книги из ГПНТБ / Подшипники из алюминиевых сплавов

При двустороннем плакировании заготовки антифрикционного сплава алюминием

где 5 Д— осредненное напряжение пластического растяжения алюминия.

Для расчета величины давления металла на валки при про­ катке пакетов с алюминиевыми антифрикционными сплавами, по сопротивлению деформированию близкими к алюминиевому подслою (например, сплав ACM), применяют формулу (8). Эту формулу можно применять для расчета давлений, когда на сталь плакируется антифрикционный сплав, не имеющий мягкого под­ слоя.

ния и малоуглеродистой стали можно брать по графикам, приведенным на рис. 59.

113

формированию существенно больше, чем у отожженного сплава ACM. В большинстве случаев при плакировочной прокатке пакетов сплав АО20-1— сталь можно считать, что величина рабочих на­ пряжений составляет 55—65 кГ/мм2.

Прокатные станы, предназначенные для плакировочной про­ катки биметаллических пакетов с алюминиевыми антифрикцион­ ными сплавами, имеют ряд особенностей. Для того чтобы полу­ чить биметаллический прокат с минимальной разнотолщинностью,

114

клеть прокатного стана должна иметь повышенную жесткость. Однако применять здесь клети Кварто не представляется возмож­ ным, так как необходимость обеспечения захвата при больших абсолютных обжатиях пакета приведет к весьма большому диа­ метру рабочих валков.

Поэтому для плакировочной прокатки применяют клети Дуо, имеющие валки с небольшой длиной рабочей части. На станах, специально предназначенных для плакировочной прокатки, уста­ новлены опорные роликовые подшипники или опорные подшипники жидкостного трения, жесткость которых значительно больше, чем

утекстолитовых подшипников. Большие относительные обжатия

исравнительно высокие рабочие напряжения при прокатке пакетов

требуют принятия мер по предотвращению налипания металла на валки.

Из-за значительной разницы в сопротивлении деформированию алюминиевых антифрикционных сплавов и стальной основы, а также из-за несимметричности пакета плакировочная прокатка сопровождается изгибом биметаллических полос. Стрела прогиба может достигать 130—350 мм [15]. Для уменьшения прогиба на станах устанавливаются жесткие выходные проводки по касатель­ ной к нижнему валку. Чтобы предотвратить смещение заготовки антифрикционного сплава относительно стального основания в про­ цессе прокатки, на входе пакета в валок устанавливается жесткий стол с проводками.

Скорость плакировочной прокатки обычно составляет 0,2— 0,5 м/сек. Чем меньше скорость прокатки, тем качественнее полу­ чается сварка слоев в полосе и тем легче происходит подача пакета в валки. Небольшая скорость прокатки является еще одной особенностью таких специализированных станов.

В настоящее время в практике отечественного производства можно выделить две группы оборудования, применяемого для про­ катки биметаллических пакетов с алюминиевыми антифрикцион­ ными сплавами.

Биметаллы со сплавами I группы (в основном со сплавом ACM), а также биметаллические полосы с алюминиево-оловянными сплавами АО20-1 и А09-1 толщиной более 4 мм прокатываются на станах Дуо 700 и Дуо 600. Недостатком этих станов является слишком большая длина рабочей части валков (800—900 мм) по отношению к ширине прокатываемых полос (200—300 мм) и на­ личие текстолитовых подшипников [15]. Прокатка пакетов произ­ водится на валках с цилиндрической поверхностью, поэтому из-за прогиба валков на полосе образуется поперечная разнотолщинность, достигающая 0,10—0,15 мм при прокатке на новых валках и 0,20—0,25 мм при прокатке на изношенных.

Попытки применить валки с выпуклой поверхностью (до 0,3 мм) не дали положительных результатов из-за продольных разрывов плакирующего слоя по центру полосы. Из-за недостаточной жесткости подшипников продольная разнотолщинность по полосе также может достигать 0,20—0,25 мм.

115

Более приспособлены для плакировочной прокатки станы Дуо 470, которые применяются, для прокатки полос толщиной

щих нагрузку по 225 Т на каждую опору. Небольшая скорость про­ катки (0,25 м/сек) способствует устойчивому захвату пакета на входе в валки. Валки охлаждаются водой. С целью равномерного подвода смазки на них установлены пружинные устройства с легко заменяемыми войлочными прокладками, которые обтирают валки и наносят на них слой смазки. Заменяют валки комплектно кас­ сетой, что облегчает труд и сводит к минимуму потери времени. Входной и выходной столы могут регулироваться таким образом, что Их поверхность устанавливается строго на уровне верха ниж­ него валка. Входной стол имеет жесткую проводку, удерживающую пакет и не дающую слою антифрикционного сплава сместиться от­

игольчатые, рассчитанные на давление 250 Т на каждой опоре. Осевое положение валков регулируется, подвеска их гидравличе­ ская. Валки охлаждаются водой и снабжены пружинными обти­ рочными устройствами.

