книги из ГПНТБ / Подшипники из алюминиевых сплавов

валков — выемка 0,25 мм, скорость прокатки— 1,6 м/сек) по схеме: 196—147—108—77—47—29—18—12+°>5—9+0-5—7+0-5 мм.

Первые три прохода (прокатку слитков ведут поперек направ­

с алюминиевой плакировкой деформируется как одно целое. Об­

слитка планшетом на переднем конце полосы толщина плаки­ ровки получается значительно большей и этот конец приходится отрезать.

Прокатанный до толщины 7—12 мм алюминированный сплав ACM разрезается на карты длиной 510—635 мм (ширина карты достигает 875 мм), которые прокатывают вхолодную поперек на­

смазку, состоящую из парафина (60%), вазелина (30%), сте­ арина и технического сала (по 5%).

Процесс холодной прокатки ведется таким образом, чтобы ме­ талл, прокатываемый до конечной толщины за 4—6 проходов, в основном обжимался за первые 2—3 прохода, а остальные явля­ лись бы калибровочными. Это позволяет получить более точные размеры проката с допуском на толщину не более 0,2 мм. При первом, наиболее нагруженном проходе давление металла на валки достигает 380—480 Т. В процессе холодной прокатки металл

Рис. 33. Влияние наклепа на механические свойства прокатанных и отожжен­ ных сплавов ACM (а) и АН2.5 (б )

73

Рис. 34. Микроструктура сплавов ACM (а) и АН2,5 (б) после прокатки и отжига. Травитель — реактив Келлера, X 340

Горячая и холодная прокатка с суммарным обжатием не ме­ нее 96,5% и последующий рекристаллизационный отжиг позво­ ляют полностью проработать исходную структуру сплава ACM. При этом кристаллы химического соединения ÄlSb в обработан­ ном сплаве приобретают вид сравнительно мелких включений, равномерно распределенных по всему объему (рис. 34). Толщина алюминиевого подслоя в карточках сплава ACM составляет 0,05— 0,15 мм. Граница раздела между сплавом и алюминиевой плаки­ ровкой практически отсутствует. Как при комнатной, так и при повышенной температуре обработанный сплав имеет более высо­ кие пластические свойства и ударную вязкость по сравнению с литым сплавом (рис. 35, а).

см. к рис. 27)

74

По такой же технологии могут быть получены и алюминиро­ ванные заготовки сплава АН2,5. При прокатке и отжиге исходная литая структура сплава, состоящая в основном из алюминиево­ никелевой эвтектики и включений интерметаллида AhNi, приоб­ ретает вид равноосных зерен слаболегированного твердого рас­ твора на основе алюминия с мелкими, равномерно распределен­ ными включениями Al3Ni (см. рис. 34,б). Обработанный сплав АН2,5 обладает более высокими пластическими свойствами и ударной вязкостью, чем литой (табл. 22, рис. 35,6).

* Литое состояние: сплав, отлитый в изложницу 20X120X250 мм, нагретую до 80° С. Обра­ ботанное состояние: сплав, прокатанный при 500° С с суммарным обжатием 75°/0 и отожженный при 350° С (сплав ACM) или 400° С (сплав АН2,5) в течение 2 ч.

** При статическом растяжении скорость деформации —1,Ы 0—^ 1Ісек, диаметр образца —

€мм, расчетная длина — 30 мм.

***Образцы с надрезом.

В отличие от сплавов I группы для сплавов II группы опера­ ция нанесения алюминиевой плакировки является наиболее от­ ветственной и наиболее сложной из всех технологических опера­ ций производства биметалла. Прежде всего это вызвано труд­ ностью получения качественной сварки между сплавами II группы и алюминием из-за отрицательного влияния, которое оказывают Легкоплавкие составляющие сплавов на их способность к образо­ ванию прочного сварного соединения с другими металлами. Наи­ более подробно изучено отрицательное влияние оловянной со­ ставляющей сплава АО20-1 на его сварку с алюминием.

