RU2244612C2 - Method of making bimetal for inserts of sliding bearing assemblies - Google Patents

Abstract

FIELD: manufacture of bimetallic sheets and strips of steel clad with phosphorus stannate bronze.

SUBSTANCE: method comprises steps of assembling pack of layers of steel and bronze copper-plated at both sides; cladding pack by cold rolling at reduction degree 50 -70 %; heat treatment of rolled pack; determining thickness of copper layers of copper - plated bronze according to condition providing thickness of copper sub-layer in ready bimetal no more than 60 - 80 micrometers; making bimetal according to technological modes of equipment used for cold rolling of bimetal such as steel - alloy AO 20-1; heat treatment at temperature range 610 - 630 C in gas-shield atmosphere.

EFFECT: enhanced quality of bimetal, enlarged manufacturing possibilities of rolling equipment.

4 cl, 2 ex

Description

Изобретение относится к прокатному производству, а именно к получению биметаллических листов и полос из стали, плакированной оловяннофосфористой бронзой, предназначенных для изготовления вкладышей подшипников скольжения.The invention relates to rolling production, and in particular to the production of bimetallic sheets and strips of steel plated with tin phosphor bronze, intended for the manufacture of bearing shells.

Известен способ непрерывного получения биметаллической ленты с основой из стали (А.с. SU №1191229, В 23 К 20/04), включающий операции размотки рулонов основы и стыковки ее передних и задних концов, формовку основы, ее нагрев в восстановительной атмосфере, заливку жидкой свинцовистой бронзы и ее кристаллизацию в среде защитных газов, обрезку кромок биметалла, смотку в рулоны, перед формовкой основы подвергают калибровке до установленного размера по толщине, а после кристаллизации расплава производят предварительную механическую обработку бронзового слоя и его дрессировку в окончательный размер с обжатием до 5%.A known method for the continuous production of a bimetallic tape with a steel base (A.S. SU No. 1191229, 23 K 20/04), including the operation of unwinding the rolls of the base and docking its front and rear ends, forming the base, heating it in a reducing atmosphere, pouring liquid lead bronze and its crystallization in shielding gases, trimming the edges of the bimetal, winding into rolls, before forming the base is calibrated to a specified size in thickness, and after crystallization of the melt, bronze is pretreated th layer and temper rolling in the final size reduction which up to 5%.

Однако данным способом получение биметалла сталь+свинцовистая бронза приводит к образованию пористого слоя и не обеспечивает достаточной прочности сцепления слоев, что значительно снижает эксплуатационные характеристики вкладышей подшипников скольжения.However, this method of obtaining bimetal steel + lead bronze leads to the formation of a porous layer and does not provide sufficient adhesion layers, which significantly reduces the operational characteristics of the bearings of the bearings.

За ближайший аналог принят способ изготовления биметалла для вкладышей подшипников скольжения (А.с. SU №965673, В 23 К 20/04), включающий подготовку поверхностей исходных материалов, сборку пакета, плакирование путем холодной прокатки, промежуточную и окончательную термообработку, пакет собирают из слоев стали и бронзы с одновременным введением между ними промежуточного слоя из меди или однофазной латуни, холодную прокатку ведут с обжатием 50-75%, промежуточный отжиг осуществляют при температуре максимальной растворимости компонентов один в другом, толщину промежуточного слоя выбирают равной 2-5% толщины стального слоя.For the closest analogue, a method of manufacturing bimetal for plain bearing shells was adopted (A.S. SU No. 965673, 23K 20/04), including preparing the surfaces of the starting materials, assembling the package, cladding by cold rolling, intermediate and final heat treatment, the package is assembled from layers of steel and bronze with the simultaneous introduction of an intermediate layer of copper or single-phase brass between them, cold rolling is carried out with a compression of 50-75%, intermediate annealing is carried out at a temperature of maximum solubility of the components one in the other hom, the thickness of the intermediate layer is chosen equal to 2-5% of the thickness of the steel layer.

Недостатком данного способа является то, что при совместной пластической деформации составляющих биметалла образовавшееся соединение обладает низкой прочностью и легко разрушается при последующей обработке. Недостаточная прочность сцепления слоев объясняется наличием свинца в составе оловянноцинкосвинцовой бронзы, который при плакировании вытесняется на поверхность раздела слоев и препятствует их соединению.The disadvantage of this method is that with the joint plastic deformation of the components of the bimetal, the resulting compound has low strength and is easily destroyed during subsequent processing. The insufficient adhesion of the layers is explained by the presence of lead in the tin-zinc-lead bronze, which, when cladding, is displaced to the interface of the layers and prevents their connection.