Для предотвращения налипания металла предусмотрены уст­ ройства промасливания валков. В этих устройствах масло через сопло периодически подается на смазочный узел, состоящий из двух валиков — стального и фторопластового. Фторопластовый валик соприкасается с прокатным валком и смазывает его. С вход­ ной стороны клети установлены подводящие проводки и стол — массивная стальная плита с горизонтальными пружинящими ва­ ликами, которые прижимают сплав к стали, и с самоцентрирую­ щимися боковыми направляющими, которые предотвращают сме­ щение заготовок в сторону. На выходе также установлен стол — жесткая стальная плита с двумя правильными роликами и про­ масливающим устройством (фетровая подушка), которое смазы­ вает алюминиевую поверхность полосы. Править полосу на выходе, а также смазывать алюминиевую поверхность необходимо для того, чтобы обеспечить правильность показаний контрольно-изме­ рительного прибора, замеряющего толщину прокатанной полосы. Непрерывный контроль за толщиной полосы — большое преимуще­ ство данного прокатного стана.

Небольшая длина валков у станов для прокатки тонкого би­ металла и сравнительно небольшие величины давления металла способствуют уменьшению изгиба валков, который к тому же час­ тично компенсируется профилем рабочей части валка, имеющей выпуклость 0,05 мм на сторону. Поэтому поперечная разнотолщинность тонкого биметалла не превышает 0,03 мм. Минимальной

116

получается и продольная разнотолщинность, чему способствует применение жестких подшипников и поддержание постоянного режима смазки на поверхности валков.

Прокатка полосового биметалла на всех станах ведется без; применения укладчиков с периодическим замером толщины про­ катываемых полос при помощи микрометра. Вес пакетов при про­ катке толстого биметалла составляет 10—20 кг, при прокатке тон­

пакетов составляет 48—50%. Местная разнотолщинность по полосе может достигать 0,3—0,4 мм, а партионная разнотолщинность со­ ставляет 0,5—0,7 мм, из-за чего эти полосы приходится дополни­ тельно прокатывать с небольшими обжатиями, чтобы прокалибро­ вать их до требуемой точности по толщине.

Прокатка биметаллических пакетов со сплавами АО20-1 и А09-1, предназначенных для получения толстого биметалла, произ­ водится аналогично прокатке пакетов со сплавом ACM. Некоторое отличие состоит только в том, что нагартованные алюминированные карты этих сплавов имеют несколько меньшую толщину и большую длину, чем карточки сплава ACM.

Для плакировочной прокатки тонких биметаллических полос со сплавами АО20-1 и AS11 на станах Дуо 470 заготовки имеют следующие размеры: алюминированные и нагартованные карточки сплавов (0,83-4-2,24) X (81,0—188,5) X (825-4-1550) мм\ карточки отожженной стали (1,9 -4- 6,33) X (82,5 -4- 190) X (870 -4- 1590) мм.

Обжатие при прокатке пакетов со сплавом АО20-1 составляет не менее 41%, со сплавом AS11— не менее 43%. Для лучшего за­ хвата пакета карты сплава сдвинуты на 50 мм по отношению к пе­ реднему концу стальной заготовки. Ширина карт алюминирован­ ного сплава на 1,5 мм меньше ширины стали, что предотвращает сползание сплава по бокам полосы.

Благодаря жесткости клети станов Дуо 470 поперечная разно­ толщинность тонких биметаллических полос не превышает 0,02— 0,03 мм, а продольная — 0,03—0,04 мм. Ужё после плакировочной прокатки допуск на толщину тонких биметаллических полос со­ ответствует требованиям технических условий, поэтому дополни­ тельная калибровочная прокатка здесь не нужна.

Рулонная прокатка тонкого биметалла проводится на линии непрерывного изготовления биметаллической полосы. Стальная заготовка (толщина 1,58—3,95 мм, ширина 76—177 мм) в рулонах весом 1 т поступает на разматыватель. С разматывателя сталь подается на правильную машину, а затем — на гильотинные нож­ ницы, где обрезается задний конец обрабатываемого рулона и передний конец поступающего рулона. Затем концы стальных ру­ лонов свариваются встык на. автоматической сварочной машине.