В работе [177] были установлены следующие основные свой­ ства оловянной составляющей, проявляющиеся в процессе сварки сплава АО20-1 с алюминированной сталью при их совместной

75

сетки (литой либо нагартованный сплав) по границе_со.единения сплава с алюминием образуется непрерывная пленка оловянной составляющей;

уменьшение размеров или толщины оловянной составляющей исходной карточки сплава (за счет легирования сплава титаном или предварительного наклепа) способствует уменьшению тол­ щины пограничной пленки и получению более прочного сцепления сплава с алюминием после плакировочной прокатки. Прочность сцепления алюминиево-оловянного сплава с алюминием после отжига биметаллической полосы тем меньше, чем толще была по­ граничная пленка оловянной составляющей в неотожженном би­ металле. В процессе отжига оловянная составляющая как в сплаве, так и по границе соединения коагулирует, и матричная алюминиевая фаза сплава вступает в непосредственный контакт с алюминием;

повторная прокатка отожженной биметаллической полосы позволяет стабилизировать сцепление сплава с алюминием за счет схватывания алюминиевой матричной фазы сплава с алюми­ нием. Повторный отжиг уже не оказывает отрицательного влия­ ния на прочность сварного соединения, которая становится не менее прочности мягкого компонента биметалла, т. е. алю­ миния.

Следует отметить, что в ряде случаев (например, при предва­ рительном обеднении поверхности алюминиево-оловянного сплава оловянной составляющей [189, 173]) в процессе плакировочной прокатки можно получить сварное соединение за счет непосред­ ственной сварки алюминиевой составляющей сплава с алюми­ ниевым подслоем. Значительного падения прочности соединения при отжиге не произойдет. Однако процесс обеднения поверх­ ности алюминиево-оловянных сплавов оловом весьма сложен и его трудно контролировать. Поэтому в производстве подобные способы при изготовлении алюминированного сплава не приме­ няются.

В настоящее время с учетом поведения оловянной составляю­ щей при прокатке и отжиге алюминированной заготовки предло­ жены два технологических способа получения такой заготовки.

Самым распространенным является способ, предусматриваю­ щий плакирование заготовки алюминием при совместной прокатке с большой суммарной деформацией. Этот способ лежит в основе

которая также применяется и на наших заводах автотракторной промышленности.

Следует подчеркнуть, что для получения качественного соеди­ нения алюминия с алюминиево-оловянным сплавом при совме­ стной прокатке, помимо тщательного обезжиривания и зачистки соединяемых поверхностей, необходимо обеспечить как можно большую деформацию металла до отжига. Чем больше вытяжка металла, тем тоньше получается пограничная пленка оловянной

76

составляющей между сплавом и алюминием, тем меньше она влияет на прочность сварного соединения при отжиге.

По технологии фирмы «Glacier Metal Со Ltd» предусмотрены два варианта плакирования алюминиево-оловянных сплавов алю­ минием.

Первый вариант применим при производстве алюминирован­ ной заготовки более пластичных алюминиево-оловянных сплавов типа АО20-1. Литую заготовку 25,4Х (163—241) Х840 мм, получен­ ную способом непрерывного литья в графитовый кристаллизатор, отжигают при 355° С в течение 2 ч. При таком режиме отжига увеличивается вязкость сплава АО20-1, а следовательно, повыша­ ется его способность деформироваться без разрушения.

Отожженную заготовку тщательно фрезеруют со всех сторон до размеров 19Х (152-^229) Х840 мм, чтобы удалить оловянную составляющую сплава, «выпотевшую» в процессе отжига, а затем обезжиривают в парах трихлорэтилена. После обезжиривания за­ готовку зачищают по широким плоскостям проволочными щет­ ками и вкладывают в алюминиевые обкладки, которые также отжигают, обезжиривают в парах трихлорэтилена и зачищают (толщина обкладок 1,6 мм, ширина на 25 мм больше ширины за­ готовки сплава).

Пакеты прокатывают с толщины 22,2 мм, предусматривая об­ жатие в первом проходе 51%, во втором и третьем — по 30%, с по­ следующей калибровкой полосы на толщину 0,85—2,24 мм за несколько проходов с небольшими обжатиями. Прокатанный ме­ талл режут по длине и ширине, обезжиривают, зачищают щет­ ками и плакируют в неотожженном состоянии на сталь.

В готовом биметалле толщина алюминиево-оловянного сплава вместе с алюминиевой плакировкой составляет 0,50—1,25 мм, т. е. суммарная деформация сплава с алюминием составляет 94,5—97,5%. При такой большой суммарной деформации оловян­ ная пленка по границе между сплавом и алюминием уже не ока­ зывает отрицательного влияния при отжиге. После отжига при температуре 355°С прочность сцепления слоев в биметалле оста­ ется высокой (не менее прочности алюминиевого подслоя).

