книги из ГПНТБ / Подшипники из алюминиевых сплавов

алюминиевые антифрикционные сплавы — сталь представлена на рис. 26. В ряде случаев алюминированный сплав может плакиро­ ваться на сталь в неотожженном состоянии.

С незначительными изменениями эта технологическая схема применяется в настоящее время для производства биметалличе­ ского проката с алюминиевыми антифрикционными сплавами как в нашей стране, так и за рубежом.

Особенности обработки давлением различных алюминиевых антифрикционных сплавов

Различие в строении алюминиевых сплавов I и II групп сказы­ вается не только на их антифрикционных свойствах, но и на способности обрабатываться давлением. Как показывают резуль­ таты исследований механических свойств (рис. 27—30), сплавы ACM и АН2,5 могут успешно обрабатываться вгорячую. Их пла­ стические характеристики и величина ударной вязкости доста­ точно высоки в интервале температур 400—550° С, соответствую­ щем температурам горячей обработки технического алюминия и большинства его сплавов. Алюминиево-оловянные сплавы практи­ чески могут обрабатываться только вхолодную. При температурах, близких или превышающих температуру плавления оловянной

6 мм, расчетная длина 30 мм; образцы для испытания на удар­ ную вязкость делались с надрезом по ГОСТ 9456—60.

63

г

»c

С?

Неодинаковая способность алюминиевых антифрикционных сплавов к обработке давлением обусловливает существенные раз­ личия в технологии изготовления заготовок из сплавов разного состава.

Плавка и литье алюминиевых антифрикционных сплавов

Процессы плавки и особенно литья заготовок из антифрикцион­ ных сплавов существенно отличаются от аналогичных процессов, применяемых в производстве других алюминиевых сплавов.

Плавку алюминиевых антифрикционных сплавов ведут в пе­ чах небольшой емкости. Вес плавки в отражательных мазутных печах, которые используются при изготовлении сплавов ACM и АН2,5, составляет 3,0—3,8 т. Для плавки алюминиево-оловянных

металла в тигле при индукционной плавке способствует получе­ нию однородного химического состава расплава, но приводит к замешиванию в металл окисной пленки и повышению газонасы­ щенности. Это предъявляет повышенные требования к рафини­ рованию расплава. Обычно в индукционных печах металл плавят под слоем покровно-рафинирующего флюса, а перед разливкой проводят дополнительное рафинирование и модифицирование расплава в электрическом миксере, где достигается и необходи­ мая для разливки металла температура. В ряде случаев рафини­ рование и модифицирование полностью проводят непосредственно в печах, однако это снижает производительность печей.

64

Наиболее труден в приготовлении сплав ACM, содержащий сравнительно большое количество тугоплавкой сурьмянистой со­ ставляющей AlSb [45]. Для растворения сурьмы расплав пере­ гревают до 930° С, что резко увеличивает его способность к рас­ творению газов, прежде всего водорода. Большая газонасыщен­ ность расплава при этом получается из-за неблагоприятной печной атмосферы, в которой может содержаться много водяных паров', образующихся при сгорании необезвоженного мазута. А при взаимодействии алюминия с влагой насыщение водородом происходит особенно интенсивно [168].

Плавку сплава ACM ведут под слоем покровно-рафинирую-

щего флюса состава: 38% NaCl, 47% KCl, 15% Na3AlF6. При температуре 930° С расплав перемешивают под слоем флюса (6 кг на 1 т металла), после рафинирования снимают шлак, вновь по­ крывают флюсом, после чего начинают вводить сурьму. Когда сурьма полностью растворится, в расплав вводят магний. Чтобы сурьмянистая составляющая не осаждалась на дно ванны (лик­ вация по удельному весу), металл перемешивают через каждые 10 мин. После разливки половины сплава его вновь покрывают флюсом и проводят рафинирование со снятием шлака.

Плавка остальных алюминиевых антифрикционных сплавов существенных затруднений не вызывает. Добавки тугоплавких легирующих элементов, как правило, вводят в виде лигатур, что дает возможность проводить плавку при температуре до 800° С. Это способствует меньшей загазованности расплава, так как рас­ творимость водорода в алюминии резко возрастает при темпера­ туре выше 800° С. Перед разливкой сплавы обязательно рафини­

с помощью дегазирующих таблеток, содержащих гексахлорэтан и фтортитанат калия.

