CS199464B1 - Anisimov VjaČeslav Sergejevič ing., Tambov a Verba Alexandr Ivanovič ing., Charkov- (SSSR) - Google Patents

Description

Vynález ae vztahuje na ložiskové slitiny, zejména ložiskové Slitiny na bázi hliníku, používané pro výrobu částí namáhaných třením, obzvláště kluz.ných ložisek, například ložiskových pánví a ložiskových pouzder zalomených hřídelů a vačkových hřídelů stacionárních i mobilních motorů s vnitřním spalováním, jakož i kompresorů a jiných strojů, u nichž nejvyšší měrný tlak nepřesahuje 39,23 MPa až 44,13 MPa.

Jsou známy různé ložiskové slitiny na bázi hliníku, určené pro kluzné ložiská.

Rozšířené jsou slitiny pro ložiska obsahující podle hmotnosti 20 % cínu, 1 % mědi, zbytek hliník, nebo 6 % cínu, 1 % médi, 1 % niklu, zbytek hliník, jak známo z publikace G G Pratt Materials for Plane Bearings International Metallurg REV, 1973, 2. 18.

Porotože tyto ložiskové slitiny obsahují značné množství cínu, který je deficitním kovem, Činí jejich použití značné ekonomické obtíže. Mimo to přípustné mezní zatížení ložisek zhotovených ze známých hliníko-cínových slitin, nepřesahuje 31,38 MPa, protože při vyšším zatížení hrozí vznik lomu únavou.

Z publikace GG Pratt Materiál for plane Bearings International Metallurg REV 1973 č. 18 jsou známý ložiskové slitiny bez obsahu cínu, zejména slitiny hli2 niku a křemíkem, jako například slitina obsahující podle hmotnosti 11 % křemíku, 1 % médi, zbytek hliník. Slitiny tohoto druhu jsou velmi pevné a značně tvrdé, mají však horší kluzné vlastnosti. Proto je možno používat tyto slitiny pro kluzné ložiska pouze tehdy, když na kluznou plochu ložiska je nanesena ješte další vratva z měkké slitiny, například slitiny na bázi olova.

Jsou.také známy slitiny na bázi hliník-antimon, neobsahující cín, konkrétně slitiny obsahující podle hmotnosti 4 % antimonu, 0,7 % hořčíku, zbytek tvoří hliník. Tato slitina se ve značném rozsahu používá pro výrobu ložiskových pánví dopravních a zemědělských spalovacích motorů, například spalovacích motorů pro traktory a kombajny. Nejvyšší přípustné zatížení těchto ložisek činí 19,61 MPa, při vyšším zatížení vzniká nebezpečí lomu únavou. Podle sovětského autorského osvědčení č. 479 813 ze dne 10. 5· 1973 je známa slitina pro vysoce namáhaná ložiska, vytvořená na bázi hliník-antimon, obsahující podle hmotnosti 5 % antimonu, 1 % mědi, 0,2 % titanu, 0,2 % teluru, zbytek hliník. Tato slitina má dostatečně vysokou tvárnost a pevnost, jakož i odolnost proti únavě, umožňující používat ji i pro zatížení 39,23 MPa a 44,13 MPa. Pro značnou tvrdost a nedostatečnou odolnost proti zadírání je nutno kluzný povrch slitiny opatřit měkkým povlakem, například vrstvou cínu o tloušťce 0,003 mm až 0,005 mm, nebo vrstvou slitiny na bázi olova o tloušťce 0,020 mm až 0,025 mm. Nanášení měkkého povlaku na kluznou plochu ložiska vyžaduje složité technologické postupy a zařízení, čímž se výroba takovýchto ložisek prodražuje.

Úkolem vynálezu je vytvořit ložiskovou slitinu, jež by neměla uvedené nedostatky, tedy zejména aby její pevnost umožňovala zatížení 39,23 MPaaž 44,13 MPa, její tvárnost umožňovala zpracovávat slitinu jako bimetal, získaný společným válcováním ložiskové slitiny s ocelovým základem, a její odolnost proti zadírání dovolovala používat ložiskovou slitinu přímo bez přídavného měkkého povlaku. Přitom její výroba nesmí vyžadovat použití deficitních kovů, zejména cínu.

