Способ получения соединения антифрикционного сплава со сталью сваркой взрывом

Изобретение может найти применение при изготовлении многослойной конструкции подшипников скольжения, в частности, состоящих из стального основания и плакирующего слоя из антифрикционного сплава бронзы, содержащей свинец, например оловянно-свинцовой бронзы. Устанавливают пластину из антифрикционного сплава с зазором над неподвижным стальным основанием и метают пластину из антифрикционного сплава на неподвижное стальное основание посредством инициирования находящегося над ней заряда взрывчатого вещества. Пластина выполнена из бронзы, содержащей свинец. До инициирования заряда взрывчатого вещества вводят в зазор между неподвижным стальным основанием и метаемой пластиной промежуточный слой в виде медной пластины, толщину которой выбирают из условия предотвращения попадания свинца в соединение. Технический результат заключается в получении прочного соединения антифрикционных сплавов, в частности бронз, содержащих свинец, со сталью при сварке взрывом. 1 ил., 2 пр.

 

Изобретение относится к технологии сварки взрывом и может найти применение в машиностроении, при изготовлении многослойной конструкции подшипников скольжения, в частности, состоящих из прочного стального основания и плакирующего слоя из антифрикционного сплава бронзы, содержащей свинец.

Основные способы соединения компонентов металлов между собой: литейное плакирование, холодная и горячая прокатка, сварка взрывом.

Так, получение биметаллического соединения (сталь - антифрикционный сплав бронзы) БрОЦС 4-4-2,5 литейным плакированием (Политехнический словарь, Изд. «Советская энциклопедия», Москва-1980, стр. 269), приводит к образованию пористого слоя и не. обеспечивает достаточной прочности сцепления слоев, что значительно снижает эксплуатационные характеристики вкладышей подшипников скольжения.

Получение биметаллического соединения для вкладышей подшипников скольжения совместной пластической деформацией (холодной прокаткой), (А.с. SU №965673, В23К 20/04, 25.10.82) включает в себя подготовку поверхностей исходных материалов, сборку пакета, плакирование путем холодной прокатки, промежуточную и окончательную термообработку. При этом пакет собирают из слоев стали и антифрикционного сплава бронзы, содержащей свинец (конкретно, оловянно-цинко-свинцовой) с одновременным введением между ними промежуточного слоя из меди или однофазной латуни, причем толщину промежуточного слоя выбирают равной 2-5% толщины стального слоя. Холодную прокатку ведут с обжатием 50-75%, промежуточный отжиг осуществляют при температуре максимальной растворимости компонентов один в другом. Образовавшееся соединение обладает невысокой прочностью и разрушается при последующей обработке, причем это сложный и трудоемкий процесс, он требует специального оборудования для нагрева и прокатки. Недостаточная прочность сцепления слоев объясняется наличием свинца в составе оловянно-цинко-свинцовой бронзе, который при плакировании вытесняется на поверхность раздела слоев и препятствует их соединению.

Таким образом, принятые в промышленности способы изготовления антифрикционных биметаллических соединений, в частности, сталь - антифрикционный сплав бронзы, содержащей свинец, сложны, трудоемки и, не обеспечивают достаточной прочности сцепления слоев.

Наиболее экономически приемлемым и технологичным подходом для получения биметаллических (биметалл) или композиционных соединений,. в частности, антифрикционных сплавов бронз, содержащих свинец, со сталью, является сварка взрывом, которая дает поверхность соединения с высокими механическими характеристиками и предъявляет менее строгие требования к подготовительным процессам по сравнению с литейным плакированием, холодной и горячей прокаткой. Положительными особенностями сварки взрывом является простота процесса и оборудования, этот процесс хорошо воспроизводим, качество сварного соединения может быть подтверждено неразрушающими и разрушающими методами контроля. При сварке взрывом контакт между металлами достигается при значительно более высоком давлении, чем в принятых технологических процессах, при движении контактной поверхности происходит самоочищение соединяемых поверхностей, требования к чистоте поверхности не столь жесткие. Для достижения высокого импульсного давления используется взрыв конденсированного взрывчатого вещества (ВВ), при этом не требуется специального оборудования для нагрева и прокатки, что обеспечивает минимальные трудозатраты и высокую производительность. Поверхности, которые должны быть соединены, соударяются со скоростью, более 100 м/сек, причем не по нормали, а под небольшим углом (от 2° до 25°), что приводит к более прочному соединению металлов по сравнению с литейным плакированием и прокаткой, за счет интенсивных сдвиговых деформаций в пограничном слое.