117

После сварки стальная заготовка проходит через подающие ролики и накопительные устройства на агрегат обезжиривания в парах трихлорэтилена (дихлорэтана) и поступает на агрегат зачистки свариваемой поверхности наждачной лентой. Между этими двумя агрегатами установлены подающие ролики, устройство для регу­ лировки петли и ролики, натягивающие полосу перед зачисткой наждачной лентой.

На зачищенную стальную полосу подается рулонная заготовка алюминированного сплава.

Эту рулонную заготовку получают с помощью сварки встык полос алюминированного сплава длиной 10 м. Вес рулонной за­ готовки сплава 200 кг, толщина полосы 0,85—1,83 мм, ширина 74—175 мм. Сплав обезжиривается на отдельной установке, а за­ чищается непосредственно на линии непрерывной прокатки биме­ талла. Зачищенные и совмещенные полосы стали и алюминирован­ ного сплава подаются в прокатную клеть Дуо 400. Обжатие при плакировочной прокатке биметалла со сплавом АО20-1 составляет не менее 41%, — со сплавом AS 11 — не менее 43%. Прокатанная ■биметаллическая полоса проходит через натяжные ролики, перед которыми установлен толщиномер, и поступает на пресс для резки по длине. На линии непрерывной прокатки изготовляют полосовой биметалл размерами (1,4-1-3,25) X (76-М77) X2640 мм. Разнотолщинность биметалла не превышает 0,05 мм, поэтому здесь также не требуется дополнительной калибрующей прокатки.

После плакировочной прокатки биметаллические полосы на- / ходятся в сильно наклепанном состоянии. Твердость плакирую­

к пределу текучести нагартованного алюминиевого подслоя. Полу­ ченное в процессе плакировочной прокатки сильно наклепанное сварное соединение имеет многочисленные концентраторы напря­ жений, что повышает его склонность к хрупкому разрушению. Не­ благоприятна с точки зрения работы в подшипнике и структура нагартованных сплавов, особенно сплавов II группы, содержащих включения мягких структурных составляющих в виде волокнистой ■сетки, вытянутой вдоль направления прокатки.

Поэтому прокатанные биметаллические полосы непременно должны быть отожжены. Непосредственно на выходе из прокатной клети полосы укладываются на специальные поддоны. Тонкие полосы, полученные рулонной прокаткой, имеют незначительный изгиб и укладываются попарно алюминиевым сплавом к алюми­ ниевому сплаву. Это предотвращает налипание алюминия или олова на сталь при отжиге. Тонкий биметалл, прокатанный на ста­ вах Дуо 470, перед укладкой на поддон правится на правильной машине и также укладывается сплавом к сплаву. Толстые биметал­ лические полосы, как правило, после плакировочной прокатки не правят, так как правка может привести к некоторому ослаблению прочности сцепления слоев. Эти полосы имеют изгиб со стрелой

118

прогиба 30—50 мм. Укладывают их друг на друга сталью к сплаву, причем более изогнутый передний конец полосы верхнего ряда укладывается на менее изогнутый задний конец полосы нижнего ряда. Таким образом, получается неплотная укладка полос в стопе, что способствует более быстрому прогреву садки при отжиге и пре­ дотвращает контакт между алюминиевой плакировкой и сталью на большой площади.

Отжиг биметаллических полос после плакировочной прокатки

Отжиг биметаллических полос после плакировочной прокатки является окончательным для биметаллов со сплавами АО20-1, А09-1 и AS 11, которые прокатываются за проход на окончательную толщину и имеют разнотолщинность в допускаемых по техниче­

ским условиям пределах.

Для толстого биметалла со сплавами А020-1 и А09-1, а также для биметалла со сплавом ACM этот отжиг является промежуточ­ ным, так как полосы, прокатанные на станах Дуо 700 и Дуо 600, имеют значительную разнотолщинность и их необходимо калиб­

ровать.

В обоих случаях отжиг биметалла после плакировочной про­ катки должен обеспечить рекристаллизацию слоя антифрикцион­ ного сплава и стабилизировать сварное соединение слоев в полосе, а также способствовать уменьшению межслойных напряжений..