Úloha je řešená vytvořením ložiskové hliníkové slitiny o obsahu 2 % až 8 % antimonu, 0,3 % až 1,5 % mědi, 0,02 % až 0,15 % titanu, 0,01 % až 0,5 % teluru nebo fosforu nebo selenu podle hmotnosti, zbytek hliník, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že případně obsahuje ještě 1 % až 15 % olova podle hmotnosti.

Toto složení ložiskové hliníkové slitiny vyplývá z těchto zjištěných skutečností:

Snížení obsahu antimonu pod 2 % podle hmotnosti u ložiskových hliníkových slitin zhoršuje jejich kluzné vlastnosti, zvyšuje jejich tvrdost, takže hrozí nebezpečí zadírání ložisek. Při obsahu antimonu vyšším než 8 % podle hmotnosti se tvárnost ložiskové hliníkové slitiny zhoršuje natolik, že ji není již možno tvarovat společně s ocelovým základem jako bimetal.

Legování hliníkové ložiskové slitiny mědí zvyšuje pevnost a tvrdost slitiny. Při obsahu mědi pod 0,3 % podle hmotnosti je toto zvýšení pevnosti a tvrdosti nevýrazné. Při obsahu mědi v rozmezí od 0,3 % do 1,5 % Se významně zvyšuje únosnost ložiska. Při obsahu mědi nad 1,5 % vzroste tvrdost ložiskové hliníkové slitiny natolik, že slitina je příliš křehká a nelze ji zpracovávat tvářením.

Obsah titanu v rozmezí 0,02. % až 0,15 % podle hmotnosti optimálně ovlivňuje tvorbu jemného zrna ložiskové hliníkové slitiny. Při obsahu titanu pod 0,02 % se vliv titanu na velikost zrna nikterak neprojevuje. Pri obsahu titanu nad 0,15 % se již zrno déle nezjemňuje.

Účelem očkováni ložiskové hliníkové slitiny telurem nebo fosforem nebo selenem je zjemnit antimonovou strukturu ve slitině a množství očkovadla podle hmotnosti je při rozmezí obsahu antimonu od 2 % do 8 % přímo úměrně obsahu antimonu. Při obsahu očkovadla pod 0,01 % je očkovadlo neúčinné, při obsahu očkovadla nad 0,5 % ae již vliv očkovadla nezvyšuje.

Účelem očkování ložiskové hliníkové slitiny olovem je zlepšit její kluzné vlastnosti a zvýšit její odolnost proti zadírání. Při obsahu olova pod 1 % hmotnosti se jeho vliv prakticky neprojevuje. Obsah olova nad 15 % hmotnosti zhoršuje již mechanické vlastnosti ložiskové hliníkové slitiny.

Konkrétně může ložisková hliníková slitina obsahovat podle hmotnosti 6 % antimonu, 0,9 % mědi, .0,08 % titanu, 0,2 % teluru, 6 % olova, zbytek hliník, nebo 3 % antimonu, 0,9 % mědi, 0,08 % titanu, 0,15 % teluru, 15 % olova, zbytek hliník, popřípadě 5 % antimonu, 1 % mědi, 0,1 % titanu, 0,1 £ fosforu, % olova, zbytek hliník.

Ložisková hliníková slitina podle vynálezu má zejména tyto výhody:

Svou pevností, tvárností a vrubovou houževnatosti se vyrovná nejlepším ložiskovým hliníkovým slitinám, avšak má výrazně lepší kluzné vlastnosti než Všechny známé ložiskové hliníkové slitiny neobsahující cín. Její fyzikálnemechanické vlastnosti umožňují válcovat ji a plátovat na ocel.

Kluzné vlastnosti této ložiskové hliníkové slitiny umožňují její použití pro bimetalická ložiska bez nanášení další měkké vrstvy, což zjednodušuje konstrukci ložiaka a technologii jeho výroby, snižuje spotřebu energie a materiálů, zejména chemikálií, používaných při galvanickém pokovování.

