книги из ГПНТБ / Подшипники из алюминиевых сплавов

В настоящее время применяются три способа подготовки по­ верхности алюминированных заготовок антифрикционных сплавов и стальных заготовок к плакировочной прокатке.

Наиболее простой способ применяется при производстве биме­ таллов со сплавами I группы, например со сплавом ACM. Отож­ женные карточки толщиной 3,15—6,5 мм, шириной 280—290 мм, длиной 400—470 мм зачищают на трехщеточной машине. Диа­ метр щеток 250 мм, ширина 350 мм, линейная скорость 6 м/сек, материал проволоки — сталь 45 диаметром 0,25—0,40 мм. Кар­ точки алюминированного сплава укладывают зачищаемой сторо­ ной вверх на пластинчатый конвейер, скорость перемещения ко­ торого равна 0,085 м/сек. На такой машине нельзя зачищать тон­ кие и длинные заготовки.

Перед зачисткой горячекатаные стальные заготовки размером

вают в холодной и горячей воде и сушат под вентилятором, после чего зачищают на двух щеточных машинах, похожих по кон­ струкции на машину для зачистки карточек сплава ACM. У этих машин несколько больше скорость конвейера (0,1 м/сек) и линей­ ная скорость щеток (11,7 м/сек).

На первой трехщеточной машине стальные заготовки зачи­ щают с тыльной стороны, которая при прокатке контактирует с валком. На второй, шестищеточной, карточки зачищают в попе­ речном направлении, поэтому длина щеточных барабанов на ней равна 550 мм. При зачистке на первых трех щетках удаляется травильный шлам, при зачистке на остальных образуется твердая поверхностная пленка, облегчающая сварку. Плохо зачищенные на машине места можно обрабатывать ручными щетками. Масля­ ные загрязнения выжигаются с поверхности при зачистке наждач­ ным кругом.

После зачистки на щеточных машинах карточки алюминиро­ ванного сплава ACM накладывают на стальные заготовки и по транспортеру подают пакеты к стану на плакировочную прокатку. Время от зачистки на щетках до прокатки не превышает 30 мин. Как показывает практика производства, при подобной подготовке поверхности к сварке и при обжатии пакета на 48—50% за про­ ход может быть обеспечена качественная сварка слоев биметалла всех толщин.

В производстве биметаллов с антифрикционными сплавами II группы, имеющими легкоплавкие составляющие, применяют бо­ лее сложные процессы подготовки поверхности к плакировочной прокатке. В процессе отжига алюминированных заготовок этих сплавов по торцам выделяется легкоплавкая составляющая, кото­ рая может размазываться щетками по зачищаемой поверхности, поэтому применять отжиг для их обезжиривания нельзя.

Предложено два способа обезжиривания карточек антифрик­ ционных сплавов II группы. Наиболее широкое распространение

93

получило обезжиривание в органических растворителях: в трихлор­ этилене или в дихлорэтане. Обезжиривание проходит на специаль­

конденсируются на заготовке, растворяют жировые и масляные загрязнения и стекают на дно камеры. Из паровой камеры заго­ товки попадают в ванну с чистым растворителем, где обезжирива­ ются окончательно. Подобным же образом обезжиривают и сталь­ ные заготовки.

Органические растворители способны весьма качественно обез­ жирить поверхность алюминированных и стальных заготовок перед плакировочной прокаткой, однако при их использовании возникают серьезные трудности, связанные с токсичностью, взрывоопасностью, высокой текучестью и другими свойствами. Кроме того, в них на­ капливаются загрязнения, образующиеся при обезжиривании.

: Учитывая отрицательные стороны обезжиривания в органи­ ческих растворителях, в настоящее время все шире начинают при­ менять ультразвуковое обезжиривание. В основе такого обезжири­ вания лежат кавитационные явления, которые вызываются действием ультразвуковых волн в микрообъемах жидкости, нахо­ дящихся около обезжириваемой поверхности. Большие местные перепады давления и гидравлические удары приводят к разруше­ нию масляных и жировых пленок на поверхности металла, а га­ зовые пузырьки отрывают и уносят эти пленки [2].

