RU2263013C1

RU2263013C1 - Method for making bimetallic elongated cylindrical articles such as tubes

Info

Publication number: RU2263013C1
Application number: RU2004114534/02A
Authority: RU
Inventors: С.А. Харебов (RU); С.А. Харебов; В.П. Решетов (RU); В.П. Решетов; Н.А. Бычков (RU); Н.А. Бычков; Г.А. Картель (RU); Г.А. Картель; А.М. Козловский (RU); А.М. Козловский; К.И. Колесников (RU); К.И. Колесников; В.Б. Буксбаум (RU); В.Б. Буксбаум
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ЭЛКАМ-нефтемаш"
Priority date: 2004-05-12
Filing date: 2004-05-12
Publication date: 2005-10-27

Abstract

FIELD: manufacture of bimetallic elongated cylindrical articles operating in condition of action of aggressive medium with large content of abrasive.

SUBSTANCE: method comprises steps of placing blank of anticorrosion and(or) anti-friction material with gap inside steel envelope along the whole length of envelope; joining blank and envelope along their adjoined surfaces due to cold deforming of them by radial forging on mandrel at deformation degree 3 - 50% and supplying liquid lubricant to deformation zone; simultaneously cooling envelope outside; after joining realizing surface hardening of inner working surface by low-temperature chrome plating due to continuously pumping chrome -containing electrolyte. Cylindrical anode mounted along axis of article along its whole length is used. Current supply terminals are uniformly arranged on outer surface of envelope. Then chrome plated surface is subjected to finishing.

EFFECT: manufacture of precision bimetallic articles characterized by good operation reliability in condition of aggressive medium action for long time period.

6 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам изготовления биметаллических цилиндрических длинномерных изделий типа труб с повышенными требованиями к прямолинейности, постоянству внутреннего диаметра по всей длине и к износостойкости изделия, в частности, корпусов цилиндров погружных плунжерных насосов, предназначенных для эксплуатации в условиях воздействия агрессивной среды, с большим содержанием абразива, повышенных температур, давлений, больших динамических нагрузок.The invention relates to the field of mechanical engineering, and in particular to methods of manufacturing bimetallic cylindrical lengthy products such as pipes with increased requirements for straightness, constancy of the inner diameter along the entire length and wear resistance of the product, in particular, cylinder bodies of submersible plunger pumps designed for operation under aggressive environments with a high abrasive content, elevated temperatures, pressures, high dynamic loads.

В настоящее время нашли применение плунжерные насосы, корпуса цилиндров которых выполнены биметаллическими. Такие корпуса цилиндров имеют преимущества перед монолитными корпусами благодаря тому, что при большой длине (4000 мм и более) обладают достаточной жесткостью, прямолинейностью и постоянством внутреннего диаметра по всей длине, имеют износостойкие рабочие поверхности. К тому же, изготовление только внутреннего покрытия биметаллического изделия из материала с высокими эксплуатационными характеристиками позволяет экономить дорогостоящие материалы.Currently, plunger pumps have been used, the cylinder bodies of which are made bimetallic. Such cylinder bodies have advantages over monolithic bodies due to the fact that with a long length (4000 mm or more) they have sufficient rigidity, straightness and constancy of the inner diameter along the entire length, have wear-resistant working surfaces. In addition, the manufacture of only the inner coating of a bimetallic product from a material with high performance characteristics allows you to save expensive materials.

Так известен способ изготовления биметаллических труб, согласно которому производят установку с зазором внутри оболочки тонкостенной трубной заготовки, нагрев наружной оболочки, горячую деформацию с одновременным охлаждением внутренней трубной заготовки и последующее редуцирование до совпадения сопрягаемых поверхностей оболочки и трубной заготовки с образованием зазора между наружной поверхностью трубной заготовки и внутренней поверхностью оболочки (авт. свид. РФ №1332675, кл. В 23 К 20/04 от 1984 г.).So known is a method of manufacturing bimetallic pipes, according to which an installation is made with a gap inside the shell of a thin-walled tube billet, heating the outer shell, hot deformation with simultaneous cooling of the inner tube billet and subsequent reduction until the mating surfaces of the shell and tube billet coincide with the formation of a gap between the outer surface of the tube billet and the inner surface of the shell (ed. certificate. RF No. 1332675, class. 23 K 20/04 from 1984).