Všechny tyto výhody se však projevují pouze při přesném dodržení chemického složení ložiskové hliníkové slitiny podle vynálezu. Odchýlka, vzniklá byť jen U jediné složky, způsobuje porušení uvedených vlastností.

Ložiskovou hliníkovou slitinu podle vynálezu lze vyrábět obvyklými technologickými postupy, to jest tavením vsázky v indukční nebo plamenné pecí 8 odlitím do kokily nebo tavením v indukční nebo plamenné peci za plynulého odlévání.

Polotovary z ložiskové hliníkové slitiny podle vynálezu lze též vyrábět granulaci, to jest ochlazováním kapek roztavené slitiny ve vodě, a vzniklé granule vzájemně slisovávat.

..-4Dále jsou uvedeny příklady výroby ložiskové hliníkové slitiny podle vynálezu, jakož i výsledky různých zkoušek.

Příklad 1

Ve vysokofrekvenční indukční peci v grafitovém kelímku se vytavila při teplotě 900 °C ložisková hliníková slitina, obsahující podle hmotnosti 5 % antimonu, 1 % mědi, 0,1 % titanu, 0,1 % teluru, 3 % olova, zbytek hliník. Celková hmotnost tavby činila 50 kg. Pro vsázku byly použity čisté kovy, to jest hliník, antimon, měď, titan a telur. Při výrobě slitiny ve větších množstvích je však účelné používat legujících slitin, například hliníku s 10 % antimonu a hliníku a 50 % mědi podle hmotnosti.

Slitinh se odlévala do neohlášených kokil, jejichž rozměry bez nélitkové části byly 40 x 115 x 80 mm. Chemický rozbor vzorků z různých míst ingotů ukázal, že olovo je rozloženo rovnoměrně po celém průřezu ingotu a obsah olova v horní i dolní čisti ingotu byl prakticky stejný. Odmíaení olova nepřesáhlo 1 % podle hmotnosti. Metalografický rozbor vzorků slitiny ukázal, že struktura slitiny j<e dostatečně jemnozrnná, přičemž vměatky olovnaté složky jeou rovnoměrně rozděleny v tuhém roztoku, obsahujícím malé množství polyedrických antimonitých složek AISb a charakteristických vměstků fáze CuAlg. ·

Mechanické vlastnosti této ložiskové hliníkové slitiny, zjištěné při různých teplotách, jsou uvedeny v tabulce 1.

Tabulka 1

Vlastnosti	Teplota °C
20	100	200	300	350	400	450	500
Mez pevnosti MPa Poměrné prodlou-	82,37	81*39	63,74	33,34	25,50	16,67	13,73	11,77
žení 8' % Koncentrace	5,6	5,6	6,7	θ.3	11,6	10,3	12,8	11,2
Vrubová houžey-	10,5	8,1	8,!	8,2	11,2	12,1	10,4	8,1
natoet v 2 * j/cm	15,69	13,73	13,73	10,79	10,79	10,79	10,79	10,79

Příklad 2

Výrobním postupem podle příklfidu 1 byle vyrobeno několik druhů ložiskových hliníkových slitin. Z ingotů byly vyrobeny vzorky pro zkoušky třením.

-5 Zkoušky třením ae prováděly čepem, rotujícím v pouzdře za přívodu maziva. Pouzdra byla vyrobena ze zkoušených slitin, čep ze středně uhlíkaté chromoniklóvé oceli o tvrdosti HRC 40. Výsledky zkoušek jsou uvedeny v tabulce 2

Tabulka 2

Slitina 8.	Sb	Cu	Chemické složení v % podle hmotnosti
Pb	Ti	Te	Se	P	Al	Součinitel tření
1	,3	1	1	0,1	0,2	-	-	zbytek	0,065
2	8	1,5	15	0,15	0,5	-		zbytek	0,007
3	5	1	5	0,1	0,2	-	-	zbytek	0,011
4	8	0,3	1	0,02	-		0,01	zbytek	0,061
5	3	0,5	5	0,1	0,2	-		zbytek	0,011
6	5	0,5	1	0,1	0,2	-	-	zbytek	0,060
. 7...	5	1		0,1	0,2	-		zbytek	0,103

Slitiny 8. 1 až 6 jsou ložiskové hliníkové slitiny podle vynálezu, slitina 8. 7 je známá ložiskové hliníková slitina, jež není legována olovem.

