Трехслойный композиционный вкладыш подшипника скольжения и способ его изготовления

Трехслойный композиционный вкладыш подшипника скольжения и способ его изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к трехслойным вкладышам для использования в тяжелонагруженных подшипниках коленчатого вала тракторных и транспортных двигателей внутреннего сгорания. Цель изобретения - увеличение износостойкости, усталостной прочности, повышение долговечности, снижение затрат при изготовлении и упрощение технологии путем исключения токсичных процессов. Поверхностный слой выполнен из деформируемого сплава на алюминиевой основе. Сплав содержит один или несколько элементов из группы SN, PB, SB, ZN, SI. Толщина поверхностного слоя равна 10 - 50% от толщины несущего слоя. При изготовлении производят последовательное плакирование слоев на стальное основание. Композиционное сочетание прочного алюминиевого сплава с толстым слоем износостойкого антифрикционного алюминиевого сплава обеспечивает приработку, противозадирные свойства и минимальный износ сопряжения вал-подшипник. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 таб

СОО3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСтИЧКИИХ

И-СПУЬЛИН, SU 3536О955

I (51)5 I" 16 С 33/12, 33/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ ГЕЧИЯ

К АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬ 1=ВЪ

ГОСУДАРСТЭЕННЫЙ НОМИТЕТ

ЯО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ fHHT СССР (21) 4056662/30-27 (22) 15.04.86 (46) 15.01.90. Бил. Р 2 (71) Научно-производственное объединение по тракторостроению (72) А.П.Бегиджанова, !О.Я.Зильберг, В.А.Ротенберг, А.С.Гуляев, И.А.Коваль,.С.Я.Рубинштейн, H.E.Ãâîçäåâ, И.Б.Кокуш, B.À.Ãðèäàñoâ и В.С,Анисимов (53) 621.822.5(088.8) (56) Заявка Великобритании Р 1583638, кл. Г 16 С 33/06, 1981. (54) ТРЕХСЛОЙНЬВ1 КИ1ПОЗИЦИОННЫЙ ВКЛА/1bIIII ПОДИИПНИКА СКОЛЬЖЕНИЯ И СПОСОБ

ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к машиностроению, в частности к трехслойным вкладышам для использования в тяжелонагруженных подшипниках коленчатого вала тракторных и транспортных двиИзобретение относится к подшипникам скольжения, в частности к трехслойным вкладышам., изготовленным из сталеалюминиевай полосы, предназначенным для использования в тяжелонагруженных подшипниках коленчатого вала тракторных и транспортных двигателей внутреннего сгорания, в частности дизепей.

Целью изобретения является увеличение износостойкости, усталостной прочности, повышение долговечности, снижение затрат при изготовлении и упрощение технологии.

2 гателей внутреннего сгорания. Цель изобретения — увеличение износостойкости. усталостной прочности, повышение долговечности, снижение затрат при изготовлении и упрощение технологии путем исключения токсичных процессов. Поверхностный слой выполнен из деформируемого сплава на алюминиевой основе. Сплав содержит один или несколько элементов из группы

Sn, РЬ. Sb, Zn, Si. Толщина поверхностнога слоя равна 10 — 50 Х от толщины несущего слоя. При изготовлении производят последовательное плакиравание слоев на стальное основание.

Композиционное сочетание прочного алюминиевого сплава с толстым слоем изнасастойкого антифрикционного алюминиевого сплава обеспечивает приработку, противозадирные свойства и минимальный износ сопряжения вал— подшипник. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл.

На фиг. 1 изображен трехслойный вкладыш„ общий вид; на фиг. 2 — сечение триметаллической полосы для изготовления (штамповка и окончательная механическая. обработка) трехслойных вкладьппей.