Известен способ (патент РФ №2243871, B23K 20/08, 10.01.2005), который может быть использован для соединения двух или нескольких металлических деталей, для чего метаемую металлическую пластину устанавливают с зазором над неподвижной пластиной (металлическим основанием) и инициируют заряд ВВ, расположенный над метаемой пластиной, от системы инициирования. Предварительно производят обработку поверхностей свариваемых пластин до шероховатости Rz=8,0÷12,0 мкм. Сварку осуществляют давлением продуктов детонации, время действия которых превышает время остывания расплавленных на глубину более 2 мкм поверхностных слоев пластин. В частности, в описании представлен результат эксперимента, относящийся к изготовлению вкладышей для подшипников скольжения. Биметалл: Сталь 08КП (неподвижная стальная пластина (основание)) - сплав АО-20 (метаемая металлическая пластина из антифрикционного сплава, не содержащего свинец). Толщина основного материала (Ст08КП) - 6 мм, толщина антифрикционного покрытия (сплав АО-20) - 1.5 мм. Расход ВВ: 6 кг/м2.

Качество сварки соответствует ТУ 48-21-840-89.

Данный технический подход позволяет получить биметалл, имеющий высокие технические и эксплуатационные характеристики, а также позволяет снизить уровень нагрузок, необходимых для разгона метаемой пластины (нет необходимости в обеспечении высокой скорости соударения, необходимой для превышения предела текучести материала). Однако, при таком подходе невозможно обеспечить сварку металлургически несовместимых металлов и сплавов (например, антифрикционный сплав бронзы, содержащей свинец, со сталью).

Техническая проблема состоит в создании технологичных подходов к получению прочных соединений антифрикционных сплавов (в частности, бронз, содержащих свинец) со сталью, так как свинец, находящийся в бронзе в качестве легирующего элемента, со сталью не взаимодействует и не образует твердых растворов.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, заключается в получении прочного соединения антифрикционных сплавов (в частности, бронз, содержащих свинец) со сталью при сварке взрывом.

Данный технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа получения соединения антифрикционного сплава со сталью сваркой взрывом, заключающегося в том, что устанавливают пластину из антифрикционного сплава с зазором над неподвижным стальным основанием, метают пластину из антифрикционного сплава на неподвижное стальное основание посредством инициирования находящегося над ней заряда взрывчатого вещества, в предложенном способе в качестве метаемой пластины выбирают пластину выполненную из антифрикционного сплава бронзы, содержащей свинец, до инициирования заряда взрывчатого вещества вводят в зазор между неподвижным стальным основанием и метаемой пластиной промежуточный слой в виде медной пластины, толщину которой выбирают из условия предотвращения попадания свинца в соединение;

В частности, толщина медной пластины лежит в диапазоне от 200 мкм до 500 мкм.

То есть, технический результат достигается за счет введения в зазор между свариваемыми металлами в исходной сборке до инициирования заряда взрывчатого вещества и соответственно, в полученное после сварки взрывом соединение промежуточного слоя из меди определенной толщины, что позволяет устранить прямой контакт при сварке взрывом металлургически несовместимых металлов-антифрикционного сплава и стального основания, конкретно, антифрикционного сплава бронзы, содержащей свинец, со сталью.

Выбор антифрикционного сплава бронзы, содержащей свинец, для изготовления метаемой пластины обусловлен его практичностью и распространенностью при получении сварных соединений, в частности, для подшипников скольжения.

Свинец, находящийся в антифрикционном сплаве такой бронзы в качестве легирующего элемента, препятствует получению соединения со сталью сваркой взрывом. Это объясняется тем, что при плакировании на поверхность раздела слоев вытесняется свинец, находящийся в свинцовой бронзе в виде мягкой структурной составляющей, который со сталью не взаимодействует и не образует твердых растворов и сварных соединений, хотя с другими металлами, например, с медью, можно получить такое соединение.