Z tabulky jasně vyplývá, že ložiskové hliníkové slitiny podle vynálezu a obsahem olova mají značně nižší součinitel tření. To je jasným důkazem-snazšího zabíhání ložiska, podstatně nižšího nebezpečí zadření a snížení pasivních odporů v ložisku vlivem tření.

Příklad]

Ingoty ložiskové hliníkové slitiny o složení podle hmotnosti 4 % antimonu, 1 % mědi, 0,1 % titanu, 0,1 % teluru, 5 olova, : zbytek hliník, byly válcovány při různých teplotách. Ukázalo se, že při válcování za teplot vy-ššich než 300 °C ingoty praskají, kdežto při válcování za studená ae slitina výraz-, ně zpevňuje. Mezní celkové redukce při válcování nepřevyšuje 50 %.

Bylo zjištěno, že se nejlepších výsledků dosahuje při válcování za tepla do teploty 250 °C.

Příklad 4

V indukční kelímkové peci byla způsobem obdobným jako v příkladu 1 vyta-, véna ložisková hliníková slitina o složení podle hmotnosti 6 % antimonu,

0,9 % mědi, 0_f08 % titanu, 0,2 % teluru, 6,5 % olova, zbytek hliník.

Slitina se odlévala poloplynule do měděného pochromovaného krystalizátoru, chlazeného vodou. Licí teplota byla 880 °C až 900 °C, rychlost lití 12 m/h při rozměrech průřezu krystalizátoru 45 x 125 mm.

..-6Chemická analýza vzorků odebraných z různých částí ingotu ukázala, že olovo je rozděleno rovnoměrně jak po průřezu, tak i po délce ingotu.a odměňování olova nepřesáhlo 1,5 & až 2 % hmotnostní.

Rovněž metalografický rozbor potvrdil rovnoměrné rozdělení olověných vměstků ve slitině.

Ingoty se ofrézovaly na tloušťku 37 mm, načež se válcovaly na tloušťku 25 mm při teplotě 250 °C. Vyválcované pásy se pak žíhaly při teplotě 400 °C po dobu dvou hodin, načež se znovu válcovaly za studená na tloušťku 9 mm.

Pak se pásy opálily, odmastily, osmirkovali, načež se plátovaly hliníkovým pásem o tloušťce 0,8 mm, který byl předem rovněž odmaštěn a očištěn drátěnými kartáči. Plátování se provádělo společným válcováním na dvouválcové válcovací stolici s válci o průměru 470 mm, a to postupně na tloušťky 9,8 mm,

5,0 mm, 4,0 mm, 3,2 mm a 2,65 mm. Vyválcované pásy se rozřezaly na rozměry 2,65 x 105 x 1000 mm. Takto rozřezané kusy pohliníkovaných pásů ložiskové hliníkové slitiny se znovu odmastili a očistily kartáči, načež se plátovaly na ocelové pásy rozměrů 6,6 x 107 x 1200 mm, předem rovněž odmaštěné a osmirkované.. · Tyto bimetalické pásy o celkové tloušťce 9,25 mm se válcovaly na váleo* ' ' v *0 10 vací stolici duo s průměrem válců 470 mm s redukcí 45,6 % na rozměr 5 ’ mm.

Válcované pásy se žíhaly 2,5 hodiny při. teplotě 355 °C, kalibrovaly na rozměr 3,1*°’¹⁰ mm.a znovu žíhaly 3 hodiny při teplotě 400 ®C.

Tím vznikly bimetalické pásy, použitelné jako polotovary pro výrobu kluzných ložisek.