Трехслойный вкладыш содержит стальное основание-поцлойку 1. Тонкий технологический подслой 2 толщиной

0,01 мм из чистого алюминия, обеспечивающий при плакировании прочное соединение са стальным основанием несущего слоя 3 из алюминиевого спла.ва с повышенными прочностными харак1536095

Толщина поверхностного слоя 4 (фиг. 1) в описываемом трехслойном вкладыше составляет 10-50Х от толщины несущего слоя 3. Так как принятая максимальная величина несущего слоя в конструкции трехслойного вкладыша (применительно к мощным дизелям) составляет 0 5 мм,. то соответственно минимальная толщина поверхностного слоя будет составлять 50 мкм. Дальнейшее уменьшение толщины не рационально, так как не обеспечит установленный для тракторных дизелей моторе, сурс в 8000 ч. Применение поверхностt ного слоя более 50Х, т.е. более

250 .мкм, также не представляется рациональным, так как при этом значительно снижается несущая способность большинства алюминиевых антифрикционных сплавов (см. табл. 3), а для пол55 ного моторесурса работы подшипников в течение 1? тыс. ч достаточна толщина слоя поверхностного алюминиевого сплава, равная 72 мкм.

45 теристиками и поверхностного приработочного и износостойкого слоя 4 из алюминиевого сплава с повышенными антифрикционными характеристиками.

Поверхностный слой в триметаллической полосе имеет припуск 5 на окончательную механическую обработку.

В качестве стального основания трехслойного вкладыша применяется малоуглеродистая сталь, например

08КП.

В качестве несущего слоя 3 трехслойного вкладыша может быть использован один из сплавов на алюминиевой основе с повышенными прочностными характеристиками: А06-1, АМСТ, ANK.

Химический состав, механическая прочность и допустимые максимальные нагрузки несущих сплавов трехслойного 20 вкладыша приведены в табл. 1.

В качестве поверхностного приработочного и износостойкого слоя 4 .трехслойного вкладыша может быть использован сплав на алюминиевой осно- 25 ве с повышенными антифрикционными характеристиками АЦК, А020-1, АСМ, химический состав и механические свойства которых приведены в табл.2.

В табл.3 . приведены данные по несущей способности алюминиевых анти.фрикционных сплавов, рекомендуемых в качестве поверхностных (приработочных), в зависимости от толщины слоя..

В трехслойном вкладыше, у которого ,поверхностный слой наносится плакиро-. ванием при прокатке, предназначенном для работы в шатунном подшипнике дизельного двигателя с максимальными удельными давлениями порядка 320 кгс/см и моторесурсом 10-12 тыс. ч, рекомендуется применение для несущего слоя

3 сплавов А06-1 толщиною 0,35-0,45 мм (см. табл. 1), а в качестве поверхностного слоя,4 может быть применен сплав АцК-3 или АСИ (см. табл. 3) толщиною 75-150 мкм (соотношение толщин слоев от 17 до 437,).

При максимальных удельных давлениях порядка 500 кгс/см в качестве несущего слоя рекомендуется применение сплава АМСТ толщиною 0,35-0,45 мм а в качестве поверхностного слоя рекомендуется применение сплава

А020-1 толщиною 75-150 мкм (соотношение толщин слоев от 17 до 43Х).

Трехслойная заготовка (для изготовления вкладышей) по первому способу получается последовательным плакированием слоев: поверхностный слой (4,5 фиг. ?) из алюминиевого сплава с повышенными антифрикционными свойствами наносится на несущий слой, ранее плакированный на стальное основание 1, т.е. на биметаллическую полосу. При этом для упрощения технологии плакирования поверхностного слоя прокатка трехслойного пакета проводится с предварительным нагревом на 350 С и с минимальными обжатиями

10Х (см. табл. 4).

Для получения трехслойной заготовки по второму способу вначале прокатывается биметаллический пакет, состоящий из псверхностного (4,5 фиг. 2) и несущего слоев 3 с обжатиями порядка ЗОБ (без нагрева) с последующим плакированием его на стальную полосу 1.

Вкладыши, предназначенные для работы в шатунных подшипниках диаметром 91 мм и шириною 34 мм с максимальными удельными давлениями

320 кгс/см и моторесурсом 12 тыч.ч

2 должны иметь толщину несущего слоя из сплава А06-1 0,35-0,45 мм, толщину поверхностного слоя из сплава

АЦК-3 0,075-0,150 мм и общую толщину

1стенки (вместе со стальной подложкой)

2,8 мм.