Недостатком этого способа является наличие регламентированного зазора в конструкции биметаллической трубы, приводящего к снижению жесткости и прочности изделия, что не позволяет использовать такое изделие в качестве корпуса цилиндра плунжерного насоса большой длины, работающего в сложных скважинных условиях, при больших динамических нагрузках. При этом наличие зазора значительно снижает качество упрочнения рабочих поверхностей биметаллического изделия при проведении последующего высокотемпературного упрочнения, например, азотированием. Кроме того, рекомендуемые в этом способе режимы не позволяют получить внутреннее покрытие биметаллического изделия со стабильной толщиной и обеспечить его строгую прямолинейность, т.к. использование режима горячей деформации с одновременным охлаждением внутренней трубы приведет к неоднородному температурному воздействию в разных точках сопрягаемых поверхностей, выполненных из металлов с разными механическими свойствами.The disadvantage of this method is the presence of a regulated gap in the design of the bimetallic pipe, leading to a decrease in the rigidity and strength of the product, which does not allow the use of such a product as a cylinder body of a large length plunger pump operating in difficult well conditions under high dynamic loads. Moreover, the presence of a gap significantly reduces the quality of hardening of the working surfaces of a bimetallic product during subsequent high-temperature hardening, for example, by nitriding. In addition, the modes recommended in this method do not allow to obtain an internal coating of a bimetallic product with a stable thickness and to ensure its strict straightness, because the use of the hot deformation mode with simultaneous cooling of the inner pipe will lead to an inhomogeneous temperature effect at different points of the mating surfaces made of metals with different mechanical properties.

Известен другой способ изготовления биметаллических изделий типа труб большой длины, в котором частично устранены недостатки способа по авт. свид. №1332675. Данный способ заключается в том, что изготовленные из металлов с разными механическими свойствами (пределом упругости) тонкостенную трубу и оболочку собирают вместе, для чего соосно размещают тонкостенную трубу в оболочке с зазором и соединяют их по сопрягаемым поверхностям путем пластического деформирования той детали, которая изготовлена из металла с меньшим пределом упругости (см. патент РФ №2095179, кл. В 21 D 39/04 от 1996 г.). При пластическом деформировании детали с меньшим пределом упругости, например, тонкостенной трубы, другая деталь - оболочка, имеющая больший предел упругости, испытывает упругую деформацию. После снятия нагрузки с тонкостенной трубы оболочка принимает свои первоначальные размеры и прилегает к сопрягаемой поверхности тонкостенной трубы, обеспечивая тем самым жесткость конструкции длинномерной биметаллической трубы.There is another method of manufacturing bimetallic products such as pipes of large lengths, in which the disadvantages of the method according to ed. testimonial. No. 1332675. This method consists in the fact that a thin-walled pipe and a shell made of metals with different mechanical properties (elastic limit) are assembled together, for which a thin-walled pipe is coaxially placed in the shell with a gap and connect them along the mating surfaces by plastic deformation of the part that is made of metal with a lower elastic limit (see RF patent No. 2095179, class. In 21 D 39/04 from 1996). During plastic deformation of a part with a lower elastic limit, for example, a thin-walled pipe, another part, a shell with a higher elastic limit, experiences elastic deformation. After removing the load from the thin-walled pipe, the shell assumes its original dimensions and abuts against the mating surface of the thin-walled pipe, thereby ensuring the rigidity of the design of the long bimetallic pipe.