Příklad 5

Z ložiskové hliníkové slitiny o složení podle hmotnosti 15 % olova,

3,0 % antimonu, 0,9 % mědi, 0,08 % titanu, 0,15 % teluru, zbytek hliník, se v zařízení pro odstředivé lití vyrobily granule slitiny. Teplota roztavené slitiny před litím byla 1100 °C. Vlivem velké rychlosti krystalizace slitiny je olovo v granulích velmi jemně a rovnoměrně rozptýleno. Po vakuovém žíhání ve vakuu 13,3 Pa při teplotě 350 °C po dobu deseti hodin se granule lisovaly. Rychlost lisování pásu o průřezu 10 x 100 mm byla 15 cm/min. Lisování probíhalo při teplotě 280 °C až 310 °C.

Vylisované pásy.se rozřezaly na délku 500 mm. Pak se tyto pásy odmastily a osmirkovaly a plátovaly hliníkem o tloušťce 0,8 mm, rovněž předem odmaštěným a očištěným kartáči, a to společným válcováním na válcovací atolici dua s průměrem válců 470 mm z celkové tloušťky 10,8 mm postupně na 5,4 mm, 4,0 mm, 3,2 mm a 2,65 mm. ,,_ř

Vyválcované pásy se rozřezaly na rozměr 2,65 x 95 x 1000 mm. Po odmaštění a očištění kartáči se pohliníkované pásy ložiskové slitiny plátovali na ocelové pásy o rozměrech 6,6 x 97 x 1200 mm, jež byly předem rovněž odmaštěny a oamirkováný.

- 7 Tyto bimetalické pásy o celkové tloušťce 9,25 nm se válcovaly na válcovací stolici duo s průměrem válců 470 nm» s redukcí 45,6 % na rozměr 5*⁰»¹⁰mm.

Válcované pásy Žíhaly 2,5 hodiny při teplotě 355 °C; kalibrovaly na rozměr 3,1*®’^ mm a znovu žíhaly 3 hodiny.při teplotě 400 °C.

Tím vznikly bimetalické pásy,, použitelné jako polotovary pro výrobu kluzných ložisek.

P ř í k 1 ad 6 · ‘

Bimetaly vyrobené postupem uvedeným v příkladech 4 a 5 a bimetal složený z ocelového podkladu, plátovaného ložiskovou hliníkovou slitihóu bez obsahu olova o složení podle hmotnosti 5 % antimonu, 1 % mědi, 0,15 % titanu a 0,06 % teluru, zbytek hliník, byly podrobeny mechanickým zkouškám, jejichž výsledek je uveden v tabulce 3. .

Tabulka 3

	Tvrdost	Tvrdost			•
	slitiny v	oceli v	Pevnost
	bimetalů	bimetalů	spojení	Mez	Mez	.Poměrné
Označení			vrstev v	pevnosti	kluzu	prodlou-
bimetalů			bimetalů .	v tahu		žení
			% MPa	(Tp MPa	0,1 MPa	s*
	HB HV	HB HV			•

Bimetal

podle příkladu 4	35	36	210	213	0,745	498,2	476,6	5
Bimetal podle příkladu 5	40,5	43	212	215	0,735	511,9	509,9	.4,5
Bimetal Se slitinou bez	38	- —	205	—	0,745	504,1	490,3	5

olova

Jak vyplývá z tabulky 3, jsou mechanické vlastnosti bimetalických pásů' se slitinou podle vynálezu jsou prakticky stejné jako bimetalických pásů s ložiskovou slitinou neobsahující olovo. To potvrdzuje možnost a účelnost používání ložiskové hliníkové slitiny 'podle vynálezu pro výrobu bimetalů pro zhotovování kluzných ložisek.

Příklad 7

Z bimetalů vyrobeného postupem podle příkladu 4 se zhotovily lisováním v zápustkách a obráběním ložiskové pánve zalomeného hřídele motoru se zatížením ložisek 31,38 MPa při jmenovitých pracovních podmínkách motoru.