как сплав АО20-1. По этому варианту отожженной, обезжирен­

Пакеты толщиной 7,8 мм из сплава AS 11 и алюминия прока­ тывают с обжатием при первом проходе не менее чем на 51% и затем в несколько проходов до толщины 0,85—2,24 мм. Алюмини­ рованные заготовки плакируют на сталь в неотожженном состоя­

77

т. е. когда суммарная деформация при совместной прокатке алю­ миния со сплавом достигнет 84,5—94,5%. При такой суммарной деформации пограничная пленка оловянной составляющей для сплава AS 11, содержащего в три раза меньше олова, чем сплав АО20-1, становится настолько тонкой, что также не оказы­ вает отрицательного влияния на прочность сварного соединения.

Существенным недостатком обоих вариантов получения алю­ минированных заготовок алюминиево-оловянных сплавов прокат­ кой является очень небольшой вес заготовок, что не позволяет механизировать процессы производства и обеспечить высокую производительность труда. Кроме того, велики отходы при фрезе­ ровке и обрезке таких заготовок.

Попытки плакировать алюминием заготовки большего раз­ мера и веса пока не дали положительных результатов. При сов­ местной прокатке гомогенизированных слитков сплава АО20-1, имевших после фрезеровки размер 50X270X430 мм, с алюми­ ниевыми планшетами толщиной 4,2 мм удалось получить макси­ мальную суммарную деформацию без растрескивания металла 65%. После отжига при 350° С в течение 2 ч на полосах появля­ лись многочисленные отслоения плакировки в виде пузырей. Как показало исследование микроструктуры сварного соединения, в плакированных прокаткой крупногабаритных заготовках алю­ миний— сплав АО20-1 соединение сплава и алюминия предпочти­ тельно происходит через достаточно толстую пленку оловянной составляющей (рис. 36). В процессе отжига по границе сварки на отдельных участках пленка утолщается, образуются микроне­ сплошности, что и приводит к нарушению целостности сварного соединения. Таким образом, допустимая степень деформации при прокатке крупногабаритных заготовок алюминий — сплав АО20-1 недостаточна для снижения толщины пограничной пленки оловян­ ной составляющей до такой величины, при которой не сказы­ валось бы ее влияние на прочность сварного соединения при отжиге. Это делает невозможным плакирование алюминием круп­ ногабаритных заготовок даже такого пластичного сплава, как АО20-1.

С учетом этого был разработан другой технологический спо­ соб получения алюминированной заготовки алюминиево-оловянных сплавов. Он предусматривает нанесение алюминиевого планшета на сплав с помощью сварки взрывом1. В процессе сварки взры­ вом имеет место интенсивное пластическое течение поверхностных слоев соударяемых металлов, которое особенно проявляется при образовании волн в сварном шве. При сварке взрывом алюминия с алюминиево-оловянными сплавами (например, со спла­ вом АО20-1) это интенсивное течение способствует также утоне­ нию пограничной пленки оловянной составляющей. Дополнитель­ ная деформация сваренной взрывом заготовки на 50% при про­ катке в несколько проходов приводит к еще большему утонению

1 Авт. свид. СССР № 237303 от 3/ХІІ 1968 г.

78

Рис. 36. Микроструктура сварного соединения в прокатанной из пакета биме­ таллической заготовке сплав АО20-1 — алюминий (обжатие пакета 64%, тра-

витель— реактив Келлера, X 450):

а — неотожжениая полоса; б и в — полосы, отожженные при 350° С в течение 2 ч

пограничной пленки, так что при отжиге заготовки она уже не оказывает отрицательного влияния на качество сварного соеди­

нения.

На рис. 37 показана микроструктура сварного соединения между алюминием и сплавом АО20-1 в отожженной полосе тол­ щиной 10 мм, прокатанной из сваренной взрывом заготовки раз­ мером 65X270X550 мм, весом 30 кг. Эта структура свидетель­ ствует о качественном соединении слоев в полосе — произошла непосредственная сварка между алюминиевой плакировкой и алюминиевой составляющей сплава, а оловянная составляющая сплава полностью коагулировала и располагается по границе в виде отдельных дисперсных включений. При дальнейшей про­ катке на карточки монолитность соединения не нарушается, так как, несмотря на вытягивание пленки оловянной составляющей вдоль направления прокатки, всегда остаются участки непосред­ ственной связи между алюминиевой составляющей сплава и алю­ минием плакировки, что гарантирует от расслоения при отжиге.