Гексахлорэтан СгС16 является органическим веществом белого цвета. Его плотность 2,09 г/смг, температура возгонки 185,5° С. По своей дегазирующей способности он сравним с хлором. Кроме того, гексахлорэтан дешев и негигроскопичен. Рафинирование расплава гексахлорэтаном лучше проводить в несколько приемов при температуре 730—750° С, так как крупные и быстро всплы­ вающие пузырьки образующегося тетрахлорэтилена снижают эффект рафинирования [7].

Сильное дегазирующее и рафинирующее, а также модифици­ рующее действие оказывает фтортитанат калия (KaTiFe). Вос­

стого алюминия AlFe всплывают и действуют подобно пузырькам аргона, продувка которым считается одним из лучших способов очистки алюминиевых расплавов. Совместная обработка распла­ вов алюминиевых антифрикционных сплавов фтортитанатом

калия и гексахлорэтаном является наиболее эффективным методом адсорбционного рафинирования.

Весьма осторожно надо вводить в шихту отходы прокатного и литейного производства. Крупные отходы литейного передела добавляют непосредственно в шихту, состоящую из первичных металлов. Также можно добавлять непосредственно к первичным материалам крупные отходы, получающиеся при прокатке спла­ вов, но их следует непременно промывать в бензине с последую­ щей сушкой. Стружку и мелкие отходы прокатного производства лучше переплавлять с разливкой в изложницы и лишь в таком виде добавлять в шихту. Количество отходов в шихте не должно превышать 30%. Как видно из табл. 20, пластические свойства сплава А02СЫ с увеличением содержания отходов в шихте ухуд­ шаются, причем это ухудшение особенно заметно для сплава, изготовленного полностью из отходов.

Качество дегазации металла определяют при помощи вакуум­ ной пробы. Если дегазация прошла хорошо, то поверхность за­ твердевшей в вакууме (5-10~3 мм рт. ст.) пробы остается плос­ кой, без следов выхода газовых пузырей. В этом случае сплав можно разливать. Если же поверхность застывшей пробы выпук­ лая или на ней появились многочисленные пузыри, то расплав дополнительно рафинируют, вновь делают вакуумную пробу и разливают только после получения положительного результата.

Особенно важно контролировать качество дегазации рас­ плава, когда плавка ведется в печи с новой футеровкой, или после продолжительного простоя, так как влага непросушенной

ных сплавах), то нужно учитывать возможность внесения водо­

падает в нее при образовании и последующем распаде гидрида титана. Поэтому на качество лигатуры также следует обращать серьезное внимание. Все исходные шихтовые материалы, гигроско­ пичные составляющие флюсов (хлористые соли) перед плавкой должны быть просушены или обезвожены прокаливанием.

Качество материала значительно зависит и от условий литья. Отливка, „алюминиевых антифрикционных сплавов осуществля­ ется'прогрессивными способами полунепрерывного (ПН) и непре­ рывного (Н) литья, обеспечивающими получение высококаче­ ственных заготовок. По сравнению с литьем этих сплавов в ко­ киль способ ПН-литья позволяет получить примерно в 1,5 раза более высокие значения пластических свойств, а также увеличе­ ние ударной вязкости (табл. 21).

Выбор конкретного способа литья и размеров литой заго­ товки тесно связан с последующей схемой обработки сплава. Сплавы I группы хорошо поддаются горячей обработке и

6 6

в процессе горячей прокатки плакируются алюминиевыми планше­ тами. Поэтому они отливаются способом ПН-литья в слитки тол­ щиной 135—190 мм. Ширина слитков выбирается с учетом раз­ меров раскатных рольгангов (на стане слитки прокатываются поперек направления литья) и не превышает 540 мм. Длина слитков определяется глубиной опускания поддона на машине ПН-литья и доходит до 4—5 м. Слитки из сплава ACM, который по существу единственный из сплавов I группы изготовляется в промышленных масштабах, отливают по следующим режимам.

Как показала практика производства, выбранная скорость литья слитков сплава ACM гарантирует отсутствие горячих тре­ щин. Для предотвращения попадания шлаковых включений в слиток применяют шлакоуловители, которые устанавливают на желобе или непосредственно в кристаллизаторе. Уменьшению ликвации сурьмянистой составляющей по сечению слитков спо­ собствует небольшая высота кристаллизатора и интенсивное вто­ ричное охлаждение слитка.