При сварке взрывом на контактной границе увеличивается тепловыделение, что приводит к переводу некоторого количества свинца в парообразную фазу и его выносу из зоны соединения, а оставшаяся часть свинца на линии соединения перемешивается в промежуточном слое меди. В связи с этим, для получения соединения антифрикционного сплава со сталью, предложено введение в зазор (причем выбор величины зазора обусловлен необходимостью создания условий возникновения воздушной ударной волны) между стальным основанием • и метаемой пластиной из бронзы, содержащий свинец, промежуточного слоя из меди толщиной, определяемой из условия предотвращения попадания свинца в соединение, в частности, между неподвижным стальным основанием и метаемой пластиной из бронзы, содержащей свинец, предложено расположить тонкую медную пластину (толщиной от 200 мкм до 500 мкм). Толщина промежуточного слоя из меди (медной пластины) подбирается экспериментально в зависимости от толщины метаемой пластины и массы заряда ВВ, исходя из условия предотвращения попадания свинца в соединение.

Эксперимент показывает, что при толщине промежуточной медной пластины менее 200 мкм происходит нарушение ее сплошности в процессе сварки взрывом, а увеличение толщины промежуточной медной пластины более 500 мкм, приводит к уменьшению требуемой толщины антифрикционного слоя в изделии. Сварка взрывом производится за один подрыв системы инициирования.

Практическая реализация этого подхода обеспечивает возможность формирования в зоне сварного шва структуры с минимальным содержанием свинца и предотвращает попадание свинца в соединение между компонентами основных металлов, что способствует получению прочного соединения бронзы, содержащей свинец, и стали.

На фиг. приведено, схематичное изображение реализующего способ устройства сварки взрывом трехслойного композита сталь + медь + антифрикционный сплав бронзы, содержащей свинец, где: 1 - метаемая пластина из антифрикционного сплава бронзы, содержащей свинец,; 2- промежуточная пластина из меди (промежуточный слой в виде медной пластины); 3- неподвижное стальное основание, система инициирования ВВ (обозначена позицией «детонатор»).

Возможность достижения требуемого технического результата при использовании заявляемого способа подтверждается проведенными экспериментами.

Эксперимент проведен в соответствии с фиг. На фиг. изображено реализующее способ устройство для сварки взрывом стали (неподвижная стальное основание 3) с антифрикционным сплавом бронзы, содержащей свинец, (метаемая пластина 1), основанное на установке метаемой пластины 1 с зазором над неподвижным стальным основанием 3 и размещении над метаемой пластиной заряда ВВ, связанного с системой инициирования (детонатор), которое отличается от прототипа тем, что в зазоре между метаемой и неподвижной пластиной располагается промежуточная пластина 2 толщиной от 200 мкм до 500 мкм из меди.;

В последовательности действий способ сварки взрывом реализован следующим образом: устанавливают реализующую функцию плакирующего слоя пластину 1 из антифрикционного сплава бронзы, содержащей свинец, с зазором над неподвижным стальным основанием 3, метают эту пластину на неподвижное стальное основание посредством инициирования находящегося над метаемой пластиной заряда взрывчатого вещества. В качестве метаемой пластины 1 выбирают пластину, выполненную из антифрикционного сплава бронзы, содержащей свинец, до инициирования заряда взрывчатого вещества вводят в зазор между неподвижным стальным основанием 3 и метаемой пластиной 1 промежуточный слой 2 в виде медной пластины, толщину которой выбирают из условия предотвращения попадания свинца в соединение от 200 мкм до 500 мкм.

Эксперимент 1. Изготовление упорных колодок (сегментов) для упорных подшипников скольжения.

Биметалл: Ст. 20 - антифрикционный сплав бронзы, содержащей свинец БрО10С10. Толщина стального основания - (Ст. 20) - 25 мм, толщина метаемой пластины из антифрикционного сплава бронзы, содержащей свинец (БрО10С10) -4 мм (400 мкм). Отношение массы ВВ к массе метаемой пластины 0,9-1,5.

Соединение разрушилось под действием отраженных волн разгрузки в процессе сварки взрывом из - за низкой прочности свинца, частицы которого при плакировании были выдавлены на контактные поверхности стали и бронзы и препятствовали получению соединения.