С точки зрения получения оптимальной рекристаллизованной структуры алюминиевых антифрикционных сплавов отжиг следует проводить при температуре 330—350° С. При отжиге холодносвар­ ного соединения могут протекать процессы, оказывающие различ­ ное влияние на его прочность [300]. При низкотемпературном от­

Это вызвано процессами поверхностной диффузии, способствую­ щими увеличению площади первоначальных мостиков сцепления и округлению несплошностей в сварном шве. С увеличением темпера­ туры и продолжительности отжига прочность сварного соединения понижается, так как происходит разупрочнение самого металла, не­ стабильность соединения возрастает благодаря интенсификации диффузионных процессов.

Если в биметалле не образуется хрупких интерметаллидов (в биметалле алюминий—сталь подобные интерметаллиды обра­ зуются при температурах выше 500—510°С), то, как правило, эта закономерность не нарушается. Однако в случае отжига холодно­ сварного соединения алюминий—сталь при температурах 380— 400° С прочность может значительно ослабляться из-за разложе­ ния гидроокисных пленок, которые образуются на подготовленной к сварке поверхности во влажной атмосфере и попадают в свар­ ной шов. Разлагаясь при температуре 380—400° С, гидроокись

119

алюминия выделяет водяной пар, который создает большое дав­ ление в микронесплошностях соединения и разрывает шов.

Поэтому для стабилизации сварного соединения отжиг при температуре 350° С также является предпочтительным. Отжиг при такой температуре обеспечивает рекристаллизацию слоя алюми­ ниевого антифрикционного сплава, полностью снимает наклеп, по­ лученный сплавом в процессе плакировочной прокатки. Тем самым он способствует снятию межслойных напряжений, величина кото­ рых определяется пределом текучести слоя алюминиевого анти­ фрикционного сплава.

Окончательный отжиг тонких биметаллических полос со сплавами АО20-1, А09-1 и AS 11 проводится при температуре 350° С садкой весом 2,5—3,0 т в электропечах сопротивления с воздуш­ ной циркуляцией. Мощность печи 240 кет, продолжительность пре­ бывания металла в ней составляет 2,5—3,5 ч (в зависимости от веса садки), температура поддерживается с точностью ± 5 ° С.

Так как отжиг происходит без защитной атмосферы, то на сталь­ ной поверхности образуется пленка окислов темно-синего цвета. Эта пленка толщиной 1—2 мк весьма пластична и не отслаива­ ется при штамповке вкладышей.

ния мощностью 180 кет с принудительной циркуляцией воздуха). Нагрев до 330—350° С идет в течение 7—9 ч\ выдержка при этой температуре в течение 1 ч. После промежуточного отжига слой антифрикционного сплава в биметалле полностью рекристалдизуется. Стальное же основание практически не разупрочняется, на его поверхности образуется темная пленка окислов до 2—3 мк.

Калибровочная прокатка биметаллических полос

После плакировочной прокатки на станах Дуо 700 и Дуо 600 полосы со сплавами ACM, АО20-1 и А09-1 калибруются. Режимы калибровочной прокатки этих полос различны.

Биметаллические полосы со сплавом ACM, прокатанные на стане Дуо 700, калибруются на станах Дуо 650 и Дуо 525 за три-пять проходов, из которых один—три прохода с суммарным

•обжатием 22—32% проводятся на стане Дуо 650, два прохода — на стане Дуо 525 с суммарным обжатием 12—24%. Общее обжа­ тие при калибровке составляет 34—50%. Мощность стана Дуо 650 равна 475 кет, Дуо 525—300 кет. Прокатка идет на сталь­ ных валках (сталь 9X2) длиной 800 мм с цилиндрическим профи­ лем рабочей части. Скорость прокатки 0,8 и 0,4 м/сек. В качестве технологической смазки применяют керосин, смешанный с 1 % олеиновой кислоты. Станы Дуо 650 и Дуо 525 не обладают боль­ шой жесткостью.

Полосы, отлакированные на стане Дуо 600, калибруются на кем же. Из-за недостаточной жесткости клетей калибровочных

120

станов и весьма значительной разнотолщинности биметалличе­ ских полос, полученных при плакировочной прокатке, калибровка, производится в несколько проходов при небольшом обжатии за проход. Увеличение обжатия за проход приводит к сильному ростувеличины давления металла на валки, так как калибруется полоса с наклепанным стальным основанием и рабочие напряжения здесьдостигают 70—90 кГ/мм2. Это может вызвать дополнительную разнотолщинность. Калибровка полосы, имеющей большую разнотолщинность по ширине, с небольшими обжатиями приводит к нерав­ номерной деформации металла по ширине и к образованию на полосе волнистости.