Эффективность ультразвукового обезжиривания возрастает с увеличением интенсивности ультразвуковых колебаний и зависит от способа их введения в обезжиривающую среду. Хорошие ре­ зультаты получаются при применении магнитострикционных пре­ образователей (излучателей ультразвуковых колебаний), которые позволяют подавать ультразвуковые колебания большой интенсив­ ности в непосредственной близости от обезжириваемой поверхно­ сти. При очистке сильно загрязненных поверхностей эффективность ультразвукового обезжиривания зависит также и от способности жидкой среды растворять и эмульгировать масляные и жировые загрязнения [3].

Для алюминиевых заготовок лучшие результаты получаются при ультразвуковом обезжиривании в неконцентрированном раст­ воре тринатрийфосфата с добавками малых количеств эмульгирую­ щих веществ по следующему режиму.

9 4

После ультразвукового обезжиривания заготовки подвергаются ультразвуковой промывке в горячем конденсате и затем сушатся горячим воздухом.

По аналогичным режимам также обезжириваются прокалибро­ ванные и отожженные в защитной атмосфере стальные заготовки. При ультразвуковом обезжиривании заготовок горячекатаной стали следует предусмотреть предварительное струйное травление металла и удаление травильного шлама с использованием ультра­

звука [163].

Если ультразвуковое обезжиривание алюминиевых заготовок производится в более концентрированном, чем указано, растворе тринатрийфосфата или в растворе, содержащем соду, то происходит сильное растравливание поверхности металла, причем образую­ щиеся продукты травления могут ухудшать качество сварного соединения в биметалле. Вредное действие оказывает и избыток поверхностно-активных веществ (эмульгаторов). Возможно, это связано с образованием пленки труднорастворимого мыла на по­ верхности алюминия, которая также ухудшает качество сварки слоев в биметалле [70].

На качество сварного соединения влияет наличие на обезжирен­ ной поверхности остаточных масляных загрязнений, жесткость про­

95

ными сплавами задерживается из-за отсутствия промышленных установок, позволяющих совмещать операции подогрева заго­ товки, обезжиривания, промывки и сушки в одном агрегате.

96

лоса зачищается щеткой из проволоки диаметром 0,32 мм, а затем щеткой из тонкой проволоки. Чтобы тонкая заготовка алюминие­ вого сплава не прогибалась под щетками, под нее подкладывается полоса толщиной 10 мм.

Вся поверхность полос, за исключением переднего конца дли­ ной 50 мм, находящегося в захвате, должна быть равномерно за­ чищена и отвечать требованиям соответствующего эталона. На по­ верхности полос не допускаются жировые и масляные пятна любой величины. Поверхность зачищается на щетках однократно. Если полоса вторично обезжиривается после зачистки, то следует зачи­ щать ее обратную сторону. Очищенные полосы прокатываются не позже чем через 1 ч после зачистки.

Зачистку рулона проводят по тем же режимам, что и зачистку полосы на машине, установленной непосредственно в линии стана, на котором прокатывается рулонный биметалл. Передний конец рулона подается на машину с помощью системы роликов. Для того чтобы изгиб лент от прижатия щетки был минимальным, на ней установлен опорный ролик диаметром 203 мм.

Полосовую и рулонную сталь, идущую на изготовление тонкого биметалла, зачищают не щетками, а абразивной лентой. Процессы, происходящие при такой зачистке стали, изучены недостаточно, но можно предположить, что они приводят к тем же результатам, что и зачистка щетками (дополнительно очищается поверхность ме­ талла, и на ней образуется твердая поверхностная пленка, создаю­ щая благоприятные условия для холодной сварки). Зачищенная заготовка подается в машину с помощью роликов. Абразивные ленты, натянутые на двух рабочих барабанах, вращаются на­ встречу друг другу. На входе зернистость ленты 50 единиц, на выходе — 40 единиц. Стальные полосы подаются на прокатку также не позже чем через 1 ч после зачистки. Рулонная сталь прокаты­ вается непосредственно после зачистки, так как зачистная машина установлена в линии стана.