Хотя в известном способе изготовления биметаллических изделий соединение внутренней тонкостенной трубы и оболочки ведут с учетом механических свойств разных металлов, из которых изготовлены детали биметаллического изделия, однако проводимое для придания износостойкости рабочей поверхности ее последующее упрочнение, например, азотированием при температуре более 550°С приводит к разной деформации внутренней тонкостенной трубы и оболочки биметаллического изделия из-за разных коэффициентов объемного расширения. Это приводит к искривлению биметаллического изделия, поэтому становятся непостоянными диаметральные размеры по длине изделия, что делает невозможным использование изготовленного по данному способу биметаллического изделия в качестве прецизионного изделия большой длины, например, корпуса цилиндра плунжерного насоса, к которому предъявляются повышенные требования по прямолинейности, постоянству внутреннего диаметра.Although in the known method of manufacturing bimetallic products, the connection of the inner thin-walled pipe and the sheath is carried out taking into account the mechanical properties of the different metals from which the parts of the bimetallic product are made, however, its subsequent hardening, for example, by nitriding at a temperature of more than 550 ° C, leads to different deformation of the inner thin-walled pipe and the shell of the bimetallic product due to different volume expansion coefficients. This leads to a curvature of the bimetallic product, therefore, the diametric dimensions along the length of the product become unstable, which makes it impossible to use the bimetallic product manufactured by this method as a long precision product, for example, a cylinder body of a plunger pump, to which increased demands are made for straightness and constant internal diameter.

Известен еще один способ изготовления длинномерного биметаллического изделия типа трубы, включающий соосное размещение тонкостенной трубы в оболочке с зазором, последующее их соединение по сопрягаемым поверхностям путем холодной или теплой радиальной ковки со степенью деформирования не менее 8%, при этом перед размещением тонкостенной трубы в оболочке производят ее физико-химическое упрочнение высокотемпературным методом, например, либо азотированием, либо анодированием, либо фосфатированием, либо цементированием, при температуре нагрева до 600°С как по внутренней, так и по наружной поверхности, при этом упрочнение ведут на глубину не менее 0,1 мм с достижением твердости не менее 800 HV. В результате получается биметаллическое изделие с качественным соединением по сопрягаемым поверхностям двух деталей, выполненных из металлов с разным пределом упругости, большой длины, жесткой конструкции, с упрочненной рабочей поверхностью. Требуемая чистота обработки рабочей поверхности достигается во время операции радиальной ковки на дорне.There is another method of manufacturing a long bimetallic pipe-type product, including coaxial placement of a thin-walled pipe in the shell with a gap, their subsequent joining on mating surfaces by cold or warm radial forging with a degree of deformation of at least 8%, while before placing the thin-walled pipe in the shell its physico-chemical hardening by a high-temperature method, for example, either nitriding, or anodizing, or phosphating, or cementing, at a temperature of heating to 600 ° C both on the inner and outer surfaces, while hardening is carried out to a depth of not less than 0.1 mm with a hardness of at least 800 HV. The result is a bimetallic product with a high-quality connection on the mating surfaces of two parts made of metals with different elastic limits, large lengths, a rigid structure, with a hardened working surface. The required surface finish is achieved during the radial forging operation on the mandrel.