Сваркой взрывом в основном изготавливали алюминированные заготовки сйлава АО20-1 размером (60-У-65) Х270Х (500-4-550) мм, весом около 30 кг, которые успешно прокатывались на карточки, пригодные для плакирования на сталь. Очевидно, путем сварки взрывом можно получать алюминированные заготовки и из дру­ гих алюминиево-оловянных антифрикционных сплавов, в том числе и менее пластичных, чем сплав АО20-1. Однако широкое промышленное производство таких заготовок затруднено прежде всего из-за специфики работ, связанных с применением взрывча­

тых веществ.

Весьма перспективными являются литейные способы получе­ ния заготовок алюминий — алюминиево-оловянные сплавы, при которых происходит непосредственное соединение между алюми­

80

ниевой составляющей сплава и алюминиевым подслоем и отсут­ ствует непрерывная пограничная пленка оловянной составляю­ щей. По сравнению с другими способами литейные способы менее трудоемки и менее сложны.

Первоначально было предложено изготовлять двухслойную заготовку путем последовательной заливки алюминиевого под­ слоя и алюминиево-оловянного сплава в горизонтальную излож­ ницу с водоохлаждаемым поддоном [177, 262]. Для обеспечения качественной сварки и требуемого соотношения толщин слоев заливку сплава необходимо было начинать, когда большая часть алюминия уже затвердела, но наверху еще сохранялся слой жидкого металла. Если начать заливать сплав раньше, то прои­ зойдет его перемешивание с жидким алюминием и нарушится заданное соотношение толщин слоев. Если же сплав заливать на полностью закристаллизовавшийся алюминий, то имеющаяся на нем окисная пленка будет препятствовать образованию металли­ ческого соединения между слоями в заготовке, и при последую­ щей прокатке такая заготовка обычно расслаивается.

Наряду с трудностями, связанными с обеспечением соотноше­ ния толщин слоев и их качественной сварки (особенно при за­ ливке крупногабаритных заготовок), для литья в горизонтальную изложницу характерно образование сильной пористости и загряз­ нение металла шлаковыми включениями в верхней части слитка, которая кристаллизуется последней. Загрязненный и пористый металл сфрезеровывают, вследствие чего имеют место большие потери металла в стружку.

В настоящее время все большее применение находит другой способ, заключающийся в том, что при ПН-литье алюминиево­ оловянный сплав заливают между • двумя алюминиевыми план­ шетами, которые устанавливаются по широким плоскостям слитка. В процессе литья планшеты «вмораживаются» в слиток и вытягиваются вместе с ним из кристаллизатора. Планшет очень незначительно растворяется в заливаемом сплаве, поэтому соот­ ношение толщин слоев соблюдается весьма точно.

Как правило, рекомендованные режимы ПН-литья алюминие­ во-оловянных сплавов позволяют получать и качественную сварку планшета со сплавом. Перед заливкой планшеты тщательно обезжиривают. Лучшее качество сварки достигается при предва­ рительном подогреве планшетов до 250—300° С. На поверхности планшета, соприкасающейся со сплавом, желательно иметь тон­ кий слой из цинка или другого металла, хорошо растворяющегося в жидком алюминии. Такой подслой облегчает образование свар­ ного соединения.

При заливке планшетов в процессе ПН-литья алюминиево­ оловянных сплавов можно получать крупногабаритные заготовки весом до 100 кг с двусторонней алюминиевой плакировкой. Отсут­ ствие в такой заготовке непрерывной пограничной пленки оловян­ ной составляющей облегчает последующую прокатку и отжиг. При литье слитков сечением 100X450 мм применяют алюминиевые

81

АО20-1 и А09-1, покрытых алюминиевыми планшетами, прово­

тельное обжатие слитков по толщине 100—80—65—55—40—30— 25 мм или 70—55—43—36—30—25 мм.

Заготовки из слитков толщиной 100 мм отжигают два раза:

смазке, которая аналогична применяемой при холодной прокатке сплава ACM.

С толщины 25 мм заготовки алюминированных алюминиево­ оловянных сплавов АО20-1 и А09-1 прокатываются до конечной толщины по схеме 25—15—10—6—5—4 мм.

Заготовки из слитков 100X450 мм катают поперек направле­ ния предыдущей прокатки, а заготовки из слитков 70X300 мм — не изменяя направления прокатки. При поперечной прокатке за­

82