Неравномерность содержания сурьмы по длине слитка устра­ няется за счет того, что во время литья металл в печи часто перемешивается. Образование ликвациониых наплывов стараются уменьшить за счет тщательной зачистки и смазки кристаллиза­ тора. При соблюдении технологических параметров плавки и литья удается получать слитки сплава ACM, которые можно пла­ кировать алюминиевыми планшетами без предварительной фре­ зеровки поверхности. Под прокатку слитки разрезают на заго­ товки длиной 850 мм, весом 250 кг.

В отличие от сплавов I группы сплавы II группы, которые обрабатываются вхолодную, целесообразно иметь в виде слитков сравнительно небольшой толщины. Выбор конкретных размеров слитка связан также и со способом нанесения алюминиевого подслоя на антифрикционный сплав. Следует учитывать и обес­ печение приемлемой производительности при дальнейшей обра­ ботке литых заготовок.

6 8

В настоящее время основную массу антифрикционных алюми­ ниево-оловянных сплавов отливают на установках непрерыв­ ного литья горизонтального типа с графитовым кристаллиза­ тором.

По своему устройству эти установки аналогичны установкам горизонтального литья, на которых изготовляют токопроводящие алюминиевые шины для электропромышленности [57]. Жидкий сплав попеременно из двух плавильных печей (чтобы обеспечить постоянное поступление металла) подается по выложенным маринитом желобам в распределительное устройство. Это устрой­ ство представляет собой стальную коробку, футерованную огне­ упорным кирпичом и маринитом, которая имеет два или три вы­ пускных отверстия с регуляторами расхода металла.

Через выпускные отверстия металл при температуре около 750° С поступает в приемный ковш, соприкасающийся с опорной маринитовой плитой, в которую вставлен графитовый кристалли­ затор. Ковш также футерован маринитом и снабжен термопарой для замера температуры разливаемого металла. Количество рас­

щина отливаемой заготовки 25—40 мм, ширина 165, 203, 228 или 241 мм.

В начале литья выходное отверстие кристаллизатора закрыто стальной затравкой. При литье затравка, а затем и слиток вытя­ гиваются прорезиненными роликами диаметром 177 мм, линейная скорость которых может регулироваться от 0 до 24 м/ч. Обычно скорость литья равна 11,0—12,5 м/ч, она увеличивается с умень­ шением ширины заготовки.

Охлаждающая вода подается на кристаллизатор снизу и сверху струями под давлением до 4—5 кГ/см2. Вторично охлаж­

уровне нижнего тянущего ролика. Расход воды составляет 3000— 4000 л/мин (больше для широкой полосы). Вода стекает в бак и по циркуляционному трубопроводу вновь подается в систему охлаждения. В системе подачи воды установлены водяные и масляные фильтры, мембранный регулятор давления и мано­ метр.

После охлаждения слиток разрезается с помощью передвиж­ ной пилы на заготовки длиной 840 мм, весом 11—16 кг.

При литье алюминия и его сплавов в графитовый кристалли­ затор хорошее качество поверхности слитка получается лишь на длине первых нескольких метров. В дальнейшем качество по­ верхности ухудшается — появляются трещины, что связано с об­ разованием на графите белого налета вследствие парообразова­ ния [6]. Улучшить качество поверхности можно смазыванием

69

кристаллизатора. При литье алюминиево-оловянных сплавов при­ меняют смазку следующего состава: 4 части (по объему) графи­ тового порошка с размером частиц менее 0,05 мм и 1 часть ми­ нерального шпиндельного масла по ГОСТ 1707—51. Высокие требования предъявляются к чистоте рабочей поверхности кристал­ лизатора.

В процессе литья на установке непрерывного типа постоянно контролируются все основные параметры литья: температура ме­ талла, скорость литья, количество подаваемой на охлаждение воды. Это позволяет регулировать процесс и способствует получе­ нию качественной заготовки. Благодаря небольшой толщине слитка, а также интенсивному охлаждению заготовки, полученные на установке непрерывного литья, имеют мелкозернистую струк­ туру. Практически здесь нет ликвации олова по сечению слитка.