Однако и этот способ не обеспечивает изготовление прецизионных длинномерных биметаллических изделий типа труб, поскольку проводимое упрочнение внутренней тонкостенной трубы при температуре 600°С приводит к внутренним напряжениям и, как следствие, - к изменению геометрических размеров биметаллического изделия.However, this method does not provide the manufacture of precision long bimetallic products such as pipes, since the hardening of the internal thin-walled pipe at a temperature of 600 ° C leads to internal stresses and, as a consequence, to a change in the geometric dimensions of the bimetallic product.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления биметаллических цилиндрических изделий типа труб большой длины, включающий установку с зазором внутрь оболочки заготовки листового материала из антикоррозионного и/или антифрикционного сплава металлов по всей длине оболочки или в виде многовитковой спирали, последующее соединение оболочки и заготовки по сопрягаемым поверхностям путем их холодного деформирования посредством радиальной ковки на дорне при степени деформирования 5÷90% и с одновременным наружным охлаждением. В процессе холодного пластического деформирования происходит одновременно упрочнение внутреннего покрытия биметаллической трубы, а чистовую обработку рабочей поверхности изделия обеспечивают в процессе радиальной ковки на дорне (см. патент РФ №2171164, кл. В 23 К 20/00 от 2000 г).Closest to the claimed method in terms of technical nature and the achieved result is a method of manufacturing bimetallic cylindrical products such as large-length pipes, including installing with a gap into the shell the blanks of sheet material from an anticorrosive and / or antifriction metal alloy along the entire length of the shell or in the form of a multi-turn spiral, subsequent the connection of the shell and the workpiece on the mating surfaces by their cold deformation by radial forging on the mandrel with a degree d formation of 5 ÷ 90% with simultaneous external cooling. In the process of cold plastic deformation, the internal coating of the bimetallic pipe is simultaneously hardened, and the work surface of the product is finished during radial forging on the mandrel (see RF patent No. 2171164, class B 23 K 20/00 from 2000).

В этом известном способе изготовления биметаллических изделий большой длины обеспечивается жесткость конструкции, строгая прямолинейность и стабильность внутреннего диаметра по всей длине, при этом обеспечивается антикоррозионная защита рабочих поверхностей.In this known method of manufacturing bimetallic products of large length, structural rigidity, strict straightness and stability of the inner diameter along the entire length are provided, while providing corrosion protection of the working surfaces.

Однако этот способ изготовления биметаллического изделия не обеспечивает высокую эксплуатационную надежность, поскольку рабочие поверхности, хотя и защищены от коррозии, но имеют низкие прочностные характеристики. Проведенное в процессе пластического деформирования упрочнение внутреннего покрытия из антикоррозионного и/или антифрикционного сплава металлов биметаллического изделия не обеспечивает поверхностную прочность рабочей поверхности изделия, не повышает ее износостойкость в достаточной степени, требуемой для работы такого изделия длительное время в агрессивной среде, например, содержащей абразив. Образующиеся на рабочей поверхности из пластичного антикоррозионного и/или антифрикционного сплава металлов риски от абразива приводят к снижению качества чистовой обработки рабочей поверхности. Как следствие - ухудшаются эксплуатационные характеристики биметаллического изделия, а именно: нарушается герметичность пары плунжер-цилиндр плунжерного насоса, что делает насос неработоспособным.However, this method of manufacturing a bimetallic product does not provide high operational reliability, since the working surfaces, although protected from corrosion, have low strength characteristics. The hardening of the internal coating made of an anticorrosive and / or antifriction metal alloy of a bimetallic product carried out during plastic deformation does not provide the surface strength of the product’s working surface, does not increase its wear resistance to a sufficient degree required for such a product to work for a long time in an aggressive environment, for example, containing an abrasive. The risks from the abrasive formed on the working surface of a plastic anticorrosive and / or antifriction alloy of metals lead to a decrease in the quality of finishing of the working surface. As a result, the operational characteristics of the bimetallic product deteriorate, namely: the tightness of the plunger-cylinder pair of the plunger pump is impaired, which makes the pump inoperative.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эксплуатационной надежности биметаллического изделия в условиях работы в агрессивной среде, содержащей морскую воду, флюиды большой обводненности, абразивы, при больших динамических и/или пульсирующих нагрузках длительное время, путем придания рабочим поверхностям биметаллического изделия, наряду с высокими антикоррозионными и/или антифрикционными характеристиками, высоких износостойких характеристик против абразивного износа за счет исключения высокотемпературных режимов на всех этапах изготовления прецизионного биметаллического цилиндрического изделия типа трубы большой длины при обеспечении жесткости конструкции, прямолинейности и постоянства внутреннего диаметра по всей длине.The technical problem to which the invention is directed is to increase the operational reliability of a bimetallic product under conditions of operation in an aggressive environment containing sea water, high water cut fluids, abrasives, for a long time under high dynamic and / or pulsating loads, by imparting a bimetallic product to the working surfaces along with high anticorrosion and / or antifriction characteristics, high wear-resistant characteristics against abrasive wear due to exclusion of high-temperature regimes at all stages of manufacturing a precision bimetallic cylindrical product such as a long pipe, while ensuring structural rigidity, straightness and constancy of the inner diameter along the entire length.

