Способ покрытия стальной полосы антифрикционной порошковой смесью

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству биметаллических полос. В способе покрытия стальной полосы антифрикционной порошковой смесью прокаткой, согласно изобретению, плакированную алюминием стальную полосу подогревают в предочаговой зоне до температуры 523-553 К, прокатывают совместно с антифрикционной порошковой смесью состава Al 60-70%, Pb 27-35%, Cu 3-5% с вытяжкой 1,25-1,5 и одновременным догревом в очаге деформации до Т= 703 - 753 К пропусканием через полосу электротока, направленного от валка к валку, и охлаждают со скоростью не менее 100-120 град/с. Изобретение обеспечивает получение антифрикционного слоя толщиной 600-650 мкм с пластическими свойствами выше, а коэффициентом трения на 20-25% ниже стандартных вкладышей. Кроме того, замена антифрикционного металла Sn на Pb позволяет уменьшить стоимость материала на ~30%. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству биметаллических полос.

Известен способ покрытия стальной полосы алюминием, включающий зачистку ее поверхности, аэрозольное нанесение суспензии алюминиевого порошка, сушку, прокатку в режиме термообработки при температуре 343-353 К с натяжением, величину которого определяют по формуле (t_p-250)(K₁-K₂)(E₁₀₀-mt_p)≤σ₁≤0,95σ₀₂, с обжатием, обеспечивающим заданную плотность покрытия [1].

Недостатками данного способа являются: 1) низкая пластичность покрытия, 2) ограниченная ≤50 мкм толщина покрытия.

Известен способ покрытия стальной полосы антифрикционным сплавом, включающий плакирование Al-Sn-слитков чистым алюминием, прокатку этих слитков в полосу заданной толщины, плакирование этой полосой стальной основы [2].

Этот способ имеет ряд существенных недостатков: 1) громоздкость процесса (большие механизмо- и энергоемкости), 2) принципиальная невозможность замены дорогого антифрикционного металла Sn на лучший по антифрикционным свойствам, более дешевый и доступный Рb, 3) большие потери цветных металлов в технологическом процессе.

Задачей данного изобретения является создание способа покрытия стальной полосы антифрикционной порошковой смесью, обеспечивающего антифрикционное покрытие толщиной ≤650 мкм с высокими антифрикционными, пластическими и адгезионными свойствами.

Поставленная задача решается тем, что в способе покрытия стальной полосы антифрикционной порошковой смесью прокаткой, согласно изобретению плакированную алюминием стальную полосу подогревают в предочаговой зоне до температуры 523-553 К, прокатывают совместно с антифрикционной порошковой смесью состава Аl 60-70%, Рb 27-35%, Сu 3-5% с вытяжкой 1,25-1,5 и одновременным догревом в очаге деформации до Т=703-753 К пропусканием через полосу электротока, направленного от валка к валку, и охлаждают со скоростью не менее 100-120 град/с.

Указанные признаки: использование в качестве заготовки стальной полосы, плакированной тонким слоем алюминия, предварительный прогрев полосы до температуры 523-553 К, состав смеси, степень вытяжки и одновременный догрев полосы до температуры 703-753 К, а также ускоренное охлаждение (со скоростью не менее 100-120 град/с) являются необходимыми для получения качественного покрытия, т. е. получения достаточного по толщине, пластичного антифрикционного слоя (с коэффициентом трения не выше стандартного вкладыша) с высокой адгезией к основе и достаточными прочностными характеристиками.

Сущность признаков заключается в следующем: - плакированная заготовка необходима для того, чтобы при предочаговом нагреве полосы не происходило окисление основы; - предочаговый нагрев полосы до температуры 523-553 К необходим по двум причинам:
1) обеспечение захвата необходимого количества порошковой смеси для получения заданной толщины покрытия;
2) снижение удельного тока при догреве полосы в очаге деформации и, таким образом, исключения искрения и локального оплавления порошка;
- состав порошковой смеси обеспечивает заданные антифрикционные и прочностные характеристики покрытия;
- вытяжка 1,25-1,5 создает необходимую плотность покрытия и условия для быстрого диффузионного процесса между покрытием и основой;
- нагрев в валках до температуры 703-753 К спекает порошковую смесь и стимулирует протекание диффузии между основой и покрытием;
- интенсивное охлаждение замедляет процессы окисления покрытия.