Эксперимент 2. Изготовление упорных колодок (сегментов) для упорных подшипников скольжения с промежуточным медным слоем.

Композиционный материал: Ст: 20 - медь Ml- антифрикционный сплав бронзы, содержащей свинец БрО10С10. Толщина основного материала (стального основания) (Ст. 20) - 25 мм, толщина промежуточного слоя (Медь M1) - (0,2-0,5)мм, толщина метаемой пластины (БрО10С10) - 4 мм. Отношение массы ВВ к массе метаемой пластины 0,9-1,5.

Получено сварное соединение по всей поверхности. Сварка взрывом в примерах 1-2 производилась взрывчатым веществом (смесь аммиачной селитры с тротилом) со скоростью детонации (1800-2000) м/с.)

По сравнению с прототипом реализована возможность получения прочного соединения (соединение не разрушилось в процессе сварки взрывом) металлургически несовместимых металлов и сплавов.

Таким образом, основным преимуществом способа является получение прочного сварного соединения при сварке взрывом стали с антифрикционным сплавом бронзы, содержащей свинец, за счет введения до инициирования ВВ промежуточного слоя определенной толщины из меди, что позволяет полностью предотвратить попадание свинца, содержащегося в бронзе в качестве легирующего элемента, в соединение между компонентами основных свариваемых металлов.

Способ получения соединения антифрикционного сплава со сталью сваркой взрывом, включающий установку пластины из антифрикционного сплава с зазором над неподвижным стальным основанием и метание пластины из антифрикционного сплава на неподвижное стальное основание посредством инициирования находящегося над ней заряда взрывчатого вещества, отличающийся тем, что в качестве метаемой пластины используют пластину, выполненную из бронзы, содержащей свинец, при этом до инициирования заряда взрывчатого вещества вводят в зазор между неподвижным стальным основанием и метаемой пластиной промежуточный слой в виде медной пластины, толщину которой выбирают из условия предотвращения попадания свинца в соединение.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к двигателестроению, и может применяться в процессе получения регулярного макрорельефа вкладыша подшипника скольжения.

Изобретение относится к опорному элементу для размещения стабилизатора на автомобиле и к способу расположения опорного элемента на штанге стабилизатора. Опорный элемент содержит первое эластомерное тело и второе эластомерное тело, которые выполнены в виде получаши и расположены друг на друге, образуя посадочный проход для размещения штанги стабилизатора.

Изобретение относится к машиностроению, судостроению и судоремонту и может быть применено для изготовления и восстановления подшипников скольжения. Способ получения антифрикционного покрытия на стальных тонкостенных вкладышах опор скольжения с помощью высокоскоростного газопламенного напыления заключается в том, что напыление проводят в защитной атмосфере предварительно механически активированным порошком cBN-Co-Mo, при следующем соотношении компонентов, мас.%: cBN 70-80; Со 10-15; Мо 10-15, с толщиной покрытия 0,8-1,2 мм, с последующим ультразвуковым воздействием на расплавленный порошок в зоне напыления с частотой ультразвуковых колебаний 35-40 кГц и механической обработкой.

Изобретение может быть использовано для присоединения поршня к коленчатому валу в двигателе. Шатун (100) с покрытием содержит первую головку (102) с первым проемом (108), вторую головку (104) со вторым проемом (110) и корпус (106).

Изобретение относится к машиностроению, например к гидротурбиностроению, судостроению, в частности к узлам трения гидромашин, гребных валов, работающих при высоких нагрузках: больших удельных давлениях, скоростях скольжения без смазки и в водной среде.

Изобретение относится к упорным вкладышам и зажимам для погружных роликовых узлов, используемых в непрерывном процессе нанесения покрытия путем погружения в горячий расплав.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к деталям машин, и может быть использовано в опорных узлах валов механизмов и машин. Подшипник скольжения содержит укрепленный на цапфе (1) вала антифрикционный вкладыш в виде винтовой спирали из нити (4), витки которой плотно прилегают друг к другу по всей длине цапфы (1) и зафиксированной своими концами на торцах цапфы (1).