Технический результат - улучшение качества биметалла, повышение производительности труда и расширение технологических возможностей прокатного оборудования.The technical result - improving the quality of bimetal, increasing labor productivity and expanding the technological capabilities of rolling equipment.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления биметалла для вкладышей подшипников скольжения, включающем подготовку поверхностей исходных материалов, сборку пакета, плакирование путем холодной прокатки с обжатием 50-75%, термообработку, пакет собирают из слоев стали и омедненной с двух сторон бронзы, толщину слоев меди в омедненной бронзе определяют из условия обеспечения в готовом биметалле медного подслоя толщиной не более 60-80 мкм, биметалл для вкладышей подшипников скольжения изготавливают по технологической схеме и на оборудовании для холодной прокатки биметалла сталь-сплав АО 20-1, термообработку осуществляют при температуре 610-630°С в среде защитного газа.The technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing bimetal for plain bearings, including preparing the surfaces of the starting materials, assembling the package, cladding by cold rolling with a compression of 50-75%, heat treatment, the package is collected from layers of steel and copper-plated bronze on both sides, the thickness layers of copper in copper-plated bronze is determined from the condition of providing in the finished bimetal a copper sublayer with a thickness of not more than 60-80 microns, bimetal for plain bearing shells is made according to the technological scheme e and on equipment for the cold rolling of bimetal steel-alloy AO 20-1, heat treatment is carried out at a temperature of 610-630 ° C in a protective gas environment.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Для получения биметалла берут стальную основу и плакирующую омедненную бронзу. Предварительно основа и плакирующая бронза были обезжирены и зачищены вращающимися металлическими щетками с одной из сторон, а затем зачищенными поверхностями уложены в пакет для плакирования путем холодной прокатки с обжатием 50-75%. После прокатки полученные биметаллические полосы подвергают термической обработке в туннельной конвейерной печи в среде защитного газа. Затем проводят окончательную холодную прокатку биметаллических полос до необходимой толщины. Далее проводят испытание качества сцепления слоев путем выполнения параллельных поперечных надрезов в слоях с последующим растяжением образца, а по отношению максимальной нагрузки к величине площади сдвига определяют прочность сцепления слоев на срез.To obtain bimetal, they take a steel base and clad copper-plated bronze. Previously, the base and clad bronze were degreased and cleaned with rotating metal brushes on one side, and then the cleaned surfaces were placed in a clad bag by cold rolling with a compression of 50-75%. After rolling, the obtained bimetallic strips are subjected to heat treatment in a tunnel conveyor furnace in a shielding gas environment. Then carry out the final cold rolling of the bimetallic strips to the required thickness. Next, test the quality of adhesion of the layers by performing parallel transverse cuts in the layers with subsequent stretching of the sample, and the strength of the adhesion of the layers to shear is determined by the ratio of the maximum load to the shear area.

Омедненную с двух сторон бронзу, используемую для плакирования, получают по описанному способу. Зачистку бронзы производят в этом случае с двух сторон, а меди с одной стороны.Copper-coated on both sides of the bronze used for cladding is obtained by the described method. In this case, bronze is stripped from two sides, and copper from one side.

Пример 1. Биметалл для вкладышей подшипников скольжения сталь+бронза Бр. ОФ 6,5-0,15 получали способом холодного плакирования.Example 1. Bimetal for liners of plain bearings steel + bronze Br. RP 6.5-0.15 was obtained by cold cladding.

Для получения биметалла использовали холоднокатаную калиброванную сталь марки 0,8 кп толщиной 6,2 мм, холоднокатаную отожженную омедненную с двух сторон бронзу Бр. ОФ 6,5-0,15 толщиной 2,4 мм.To obtain bimetal, we used cold-rolled calibrated steel of 0.8 kp grade 6.2 mm thick, cold-rolled annealed Br bronze copper-plated on both sides. PF 6.5-0.15 2.4 mm thick.