Алюминиево-оловянные сплавы отливают также и полунепре­ рывным способом в кристаллизаторы сечением 70X300 и 100х

Х450 мм.

При разработке технологии ПН-литья алюминиево-оловянных сплавов возникли существенные затруднения, связанные с боль­ шой склонностью этих сплавов к налипанию на стенки медных и алюминиевых кристаллизаторов и к появлению горячих трещин в слитках. Налипание не происходит при литье в медные хроми­ рованные кристаллизаторы с использованием в качестве смазки касторового масла. Основное влияние на появление горячих трещин в слитках оказывают скорость литья, условия охла­ ждения слитка, способ подачи металла в кристаллизатор и тем­ пература расплава.

При ПН-литье сплавов АО20-1 и А09-1 величина скорости литья, при которой не появляются горячие трещины, существенно зависит от сечения слитка. Для слитка сечением 40X120 мм она равна 12 м/ч, 70X300 мм — 6 м/ч, 100X450 мм — 3,5 м/ч. Сле­ дует отметить, что эти скорости определены при следующих усло­ виях. Слиток 40X120 мм отливали в кристаллизатор высотой 105 мм с равномерной подачей охлаждающей воды по периметру слитка, металл поступал одной струей в центр кристаллизатора. Слитки сечением 70X300 и 100X450 мм отливали в кристаллиза­ торы высотой соответственно 150 и 180 мм. При этом была обес­ печена предпочтительная подача воды на широкие плоскости слитка, а металл в кристаллизатор подавался двумя струями (через распределительную воронку). Температура расплава не превышала 750° С.

При литье слитков больших размеров с подачей металла в кристаллизатор по центру одной струей опасность возникнове­ ния горячих трещин возрастает. Подобное же явление наблюда­ ется при предпочтительном охлаждении слитка по торцу (при равномерной подаче охлаждающей воды по периметру слитка) и перегреве металла.

70

В промышленном производстве слитки алюминиево-оловянных сплавов отливают при следующих режимах:

Слитки отливаются длиной до 2,5—3,0 м\ под прокатку их разрезают на заготовки длиной 700—1500 мм, весом около 100 кг. Применение способа ПН-литья позволяет отливать слитки сплава, плакированные алюминиевыми планшетами. Планшеты устанав­ ливаются по широким граням кристаллизатора и постепенно, про­ тягиваясь через него, заливаются сплавом. Таким образом, исклю­ чаются операции по нанесению алюминиевого подслоя на сплав в процессе его дальнейшей обработки.

Слитки алюминиево-оловянных сплавов, полученные способом ПН-литья, практически не имеют ликвации компонентов по сече­ нию и длине слитка. Если широкие плоскости слитка не покрыва­ ются алюминиевыми планшетами, то на них могут образоваться ликвационные наплывы, которые необходимо сфрезеровать.

Прокатка алюминированной заготовки и плакирование ее на сталь

Большинство технологических процессов производства биметал­ лов с алюминиевыми антифрикционными сплавами предусматри­ вает нанесение алюминиевого подслоя на сплав при их совместной прокатке." Таким образом, обеспечивается надежная сварка алю­ миниевого подслоя со сплавом, прорабатывается литая структура сплава и достигаются свойства, благоприятные с точки зрения последующего плакирования на сталь. Эти качества обеспечива­ ются и при прокатке слитков, у которых алюминиевая плаки­ ровка была нанесена до прокатки (например, при литье или сварке взрывом).

71

с максимально возможной деформацией металла в первых прохо­ дах, когда происходит привар алюминиевого планшета к сплаву!

Технологический процесс прокатки алюминированной заго­ товки сплава ACM осуществляется следующим образом. Обезжи­ ренные авиационным бензином слитки размером 190X850X540мм заворачивают в отожженные алюминиевые (марка не ниже Аб ГОСТ 11069—64) планшеты размером 3X860X1500 мм также обезжиренные. Ширина планшета на 10 мм превышает ширину слитка, что предохраняет при прокатке от попадания смазки между планшетом и слитком. Длина планшета 1500 мм выбрана с учетом неравномерности деформации слоев и обеспечивает пол­ ное покрытие алюминием поверхности сплава.

Слитки с планшетами нагревают до 450—540° С и прокаты­ вают на стане Дуо 650 (валки — чугунные, профиль рабочей части

72