После калибровочной прокатки разнотолщинность по полосе и партионная разнотолщинность уменьшаются. По ширине полосы разнотолщинность составляет 0,05—0,10 мм, а по длине 0,06— 0,12 мм. Партионная разнотолщинность составляет 0,15—0,20 мм для полос толщиной до 3,2 мм и до 0,4 мм для более толстых,

полос.

В связи со значительной вытяжкой биметаллических полос при калибровочной прокатке за счет выхода на межслойную поверх­ ность внутренних незагрязненных объемов металлов может не­ сколько стабилизироваться сварное соединение слоев. Происходит также наклеп сплава ACM (твердость сплава повышается до> НВ 42—46). Дополнительно нагартовывается стальное основание.. Суммарный наклеп стали достигает 62—72%, а ее твердость по­ вышается до НВ 220—240.

В процессе калибровочной прокатки биметаллической полосы значительная разница прочностных свойств слоя мягкого антифрик­

400 мм/м). После калибровки полосы обязательно правят на пра­ вильной машине и укладывают на поддон попарно сплавом

ксплаву.

Кбиметаллическому прокату с алюминиевыми антифрикцион­ ными сплавами предъявляются жесткие требования по чистоте поверхности стального основания. Поэтому при калибровочной прокатке тщательно следят за состоянием рабочей поверхности

валков. Не допускается калибровочная прокатка биметалла на валках с чистотой рабочей поверхности ниже Ѵ7.

Калибровка биметаллических полос со сплавами АО20-1 ш А09-1 проводится на стане Дуо 525 за два-три прохода. Здесьприменяют несколько меньшие деформации (25—35%), благодаря чему в готовом биметалле стальная основа имеет меньший наклеп и ее твердость составляет НВ 200—230. При калибровочной про­ катке также происходит наклеп слоя антифрикционного сплава (твердость его достигает НВ 42—45) и изгиб полосы. Разнотол­ щинность калиброванных биметаллических полос со сплавами АО20-1 и А09-1 примерно равна разнотолщинности полос со спла­ вом ACM. После калибровки полосы правят и попарно сплав к сплаву укладывают на поддон.

1211

Окончательный отжиг биметаллических полос после калибровочной прокатки

С целью обеспечения необходимого качества вкладышей и их вы­ сокой работоспособности к катаному биметаллу предъявляется ряд специфических требований. Слой антифрикционного сплава должен после отжига иметь структуру с мелкодисперсным и равно­ мерным распределением составляющих. Биметалл должен обладать удовлетворительной штампуемостью и свойствами, гарантирую­ щими сохранение заданного натяга при нормальной работе вкла­ дыша. Желательно также, чтобы поверхность стального основания была покрыта окисной пленкой, не разрушающейся при штамповке, поскольку осыпавшаяся окалина уменьшит толщину вкладыша за пределы допуска. В значительной степени выполнение этих требо­ ваний определяется режимом окончательного отжига биметалла.

Как отмечалось, для тонких биметаллических полос со спла­

отжига при температуре 350° С с выдержкой 2,5—3,5 ч. Подобные режимы оказались применимыми и при отжиге тол­

стых полос с алюминиево-оловянными сплавами АО20-1 и А09-1, несмотря на то что эти полосы имеют более твердое стальное осно­ вание, чем тонкие полосы, прокатанные без калибровки. Однако для биметаллических полос с антифрикционными сплавами I группы (в том числе и с наиболее распространенным сплавом ACM), имею­ щих сильно наклепанное стальное основание, подобный низкотемпе­ ратурный отжиг не обеспечивает получение необходимой релакса­ ционной стойкости. Вкладыши, изготовленные из такого биме­ талла, в процессе работы склонны к потере натяга. На склонность вкладышей к потере натяга, помимо соотношения прочностных свойств слоев, значительное влияние оказывает релаксационная стойкость сильно наклепанного стального основания, которая зависит от уровня внутренних и межслойных напряжений [95, 187, 200].

Как показано в работе [72], температура отжига в интервале 350—460° С и условия охлаждения металла после отжига (в воде, на воздухе, в печи) практически не влияют на величину остаточных межслойных напряжений в отожженном биметалле сплав ACM— сталь. Межслойные остаточные напряжения являются растягиваю­ щими в слое сплава ACM и сжимающими в слое стали. В слое сплава ACM остаточные напряжения 1-го рода по величине близки к предельному значению, равному пределу текучести отожженного сплава при комнатной температуре. Предельное значение остаточ­ ных напряжений в слое сплава ACM и отсутствие влияния режи­ мов отжига и условий охлаждения на их величину, очевидно, объяс­ няются тем обстоятельством, что из-за большого различия коэф­

1 2 2