Стальная заготовка, предназначенная для изготовления тол­ стого биметалла, зачищается щетками так же, как и заготовка для прокатки биметалла со сплавом ACM.

По конструкции машины для зачистки тонкой алюминиевой и стальной заготовки являются наиболее совершенными. На них имеются системы регулирования силы прижатия щеток и ленты к зачищаемой поверхности, регулируется скорость прохождения металла. Все машины оборудованы мощными системами вентиля­ ции с оросительными вытяжными пылеуловителями.

Плакировочная прокатка

Плакировочная прокатка биметаллических пакетов является ос­ новной операцией производства биметаллических полос. Именно здесь достигается надежная сварка составляющих и необходимое соотношение слоев в полосе. В значительной степени при плакиро­

вочной прокатке обеспечивается также и точная выкатка биметал­ лической полосы.

Для правильного определения режимов плакировочной про­ катки и выбора соответствующего оборудования прежде всего не­ обходимо знать закономерности процесса сварки и распределения послойной деформации при прокатке биметаллических пакетов. Кроме того, нужно правильно установить величину рабочих на­ пряжений, так как плакировочная прокатка проводится с боль­ шими величинами обжатия за проход и общее давление металла на валки весьма значительно.

Как уже говорилось, холодная сварка металлов при их совмест­ ной прокатке обусловливается явлением схватывания металлов. Развитие теории твердого тела, накопление обширных эксперимен­ тальных данных по схватыванию металлов в различных условиях, в том числе и в глубоком вакууме, заложили основы современных представлений о сущности явлений схватывания [5, 201, 56, 60, 15, 109], подробно рассмотренных в главе IV.

Поверхность металлических тел имеет макро- и микронеров­ ности и покрыта различными пленками (окислы, жировые и масля­ ные пленки, пленки адсорбированных газов), поэтому в реальных технологических процессах для получения соединения металлов за счет схватывания применяют специальные методы, позволяющие обеспечить непосредственный контакт ювенильных (незагрязнен­ ных) поверхностей и их активацию. В процессах холодной сварки это осуществляется при совместном пластическом деформировании соединяемых металлов. Большую роль в холодной сварке играют твердые поверхностные пленки, которые образуются на металличе­ ской поверхности, например при зачистке проволочными щетками. В процессе холодной сварки поверхностные микронеровности сгла­ живаются, а твердые пленки растрескиваются. Адсорбированные молекулы паров и газов, а также остатки загрязнений остаются при этом зажатыми между осколками твердых поверхностных пленок. В промежутки между растрескивающимися пленками выходят внутренние незагрязненные металлические поверхности, которые под давлением вступают в непосредственный контакт и свари­ ваются.

Процесс прочного соединения металлов путем холодной про­ катки пакетов является одним из видов холодной сварки давле­ нием. Однако если при холодной сварке (встык или внахлестку) осколки поверхностных пленок с зажатыми между ними остатками загрязнений выжимаются, как правило, за пределы сварного со­ единения, образуя своеобразный грат, то в сварном соединении большой площади, полученном при прокатке, осколки поверхност­ ных пленок остаются в сварном шве в виде дискретных включений и оказывают существенное влияние на его качество.

Изучение механизма образования сварного соединения при прокатке пакетов1 алюминий — алюминий, алюминированная

1 Пакеты толщиной 10 мм (соотношение слоев 1 : 1), шириной 70 мм прока­ тывались на стане Дуо 300 (валки — чугунные, смазка — керосин, скорость про­ катки— 0,49 м/сек). Образцы и шлифы вырезались вдоль направления про­ катки из середины полосы.