Для изготовления вкладышей в условиях массового производства с тре1536095 буемымй параметрами (с учетом припусков на штамповку и последующую механическую обработку) необходима трехслойная заготовка размером 3,1 х 155х х 2100 мм.

Для получения трехслойной заготовки по первому способу (при последовательном плакировании поверхностного и несущего слоев на стальное основание) отливаются пластины из алюминиевых сплавов А06-1 и АДК-3 размером 25 х 175 х 840 мм и после отжига и фрезеровки контактных поверхностей tlpoKBTbIBBloTcH и нарезаются на полосы размером: из сплава А06-1—

1,1 х 175 х 1500 мм, из сплава АЦК-3

0,5 х 175 х 2200 мм. Кроме того, пластину из А06-1 перед прокаткой покрывают слоем чистого алюминия толщиной 1 мм, чтобы получить технологический подслой около 0,01 мм, повышающий прочность сцепления. Другим исходным материалом является полоса малоуглеродистой стали 08КП размером 4,4 х 180 х 1500 мм. Для получения.при плакировании прочного соединения алюминиевого сплава А06 1 со сталью контактные поверхности полосы тщательно зачищают, а стальная полоса, кроме того, предварительно проходит отжиг и травление.

Подготовленные таким образом полосы из сплава А06-1 и стали плакируются и без нагрева прокатываются за один проход на стане с суммарным обжатием 43Х, обеспечивающим качественное сцепление алюминиевого сплава со сталью. Затем подготавливается пакет: на биметалл сталь — сплав

А06-1 накладывается зачищенная полоса из сплава АЦК-3, Подготовленный таким образом пакет нагревается в электропечи до 350 С и затем прокатыо вается на стане за один проход с обжатием tOX на толщину 3,1 мм.

Для получения трехслойной полосы по второму способу вначале прокатывается пакет, состоящий из несущего и поверхностного слоев с поСледующим плакированием на стальное основание.

Для этого отливаются пластины из сплавов А06-1 и АЦК-3 размером 25 х х 175 х- 840 мм, отжигаются, фрезеруются со стороны контактных поверхностей, прокатываются на карточки размером: из сплава А06-1 — 8,5 х 175 х х 850 мм, из сплава АЦК-3 10,5 х t75x х 850 мм.

55 жащий стальную основу, связанный с нею несущий слой из алюминиевого сплава, содержащий один или несколь10

После зачистки контактных поверхностей пакет из карточек заворачивается в алюминиевую фольгу толщиною

0,7 мм (для получения технологического подслоя толщиной 0,01 мм, улучшаю щего прочность сцепления слоев из алюминиевых сплавов со стальной полосой), прокатывается за один проход с суммарным обжатием ЗОХ, обеспечивающим необходимое соединение слоев в пакете, затем прокатывается за 56 проходов с обжатиями в 10-157, до толщины t 57 мм. Полученная биметаллическая полоса из алюминиевых сплавов размером 1,57 х 175 х 1500 мм накладывается на стальную полосу размером 4 х 1.75 х 1500 мм и совмест- но прокатывается (без нагрева) за 1 проход с суммарным обжатием 431 на толщину 3 1 мм.

Для получения прочного соединения при плакировании трехслойного пакета перед прокаткой контактные поверхности полос тщательно зачищают и обезжиривают, а стальная полоса, кроме того, предварительно проходит отжиг и травление °

Завершающей операпией является отжиг при 350 С, после чего из триметаллической заготовки изготавливаюТся трехслойные композиционные вкладыши по технологии, принятой в условиях массового производства (штамповка, механическая обработка).