Дополнительно решается задача снижения трудоемкости способа и повышения технологичности процесса изготовления изделия.Additionally, the problem of reducing the complexity of the method and improving the manufacturability of the manufacturing process of the product.

Поставленная техническая задача решается тем, что в известном способе изготовления прецизионных биметаллических длинномерных цилиндрических изделий типа труб, включающем установку с зазором внутрь оболочки заготовки из антикоррозионного и/или антифрикционного сплава металлов по всей длине оболочки, последующее соединение оболочки и заготовки по сопрягаемым поверхностям путем их холодного деформирования посредством радиальной ковки на дорне с одновременным наружным охлаждением, упрочнение и чистовую обработку рабочей поверхности биметаллического изделия, новым является то, что холодное деформирование оболочки и заготовки радиальной ковкой ведут при степени деформирования 3÷50%, при этом в очаг деформирования в процессе ковки подают жидкую смазку, а после соединения оболочки и внутренней заготовки проводят поверхностное упрочнение рабочей поверхности сформированного биметаллического изделия методом низкотемпературного гальванического хромирования путем непрерывного прокачивания хромсодержащего электролита через внутреннюю полость биметаллического цилиндрического изделия, при этом питающее напряжение для гальванического хромирования подводят к цилиндрическому аноду, установленному по оси цилиндрического изделия на всю его длину, и к токоподводящим клеммам, которые устанавливают на наружной поверхности оболочки биметаллического изделия равномерно по всей его длине на расстоянии 500÷800 мм в зависимости от типоразмера биметаллического изделия, хромирование ведут до образования минимальной толщины слоя хрома не менее 0,1 мм, затем проводят чистовую обработку хромированной рабочей поверхности из антикоррозионного и/или антифрикционного материала биметаллического изделия хонингованием до образования чистоты обработки 8-9 кл. (0,4Ra) шероховатости, поверхностной твердости 950÷1100 HV и толщины слоя хрома не менее 0,08 мм.The stated technical problem is solved by the fact that in the known method of manufacturing precision bimetallic long cylindrical products such as pipes, including installing with a gap into the shell of the workpiece from an anticorrosive and / or antifriction metal alloy along the entire length of the shell, subsequent joining of the shell and the workpiece along mating surfaces by cold deformation by radial forging on the mandrel with simultaneous external cooling, hardening and finishing of the working surface of a bimetallic product, it is new that cold deformation of the shell and the workpiece by radial forging is carried out at a degree of deformation of 3 ÷ 50%, while liquid lubricant is supplied to the deformation zone during forging, and after joining the shell and the inner workpiece, surface hardening of the formed bimetallic surface is carried out products by the method of low-temperature galvanic chromium plating by continuously pumping a chromium-containing electrolyte through the internal cavity of bimetallic cilium drich product, while the supply voltage for galvanic chrome plating is applied to the cylindrical anode mounted along the axis of the cylindrical product along its entire length, and to the current-supplying terminals, which are installed on the outer surface of the shell of the bimetallic product uniformly over its entire length at a distance of 500 ÷ 800 mm in depending on the size of the bimetallic product, chrome plating is carried out until a minimum thickness of the chromium layer is formed of at least 0.1 mm, then the chrome working surface is finished NOSTA of anticorrosion and / or antifriction material bimetallic articles honing treatment to form cells 8-9 purity. (0.4Ra) roughness, surface hardness 950 ÷ 1100 HV and the thickness of the chromium layer is not less than 0.08 mm

В качестве антикоррозионного и/или антифрикционного материала используют латунь или монель-металл.As anticorrosive and / or antifriction material, brass or monel metal is used.

