Способ восстановления втулок-вкладышей подшипников скольжения

 

Использование: ремонт подшипниковых узлов высокоскоростных машин, имеющих втулки-вкладыши с многослойным покрытием на рабочей поверхности. Сущность изобретения: сначала с рабочей поверхности удаляют слои антифрикционного сплава и никеля, а также часть бронзового слоя. Затем методом ионного распыления при температуре от 150 до 250°С наносят бронзовое покрытие до восстановления первоначальных размеров. На полученный бронзовый слой при тех же условиях накладывают слой из никеля, после этого при температуре от 20 до 180°С наносят слой из антифрикционного материала также методом ионного распыления.

Изобретение относится к восстановлению и ремонту изделий и может быть использовано при восстановлении втулок-вкладышей подшипников скольжения с многослойным покрытием на рабочей поверхности.

Известен способ восстановления цилиндрических рабочих поверхностей деталей подшипника скольжения, включающий подачу дополнительного материала на изношенную поверхность, пластическую деформацию детали и калибровку рабочей поверхности [1].

Однако известный способ не может быть использован для восстановления втулок-вкладышей подшипников скольжения с многослойным покрытием на рабочей поверхности.

Известен способ восстановления втулок-вкладышей подшипников скольжения, имеющих на рабочей поверхности многослойное покрытие из бронзы, никеля и антифрикционого свинцово-оловянистого сплава, включающий удаление с рабочей поверхности изношенных слоев антифрикционного сплава и никеля и последующее нанесение удаленных слоев до восстановления их первоначальных размеров [2].

Данный известный способ не обеспечивает качественное восстановление втулок-вкладышей подшипников, высокоскоростных машин, например прокатных станов.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей способа за счет обеспечения восстановления вкладышей подшипников, используемых в высокоскоростных машинах.

Указанная цель достигается тем, что предварительно с рабочей поверхности удаляют изношенные слои антифрикционного свинцово-оловянного сплава и никеля, а также часть бронзового слоя, после чего методом ионного распыления осуществляют нанесение удаленных слоев до восстановления их первоначальных размеров, при этом нанесение бронзового и никелевого слоев проводят при температуре 150-250^оС, а нанесение слоя из антифрикционного свинцово-оловянистого сплава - при температуре 20-180^оС.

Втулки-вкладыши с покрытием из бронзы, никеля и антифрикционного сплава устанавливаются в радиальных подшипниках жидкостного трения (ПЖТ) высокоскоростных блоков прокатных станов. В процессе эксплуатации слой антифрикционного сплава истирается и втулки-вкладыши заменяются новыми, когда на их поверхности появляются участки бронзы, площадь которых превышает 15% от величины рабочей зоны.

Для восстановления изношенных слоев используется метод ионного распыления, так как покрытия, нанесенные этим методом имеют лучшие антифрикционные и адгезионные свойства по сравнению с покрытиями, нанесенными другими методами (вакуумным испарением, электролизом и пр.) [3].

Для получения покрытий с хорошей адгезией нанесение бронзы и никеля желательно проводить при высокой температуре. Однако на наружной поверхности втулки-вкладыша имеется слой антифрикционного свинцово-оловянного сплава, который был нанесен на нее при изготовлении для облегчения запрессовки в эксцентриковую обойму. Кроме того, следы сплава остаются и во внутренних карманах втулки-вкладыша. При повышении температуры частицы сплава, имеющие низкую температуру плавления, начинают собираться в крупные капли, что портит как внутреннюю, так и наружную поверхность втулки-вкладыша. Экспериментально было установлено, что интервал температур от 150 до 250^оС является оптимальным. Так как при температуре выше 250^оС начинается заметный рост капель свинцово-оловянного сплава, а при температуре ниже 150^оС было отмечено ухудшение адгезии получаемых покрытий. Кроме того, нанесение покрытий при низкой температуре требует использования таких рабочих режимов, которые резко снижают производительность процесса.

При нанесении антифрикционного свинцово-оловянистого сплава формы роста и структура покрытия в значительной степени зависят от температуры подложки. Известно, что рост пленок свинца и олова происходит с участием процесса коалисценции, при котором две или несколько изолированных частиц сливаются в один сплошной островок. С понижением температуры процессы коалисценции затухают из-за уменьшения миграционной подвижности атомов. Формы роста частиц также изменяются с повышением температуры. При t = 2/3 Т_пл. частицы переходят от плоских форм к объемным сферическим формам. Поскольку свинец и олово являются легкоплавкими металлами, незначительные изменения температурного режима процесса осаждения могут вызвать большие изменения в структуре и свойствах получаемого покрытия.