Исходные материалы подвергали обезжириванию в специальной установке, где холодные полосы проходят через трихлорэтиленовый пар, нагретый до 70°С, который, конденсируясь, стекает вниз, растворяя жировые покрытия на поверхности полос. Обезжиривание в парах трихлорэтилена протекает в течение 4-5 минут. После обезжиривания по истечении не более 1,5-2 часов исходные материалы тщательно зачищали. Зачистка контактной поверхности бронзы осуществлялась двумя вращающимися стальными проволочными щетками, изготовленными из стальной проволоки диаметром 0,3 мм до металлического блеска. Скорость вращения щеток 1000 об/мин. Скорость движения бронзовой полосы 0,12 м/с. Давление щеток на обрабатываемую поверхность при очистке регулируется в пределах 0,5-0,8 МН/м². Зачистка стальной основы осуществлялась шлифовальной бесконечной лентой 3050×215 ТУ-УЗ.02-0022225-015-95 с зерном 50. Скорость движения стальной полосы 0,16 м/с. Омедненную бронзу и сталь зачищали с одной стороны в один пропуск.The starting materials were degreased in a special installation, where cold strips passed through trichlorethylene steam heated to 70 ° C, which condensed drained down, dissolving the grease coatings on the surface of the strips. Degreasing in vapors of trichlorethylene proceeds within 4-5 minutes. After degreasing after not more than 1.5-2 hours, the starting materials were carefully cleaned. The contact surface of the bronze was cleaned by two rotating steel wire brushes made of steel wire with a diameter of 0.3 mm to a metallic sheen. The brush rotation speed is 1000 rpm. The speed of the bronze strip is 0.12 m / s. The brush pressure on the treated surface during cleaning is regulated in the range of 0.5-0.8 MN / m ² . The steel base was cleaned by an endless grinding belt 3050 × 215 TU-UZ.02-0022225-015-95 with grain 50. The speed of the steel strip was 0.16 m / s. Copper-coated bronze and steel were cleaned on one side in one pass.

Холодное плакирование осуществляли на двухвалковом стане 05 с диаметром валков 450 мм и длиной бочки 400 мм с обжатием 60-65%. Холоднокатаные полосы биметалла толщиной 3,1-3,2 мм подвергали отжигу в туннельной конвейерной печи в среде защитного газа. Защитный газ - пропанбутановая смесь - подается в рабочее пространство печи из экзотермической газовой установки. Термообработка включала нагрев до температуры 610-630°С и выдержку в течение 4 часов и последующее охлаждение в той же печи в защитной атмосфере до температуры 60°С. Общее время термообработки составило 24 часа.Cold cladding was carried out on a twin-roll mill 05 with a roll diameter of 450 mm and a barrel length of 400 mm with a compression of 60-65%. The cold-rolled strips of bimetal with a thickness of 3.1-3.2 mm were annealed in a tunnel conveyor furnace in a protective gas medium. Shielding gas - propane-butane mixture - is fed into the working space of the furnace from an exothermic gas installation. The heat treatment included heating to a temperature of 610-630 ° C and holding for 4 hours and subsequent cooling in the same furnace in a protective atmosphere to a temperature of 60 ° C. The total heat treatment time was 24 hours.

Окончательную холодную прокатку полос до толщины 3,0 мм выполняли за один проход на двухвалковом стане 05. Использование калиброванной стальной основы для изготовления биметалла позволяет производить окончательную холодную прокатку с обжатием 3-7% и получать биметалл с минимальной разнотолщинностью. Соединение слоев в биметалле прочное.The final cold rolling of strips to a thickness of 3.0 mm was performed in one pass on a twin-roll mill 05. Using a calibrated steel base for the manufacture of bimetal allows final cold rolling with a compression of 3-7% and to obtain bimetal with a minimum thickness difference. The connection of the layers in bimetal is durable.

Механические свойства готового биметалла: предел прочности σ_в=360 МПа; относительное удлинение δ=28-30%; твердость HRB - 70 для стального слоя; HRB - 85 для антифрикционного слоя.Mechanical properties of the finished bimetal: tensile strength σ _in = 360 MPa; elongation δ = 28-30%; hardness HRB - 70 for the steel layer; HRB - 85 for the anti-friction layer.

Пример 2. Омедненную бронзу медь+бронза+медь для плакировки получали способом холодного плакирования. В качестве исходных материалов использовали холоднокатаную отожженную медь марки М 1 ГОСТ 495 - 77 толщиной 1 мм и холоднокатаную отожженную бронзу марки Бр. ОФ 6,5 - 0,15 толщиной 6,0 мм.Example 2. Copper-coated bronze copper + bronze + copper for plating was obtained by the method of cold cladding. As starting materials, cold rolled annealed copper of grade M 1 GOST 495 - 77 1 mm thick and cold rolled annealed bronze of grade Br were used. OF 6.5 - 0.15 6.0 mm thick.

Исходные материалы подвергали обезжириванию, тщательной зачистке металлическими щетками: основной слой бронзы с двух сторон, а слои меди с одной стороны. Обезжиривание и зачистку проводили по примеру 1.The starting materials were degreased, thoroughly brushed with metal brushes: the main layer of bronze on both sides, and copper layers on one side. Degreasing and cleaning was carried out according to example 1.