Изобретение относится к машиностроению, в частности к деталям машин, и может быть использовано в опорных узлах валов механизмов и машин. Подшипник скольжения содержит укрепленный на цапфе (1) вала антифрикционный вкладыш в виде винтовой спирали из нити (4), витки которой плотно прилегают друг к другу по всей длине цапфы (1) и зафиксированной своими концами на торцах цапфы (1).

Изобретение относится к машиностроению, в частности к деталям машин, и может быть использовано в опорных узлах валов и осей механизмов и машин. Подшипник скольжения содержит укрепленный на цапфе (1) длиной (L) вала (2) установленный в опорном корпусе (3) антифрикционный вкладыш в виде винтовой спирали из нити круглого сечения, плотно уложенной на поверхности цапфы и зафиксированной на ней своими концами.

Изобретение относится к узлам трения гидромашин, гребных валов и прочим, работающим при высоких нагрузках. Предложен способ изготовления вкладыша подшипника скольжения, выполненного из армированного волокном эпоксидного пластика с заформованной в него системой цилиндрических элементов из политетрафторэтилена, закрепленной с помощью надрезов и изгиба в пластике, причем эти элементы равномерно охватывают всю поверхность трения вкладыша.

Изобретение относится к технологии получения износостойких покрытий на титановой пластине с помощью энергии взрывчатых веществ и лазерного излучения и может быть использовано, в частности, при изготовлении материалов для пар трения, тормозных устройств.

Изобретение относится к технологии получения износостойких покрытий на титане с помощью энергии взрывчатых веществ и лазерного излучения и может быть использовано, в частности, при изготовлении материалов для пар трения, тормозных устройств.

Изобретение может быть использовано для получения износостойких материалов с помощью энергии взрывчатых веществ (ВВ), в частности при изготовлении пар трения для эксплуатации в условиях неагрессивных сред.

Изобретение может быть использовано при получении износостойких материалов с помощью энергии взрывчатых веществ (ВВ), в частности, при изготовлении пар трения для эксплуатации в условиях неагрессивных сред.

Изобретение может быть использовано при получении износостойких материалов с помощью энергии взрывчатых веществ (ВВ), в частности, при изготовлении пар трения в виде тормозных устройств, предназначенных для эксплуатации в условиях неагрессивных сред.

Изобретение может быть использовано при изготовлении, в частности, пар трения, тормозных устройств с использованием технологии получения износостойких покрытий на металлах с помощью энергии взрывчатых веществ (ВВ).

Изобретение может быть использовано при изготовлении сваркой взрывом биметаллических заготовок и переходных элементов, преимущественно из трудносвариваемых толстолистовых разнородных металлов.

Изобретение может быть использовано для изготовления взрывным прессованием композиционных многослойных деталей. На поверхности металлической подложки размещают титановый порошок.

Изобретение может быть использовано при изготовлении взрывом биметаллических композиций из малопластичных материалов. Для исключения появления на границе соединения сдвиговых трещин сначала приваривают взрывом к плакирующему листу технологическую прокладку из меди, толщиной 0,3-0,5 мм.

Изобретение может быть использовано для получения жаростойких покрытий при изготовлении деталей энергетических и химических установок. Составляют пакет с симметричным размещением между двумя алюминиевыми пластинами толщиной 1,5-2 мм пластины из низкоуглеродистой стали толщиной не менее 3 мм.

Изобретение может найти применение при изготовлении многослойной конструкции подшипников скольжения, в частности, состоящих из стального основания и плакирующего слоя из антифрикционного сплава бронзы, содержащей свинец, например оловянно-свинцовой бронзы. Устанавливают пластину из антифрикционного сплава с зазором над неподвижным стальным основанием и метают пластину из антифрикционного сплава на неподвижное стальное основание посредством инициирования находящегося над ней заряда взрывчатого вещества. Пластина выполнена из бронзы, содержащей свинец. До инициирования заряда взрывчатого вещества вводят в зазор между неподвижным стальным основанием и метаемой пластиной промежуточный слой в виде медной пластины, толщину которой выбирают из условия предотвращения попадания свинца в соединение. Технический результат заключается в получении прочного соединения антифрикционных сплавов, в частности бронз, содержащих свинец, со сталью при сварке взрывом. 1 ил., 2 пр.

Наверх