Экспериментально было установлено, что лучшие антифрикционные и износостойкие свойства имеют покрытия, полученные при низких температурах. Был определен оптимальный интервал рабочих температур от 20 до 180^оС. При повышении температуры более 180^оС коэффициент трения пленок и их износ увеличились, при этом покрытие имело выраженную капельную структуру. Нижнее значение температуры ограничивалось возможностями процесса.

Способ осуществляют следующим образом.

Внутренняя рабочая поверхность новой втулки-вкладыша образуется последовательным нанесением на стальную заготовку трех различных слоев из бронзы, никеля и антифрикционного свинцово-оловянистого сплава. Последний слой необходим для приработки трущихся поверхностей. Износостойкость этого слоя и определяет ресурс работы подшипника жидкостного трения. В процессе эксплуатации слой антифрикционного сплава истирается. Втулка-вкладыш заменяется на новую, когда на ее поверхности появляются участки бронзы, площадь которых превышает 15% от величины всей рабочей поверхности.

Процесс восстановления начинают с удаления изношенных слоев антифрикционного свинцово-оловянистого сплава, никеля и части слоя бронзы. Затем внутреннюю поверхность втулки очищают и измеряют ее внутренний диаметр.

Методом ионного распыления на втулку-вкладыш наносят покрытие из бронзы при температуре 150-250^оС. Толщина покрытия зависит от внутреннего диаметра втулки-вкладыша и выбирается таким образом, чтобы восстановить его первоначальный размер. После чего на бронзовый слой наносят никелевое покрытие при температуре 150-250^оС, а затем при температуре 20-180^оС на никелевое покрытие наносится антифрикционный свинцово-оловянистый сплав.

П р и м е р. Проводилось восстановление втулки-вкладыша ПЖТ с покрытием на внутренней рабочей поверхности. Покрытие состояло из слоя бронзы толщиной 300 мкм, слоя никеля толщиной 5 мкм и слоя антифрикционного сплава (Рb 83% , Sn 14%, Cu 2%) толщиной 20 мкм. Размеры втулки: наружный диаметр 110, внутренний диаметр 100, высота 70 мм.

Для удаления изношенных слоев втулка-вкладыш подвергалась расточке на токарном станке в специальном приспособлении, которое обладало достаточной жесткостью, чтобы не деформироваться при его установке в патроне станка. После расточки рабочая поверхность обрабатывалась тонкой шкуркой и промывалась бензином, ацетоном и керосином. Затем втулка измерялась и определялся усредненный размер ее внутреннего диаметра, являющийся исходным при восстановлении. На основании полученных данных было определено, что для восстановления первоначальных размеров на внутреннюю поверхность втулки-вкладыша необходимо нанести слой бронзы толщиной 40 мкм, слой никеля толщиной 5 мкм и слой антифрикционного сплава толщиной 20 мкм.

Нанесение покрытий проводилось на установке магнетронного распыления.

Режим нанесения бронзового покрытия.

Рабочее давление 5-6 х10^-3 мм. рт. ст., рабочее напряжение 500 В; ток разряда 1,5А; скорость осаждения 0,35 мкм/мин; температура подложки 150-210^оС. Время нанесения покрытия толщиной 40 мкм - 115 мин.

Режим нанесения никеля.

Рабочее давление 5-6 х 10^-3 мм рт. ст.; рабочее напряжение 500В; ток разряда 0,45А; скорость осаждения 0,08 мкм/мин; температура подложки 200-230^оС. Время осаждения покрытий толщиной 5 мкм - 62,5 мин.

Режим нанесения антифрикционного сплава.

Рабочее давление 5-6 х 10^-3 мм рт. ст.; рабочее напряжение 500В; ток разряда 0,8А; скорость осаждения 0,33 мкм/мин; температура подложки 80-150^оС. Время осаждения покрытия толщиной 20 мкм - 60 мин.

Предлагаемый способ восстановления позволяет повторно использовать отработанные втулки-вкладыши ПЖТ. Многократное использование втулок-вкладышей дает возможность обеспечить запасными частями высокоскоростные блоки прокатных станов.

Формула изобретения

СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ВТУЛОК-ВКЛАДЫШЕЙ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ, имеющих на рабочей поверхности многослойное покрытие из бронзы, никеля и антифрикционного свинцово-оловянистого сплава, включающий удаление с рабочей поверхности изношенных слоев антифрикционного сплава и никеля и последующее нанесение удаленных слоев до восстановления их первоначальных размеров, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей способа за счет обеспечения восстановления вкладышей подшипников, используемых в высокоскоростных машинах, после удаления слоя никеля производят удаление части бронзового слоя и его последующее нанесение до восстановления первоначальных размеров, а нанесение всех удаленных слоев осуществляют методом ионного распыления, при этом бронзовый и никелевый слои наносят при 150 - 250^oС, а слой из антифрикционного сплава - при 20 - 180^oС.