Процесс получения покрытия по предлагаемому способу производится в линии прокатного стана с горизонтальным расположением валков для удобства подачи порошковой смеси в очаг деформации. Для обеспечения захвата необходимого количества порошковой смеси, а также ее спекания и качественной диффузионной сварки с основой (в очаге деформации) полосу подогревают в предочаговой зоне до температуры 523-553 К, поэтому для предотвращения окисления стальной основы используется полоса, плакированная алюминием. Нагрев ниже температуры 523 К ведет к увеличению степени догрева в очаге деформации, а следовательно, к искрению и локальному оплавлению, т.е. получению некачественного покрытия. Нагрев выше 553 К ведет к снижению качества покрытия в связи с повышенным окислением Рb и Сu в порошковой смеси.

Состав смеси регламентируется следующими условиями. Аl является матрицей покрытия и поэтому обеспечивает его прочностные характеристики. Наличие в смеси Аl<60 об.% ведет к понижению механической прочности покрытия, а увеличение содержания Аl>70 об.% снижает антифрикционные возможности покрытия.

Рb - материал, обеспечивающий скольжение, поэтому содержание РЬ меньше 27% резко увеличивает коэффициент трения покрытия, а наличие Рb больше 35% снижает механические характеристики антифрикционного слоя.

Сu - материал, стабилизирующий свойства покрытия, его объем в смеси рекомендован многими экспериментальными исследованиями.

Вытяжка при прокатке системы основа-покрытие имеет многоцелевое назначение:
1) создает необходимую плотность покрытия,
2) обеспечивает необходимое сближение поверхностей основы и покрытия для быстрого протекания диффузионных процессов,
3) изолирует материал покрытия от кислорода воздуха при дополнительном нагреве,
4) создает надежный контакт при пропускании электрического тока.

При вытяжке меньше 1,25 (ε<20%) снижается адгезия покрытия к основе, а также снижаются антифрикционные и пластические свойства слоя покрытия из-за увеличенного окисления свинца и меди.

При вытяжке больше 1,5% (ε>35%) резко увеличивается трудоемкость получения необходимой толщины покрытия, снижается качество готовой ленты по геометрическим параметрам, идет технологически необоснованный рост расхода энергии.

Нагрев в валках до температуры 703-753 К необходим для спекания порошковой смеси между собой и основой. Температура ниже 703 К не обеспечивает необходимого качества по прочности спекания и адгезии покрытия к основе, а выше 753 К приводит к повышенному окислению верхних слоев покрытия, а также локальному оплавлению покрытия (некондиция).

Данные, подтверждающие возможность осуществления.

Основные параметры способа подтверждаются данными эксперимента, сведенными в таблицу.

Материал основы - сталь 08кп, плакированная тонким (20 мкм) слоем порошкового алюминия, размеры основы ВхН=20х2,5 мм. Материал антифрикционного покрытия - смесь (Аl-70 об%, Рb-27об.%, Сu-3 об.%). Прокатные валки диаметром 75 мм, скорость прокатки - 25 мм/с. Для питания электронагрева использовали трансформатор мощностью 40 кВА с выходными напряжениями 10 и 2 В.

Как видно из экспериментальных данных, получение покрытия по предлагаемому способу получения покрытия стальной полосы антифрикционной порошковой смесью обеспечивает получение антифрикционного слоя толщиной 600-650 мкм с пластическими свойствами выше, а коэффициентом трения на 20-25% ниже стандартных вкладышей. Кроме того, замена антифрикционного металла Sn на Рb позволяет уменьшить стоимость материала на ~30%.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, ПРИНЯТЫЕ ВО ВНИМАНИЕ
1. 3аявка ФРГ N 2141663, С 23 С 24/00 "Способ покрытия стальных полос алюминием и устройство для его осуществления", 1975 г.

2. 3асуха П.Ф., Корщиков В.Д., Бухвалов О.Б., Ершов А.А. Биметаллический прокат. М.: Металлургия, 1970, 264 с.

Формула изобретения

Способ покрытия стальной полосы антифрикционной порошковой смесью прокаткой, отличающийся тем, что плакированную алюминием стальную полосу подогревают в предочаговой зоне до температуры 523-553К, прокатывают совместно с антифрикционной порошковой смесью состава: Al 60-70%, Pb 27-35%, Cu 3-5% с вытяжкой 1,25-1,5 и одновременным догревом в очаге деформации до температуры 703-753К пропусканием через полосу электротока, идущего от валка к валку, и охлаждают со скоростью не менее 100-120 град./с.

РИСУНКИ

Рисунок 1