Холодное омеднение бронзы осуществляли на двухвалковом стане 05 с обжатием 65-70%. Холоднокатаные полосы толщиной 2,6-2,8 мм подвергали по режиму соответствующему примеру 1. Окончательную холодную прокатку омедненных бронзовых полос до толщины 2,4 мм выполняли за один проход с обжатием 7-15% на двухвалковом стане 05.Cold bronzing was carried out on a twin-roll mill 05 with compression of 65-70%. The cold-rolled strips with a thickness of 2.6-2.8 mm were subjected to the mode corresponding to Example 1. The final cold rolling of copper-plated bronze strips to a thickness of 2.4 mm was performed in one pass with a compression of 7-15% on a twin-roll mill 05.

Таким образом, разработанный способ получения биметалла для вкладышей подшипников скольжения можно осуществить по технологической схеме и на действующем оборудовании по производству антифрикционного биметалла сталь - сплав АО 20-1 с незначительным усовершенствованием оборудования.Thus, the developed method for producing bimetal for bearings of loose bearings can be carried out according to the technological scheme and on the existing equipment for the production of antifriction bimetal steel - alloy AO 20-1 with a slight improvement in equipment.

Проведение плакирования стали с использованием двухсторонней омедненной бронзы исключает изгиб биметаллических полос и обеспечивает равномерное соединение слоев при удовлетворительной прочности сцепления. Применение же при плакировании односторонней омедненной бронзы приводит при прокатке к изгибу биметаллических полос. Кривизна биметаллических полос вызывает не только необходимость правки полос на роликовых правильных машинах, но и снижает прочность сцепления слоев.Carrying steel cladding using double-sided copper-plated bronze eliminates the bending of bimetallic strips and provides uniform connection of layers with satisfactory adhesion strength. The use of cladding one-sided copper-plated bronze during bending leads to bending of bimetallic strips. The curvature of the bimetallic strips causes not only the need to straighten the strips on roller straightening machines, but also reduces the adhesion of the layers.

Проведение термообработки биметалла при температуре 610-630°С и в среде защитного газа связано не только с предупреждением окисления и снятием механических напряжений, но и с увеличением прочности сцепления слоев биметалла в 1,5-2 раза. Кроме того, исключение окончательной термообработки повышает производительность и снижает себестоимость продукции.The heat treatment of bimetal at a temperature of 610-630 ° C and in a shielding gas environment is associated not only with the prevention of oxidation and the removal of mechanical stresses, but also with an increase in the adhesion strength of the bimetal layers by 1.5-2 times. In addition, the exclusion of final heat treatment increases productivity and reduces production costs.

Предлагаемый способ холодной прокатки позволяет значительно расширить сортамент антифрикционного биметалла для вкладышей подшипников скольжения высокого качества, повысить загрузку существующего прокатного оборудования при массовом производстве биметалла. Изготовленные из данного сталебронзового биметалла детали узлов трения тяжелонагруженных дизельных двигателей успешно прошли испытания и показали высокие эксплуатационные свойства.The proposed method of cold rolling allows you to significantly expand the range of antifriction bimetal for liners of high quality sliding bearings, increase the load of existing rolling equipment in the mass production of bimetal. The parts of friction units of heavily loaded diesel engines made from this steel-bronze bimetal have successfully passed the tests and have shown high operational properties.

Claims (4)

1. Способ изготовления биметалла для вкладышей подшипников скольжения, включающий подготовку поверхностей исходных материалов, сборку пакета, плакирование путем холодной прокатки с обжатием 50-75%, термообработку, отличающийся тем, что пакет собирают из слоев стали и омедненной с двух сторон бронзы.1. A method of manufacturing bimetal for plain bearing shells, including preparing the surfaces of the starting materials, assembling the package, cladding by cold rolling with a compression of 50-75%, heat treatment, characterized in that the package is assembled from layers of steel and copper-plated on both sides of the bronze. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что толщину слоев меди в омедненной бронзе определяют из условия обеспечения в готовом биметалле медного подслоя толщиной не более 60-80 мкм.2. The method according to claim 1, characterized in that the thickness of the layers of copper in copper-plated bronze is determined from the condition of providing in the finished bimetal a copper sublayer with a thickness of not more than 60-80 microns. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что биметалл для вкладышей подшипников скольжения изготавливают по технологической схеме и на оборудовании для холодной прокатки биметалла сталь-сплав АО 20-1.3. The method according to claim 1, characterized in that the bimetal for the bearings of the bearings is made according to the technological scheme and on equipment for cold rolling of bimetal steel-alloy AO 20-1. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что термообработку осуществляют при температуре 610-630°С в среде защитного газа.4. The method according to claim 1, characterized in that the heat treatment is carried out at a temperature of 610-630 ° C in a protective gas environment.