сплава, обеспечивающая пластическую деформацию его и уплотнение на стенках стальной основы. Целью этой операции является снятие напряжений, получающихся в остывающем алюминиевом слое вследствие его усадки.

Кроме того, под действием давления ролика или обоймы с двумя или несколькими роликами в зависимости от диаметра заготовки обеспечиваются более интенсивное механическое сцепление и разрыв случайно оставшихся пленок окислов на поверхности алюминиевого сплава.

Подбор температурных режимов и подсчет удельного давления, создаваемого роликом на поверхности залитого слоя, вычисляются для каждого диаметра заготовки с учетом величины действующей центробежной силы и величин напряжений, возникающих в слое сплава в процессе застывания.

1. Способ центробежной заливки слоя алюминия на внутреннюю поверхность стальной трубы с предварительным облуживанием ее оловом, цинком или их сплавом, отличающийся тем, что перед облуживанием поверхность трубы электролитически покрывают никелем, хромом или другими тугоплавкими металлами, способными образовывать сплавы с алюминием.

2. Прием осуществления способа по п. 1, отличающийся тем, что после центробежной заливки алюминия и остывания нанесенного слоя до 500-450°С его уплотняют давлением роликов.