98

медь — алюминированная медь и алюминий — алюминированная сталь показало, что как сам механизм образования, так и прочность образующегося сварного соединения алюминия с алюминием су­ щественно зависят от характера течения слоев, величины обжатия и рабочих напряжений при прокатке пакетов разных вариан­ тов [67].

В начале очага деформации соединяемые поверхности покрыты твердыми пленками, образовавшимися после зачистки щетками (рис. 49, а и 50, а). С увеличением вытяжки при прокатке пакетов алюминий — алюминий и алюминированная медь-— алюминирован­ ная медь, где имеет место одинаковая послойная деформация, эти пленки растрескиваются равномерно и образуют симметричные относительно плоскости сварки дискретности, между которыми на плоскость сварки выходят внутренние незагрязненные объемы металла, вступая в непосредственный контакт друг с другом

(рис. 49, б и б).

С дальнейшим увеличением вытяжки дискретности дробятся, что способствует выходу на поверхность дополнительных внутрен­ них объемов металла (рис. 49, г и б ) .

При прокатке пакетов с разной послойной деформацией состав­ ляющих (алюминий — алюминированная сталь) в результате не­ равномерного течения слоев металла твердые поверхностные пленки не только растекаются, но и скалываются с поверхности металла при относительном перемещении слоев, наслаиваясь друг на друга и образуя слоистые дискретности, которые в процессе дальнейшего деформирования могут также дробиться (рис. 50, б — б). В связи с этим при прокатке пакетов с разной послойной дефор­ мацией площадь, занимаемая дискретностями, меньше, а площадь непосредственного контакта внутренних незагрязненных поверхно­ стей металла больше, чем при прокатке пакетов с одинаковой по­ слойной деформацией.

Установленный механизм образования сварного соединения, а также данные, полученные при оценке,качества металла на уча­ стках непосредственной сварки и в дискретностях с помощью микроструктурного анализа и по величине микротвердости, позво­ лили уточнить характер влияния условий прокатки пакетов на прочность сцепления слоев. При прокатке пакетов алюминий — алюминий из-за малых рабочих напряжений и отсутствия относи­ тельного перемещения свариваемых поверхностей (благодаря оди­ наковой послойной деформации) сварка участков непосредствен­ ного контакта, и особенно сварка твердых поверхностных пленок в дискретностях, получается недостаточно прочной, поэтому и проч­ ность сцепления слоев здесь невысокая. С увеличением обжатия пакета происходит лучшая приработка свариваемых поверхностей и несколько улучшается сварка пленок в дискретностях. Кроме того, при этом уменьшаются относительная площадь, занимаемая дискретностями в плоскости сварки, и их влияние на качество со­ единения, что способствует повышению прочности сцепления слоев

(рис. 51).

Рис. 49. Образование сварного соединения при прокатке пакетов алюми­ ний— алюминий (одинаковая послойная деформация). Травитель — реактив Келлера, X 100:

а — начало очага деформации; б, в — растрескивание поверхностных пленок; г, д ~ дробле­ ние дискретностей

Рис. 50. Образование сварного соединения при прокатке пакетов алюминий — алюминированная сталь (разная послойная деформа­ ция). Травитель — реактив Келлера, X 100:

а — начало очага деформации; б, в — растрескивание и скол поверхностных пле­ нок; г, д — дробление дискретностей

поверхностей (прокатка пакетов алюминированная медь — алюми­ нированная медь) для получения аналогичной прочности сцепле­ ния нужно обжать пакет на 50%, а при прокатке пакетов алюми­ ний— алюминий (небольшие рабочие напряжения и отсутствие перемещения свариваемых поверхностей)— не менее чем на 60 %•

Подобный процесс образования сварного соединения, очевидно, происходит и при плакировочной прокатке других биметаллических пар, когда на свариваемых поверхностях соединяемых металлов имеется достаточно толстая твердая пленка. Если же поверхностная пленка тонкая либо ее твердость соизмерима с твердостью основ­ ного металла, то она может растекаться и занимать большую пло­ щадь в сварном шве. Возможно несимметричное, одностороннее

102