Такое композиционное сочетание прочного алюминиевого спл;.ва с достаточно толстым слоем износостойкого антифрикционного ° алюминиевого cIIJIBва обеспечивает приработку, противозадирные свойства и минимальный износ сопряжения вал — подшипник в течение

10-12 тыс.ч. работы в подшипнике с максимальным удельным давлением до

500 кгс/см . Кроме того, поверхностный слой от 10 до 507, толщины несущего слоя обладает повышенной способностью впитывать абразив и продукты износа, чего лишены гальванические покрытия, которые этим абразивом полностью сдираются.

Формула извбретения

1. Трехслойный композиционный вкладыш подшипника скольжения, содер1536095

Таблица 1

Химический состав, Х

Марка сплаТвердость

НВ

Несущая способность

+ кгс/см

Предел прочности

Скорость скольжения, м/с ва ри

0 С на разрыв, кгс/см

А06-1

51 60 13 2 320

АМСТ

35-38 19,6 500

АМК

32-38 18

400

+

Несущая способность промежуточного несущего слоя трехслойны>-. вкладышей дана при толщине слоя 0,5-0,6 мм.

Таблица 2

Химиче с кий со с тав, Ж

Твердость

НВ при 20 С

Предел прочности на разрыв, кгc/ 2

Марка сплава

Sb 3.5-4,5, Ng 0,3-0,7; осгальное — Al

Si 1, 5-2,5, Zn 2,5-3,05; остальное — А1

АСМ

8,4

АЦК-2

8.9

23-25

Si 2,5-3.5, Zn 2.5-3,0. остальное - Al

Sn l7,5-22,5 Си 0,7-1,3; остальное - Al

АЦК-3

9,0

А020

8,8

28-35 ко элементов иэ группы Cu Ni Si

Fe, Ti, Мп, и связанный с ним поверхностный слой приработочного антифрикционного сплава, о т л и ч а ю щ и йс я гем, что, с целью увеличения износостойкости, усталостной прочности, повышения долговечности и снижения .затрат при изготовлении, поверхностный слой выполнен иэ деформируемого сплава на алюминиевой основе, содержащего. один или несколько элементов из группы Sn» Sb, Zn, Si а толщина поверхностного слоя равна

Sn 5.5-7,0; Си 0,7-1,3

Ni 0,7-1,3; остальное

Al

Sb 4,0-6,5:, Си 0,7-1,2, Ti 0,03-0,012, остальное — А1

Si 9.0-11,0; Си 0,7-1,3; остальное — Al

10-507. от толщины несущего слоя из алюминиевого сплава, 2. Способ изготовления композиционного вкладыша подшипника, о т л и ч аю щи и с я тем, что,. с целью упрощения технологии, производят последовательное плакирование слоев на стальное основание.

3. Способ по п. 2, о т л и ч а юшийся тем, что вначале плакируют биметаллический пакет иэ несущего и поверхностного слоев с последующим плакированием его на стальную основу, !

1536095

Таблица 3

Отношение поверхностМарка сплава

Толщина

Толщина несущего слоя, мм

Несущая способность трехслойного вкладыша, кгс/см

2 поверхностного слоя, мкм поверхностного слоя

НОГО СЛОЯ к несущему, Х

Таблица 4

300 350

Температура (С) предварительного нагрева пакета из сплавов с повышенными прочностными характеристиками (А06-I) и повышенными антифрикционными характеристиками (АСМ, АЦК-3) Без 100 нагрева

200

Требуемые обжатия пакета (7) для получения при прокатке прочного соединения слоев

27-30 ?3-25 18-20 12-15 8-10

0 5

0,5

0,5

0 5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

0.5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

0 5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

80.

550

АСМ

АЦК2

АЦКЗ

А020-1

ACM

АЦК2

АЦКЗ

А020-1

АСМ

АЦК2

АЦКЗ

А020-1

АСИ

АЦК2

АЦКЗ

А020-1

АСМ

АЦК2

АЦКЗ

А020-1

АСМ

АЦК2

АЦКЗ

А020-!

1536095 г

Составитель т. Хромова

Техред М.Хоцанич Корректор 0.11èïëå

Редактор М.Бандура

Заказ 95 Тираж 543 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. У>хгорог,, ул ° Гагарина, 101