Ložiskové pánve byly zamontovány do motorů, načež byla zkoušena jejich spolehlivost, to jest zabíhání, přizpůsobitelnost, odolnost proti opotřebení a únavová pevnost. Zkouškyaeprováděly v osmihodinových cyklech při proměnlivých podmínkách, přičemž práce při jmenovitých podmínkách činila 80 % doby cyklu. '

Expertízamotoru byla prováděna po 8, 24, 96 a 800 hodinách. Expertíza prokázala, že zabíhání probíhá bez zadírání, ložisko je odolné proti opotřebení* Náznaky vzniku lomu materiálu ložiskové pánve únavou nebyly zjištěny. Mimo to byly ložiskové pánve umístěny v motorech podrobovaných dlouhodobé provozní prověrce. Po zkouškáéh nebylo zjištěno ani zadírání ani případy vzniku lomu únavou.

Příklad .8 '<

Ložiskové pánve zhotovené z různých slitin byly zkoušeny na speciálním bezmotorovém zkušebním zařízení, na němž se zjišťuje, cyklické dotykové zatížení v oleji při zvýšené teplotě. Výsledky zkoušek jsou uvedeny v tabulce 4.

Tabulka 4

Poř. čís.	Složení slitiny podle hmotnosti, zbytek tvoří hliník	Poměrná únavou	odolnost proti lomu
1	4 % antimonu, 0,7 % hořčíku		1
2	20 % cínu, 1 % mědi		1,29
3	6 % cínu, 1 % mědi, 1 % niklu 0,1 % titanu		; 1,38
4	5 % antimonu, 1 % médi, 0,15 % titanu, 0,06 % teluru 8 povlakem na bázi olova 8 10 % cínu a 1 %		4 .
5	mědi 5 % antimonu, 0,9 % mědi, 0,Q8 % titanu, 0,2 % teluru, 6 % olova,		1,43
	bez přídavného povlaku		1,43

Slitiny uvedené v tabulce 4 pod pořadovými čísly 1 až 4 jsou slitiny známé, slitina pod pořadovým číslem 5 je ložisková hliníková slitina podle vynálezu. Z tabulky vyplývá, že tato ložisková hliníková slitina podle vynálezu je odolnější proti lomu únavou než ostatní známé slitiny a její odolnost proti lomu únavou je atejná jakouslitin obdobného složení, avšak bez přísady olova, takže přísada olova nijak nesnižuje odolnost ložiskové hliníkové slitiny proti lomu únavou.

Mimo to byly provedeny krátkodobé.srovnávací zkoušky se slitinami uvedenými v tabulce 4 pod pořadovými čísly 2, 4a 5, a to v dieselových motorech, kde ložiska pánví byla podrobována tlaku 53,94 MPa až 58,84 MPa. I tyto zkoušky prokázaly, že ložiskové hliníková slitina podle vynálezu,se dobře zabíhá, nezadírá a je vysoce odolná proti vzniku lomu únavou.

Rozsáhlý komplex zkouSek prokázal, že ložiskové hlinikóvé slitiny podle vynálezu mají vyšáí odolnost proti únavě než známé ložiskové hliníkové slitiny, pevnostně jsou rovnocenné slitinám bez přísady olova, jsou odolné proti zadírání a jejich součinitel tření je velmi nízký..

Ložisková hliníková slitina podle vynálezu je vhodná pro výrobu bimetalických pánví kluzných ložisek vysoce namáhaných motorů jako efektivní náhrada drahýčh ňliníko-cínových ložisek bez použití přídavného ochranného povlaku proti zadírání a opotřebení.

Claims (1)

1. Předmět vynálezu

   Ložisková hliníková slitina s obsahem podle hmotnosti 2 % až 8 % antimonu, 0,3 % až 1,5 % mědi, 0,02 % až 0,15% titanu a 0,01 % až 0,5 % teluru nebo fosforu nebo selenu, zbytek hliník, vyznačujíoí se tím, Že přídavně obsahuje 1 % až 15 % hmotnostních olova.

   OPRAVA popisu vynálezu k autorskému osvědčení Í5. 199 464

   V popisu vynálezu k autorskému osvědčení ě. 199 464 má být v záhlaví