Хромирование ведут при температуре 50÷70°С.Chrome plating is carried out at a temperature of 50 ÷ 70 ° C.

В качестве анода используют стержень из меди со свинцовым защитным покрытием.A copper rod with a lead protective coating is used as an anode.

Для хромирования биметаллического изделия диаметром 32 мм токоподводящие клеммы на оболочке устанавливают на расстоянии 800 мм друг от друга, а для хромирования биметаллического изделия диаметром 57 мм токоподводящие клеммы на оболочке устанавливают на расстоянии 500 мм друг от друга.For chromium plating of a bimetallic product with a diameter of 32 mm, the current-carrying terminals on the shell are installed at a distance of 800 mm from each other, and for chromium plating of a bimetallic product with a diameter of 32 mm, the current-supplying terminals on the shell are installed at a distance of 500 mm from each other.

Благодаря тому, что в процессе изготовления биметаллического цилиндрического изделия типа трубы соединение по сопрягаемым поверхностям двух деталей с разными механическими свойствами (пределом упругости, коэффициентом объемного расширения, а также коэффициентом электропроводности) ведут холодным деформированием в процессе радиальной ковки на дорне при смазке в очаге деформирования, а также благодаря тому, что придание рабочим поверхностям биметаллического изделия антикоррозионных и износостойких характеристик ведут низкотемпературным методом, полностью исключается негативное высокотемпературное воздействие на биметалличекое изделие, приводящее к большим внутренним напряжениям в соединяемых между собой оболочке и внутреннем покрытии. При этом появилась возможность снизить величину степени деформирования до 3÷50%, поскольку для упрочнения внутреннего покрытия биметаллического изделия проводится поверхностное упрочнение рабочей поверхности низкотемпературным методом. Благодаря тому, что подложка под хром имеет высокие антикоррозионные свойства, адгезия хрома лучше, чем для стали, поэтому поверхностное упрочняющее покрытие рабочей поверхности биметаллического изделия будет более качественным. В результате обеспечивается получение прецизионных биметаллических цилиндрических изделий типа трубы большой длины (3700÷5000 мм) с обеспечением строгой прямолинейности, постоянства внутреннего диаметра по всей длине, жесткости конструкции, при этом рабочие поверхности биметаллического изделия имеют высокие антикоррозионные и/или антифрикционные и износостойкие характеристики против абразивного износа.Due to the fact that during the manufacturing process of a bimetallic cylindrical product such as a pipe, the connection on the mating surfaces of two parts with different mechanical properties (elastic limit, coefficient of volume expansion, and also the coefficient of electrical conductivity) is carried out by cold deformation during radial forging on the mandrel when lubricated in the deformation zone, and also due to the fact that giving the working surfaces of the bimetallic product anti-corrosion and wear-resistant characteristics lead to low temperature By the tour method, the negative high-temperature effect on the bimetallic product, which leads to large internal stresses in the interconnected shell and the inner coating, is completely eliminated. At the same time, it became possible to reduce the degree of deformation to 3–50%, since surface hardening of the working surface by the low-temperature method is carried out to harden the inner coating of the bimetallic product. Due to the fact that the chromium substrate has high anticorrosion properties, chromium adhesion is better than for steel, so the surface hardening coating of the working surface of the bimetallic product will be better. As a result, it is possible to obtain precision bimetallic cylindrical products such as long pipes (3700 ÷ 5000 mm) with strict straightness, constant inner diameter along the entire length, structural rigidity, while the working surfaces of the bimetallic product have high anticorrosion and / or antifriction and wear-resistant characteristics against abrasive wear.

Формирование биметаллического изделия с внутренним покрытием из материала с антикоррозионными и/или антифрикционными свойствами, позволяет выполнить внутреннее покрытие изделия (его рабочие поверхности) из сплава металлов, преимущественно, из латуни или монель-металла, обладающего самыми высокими известными антикоррозионными и/или антифрикционными свойствами (например, коэффициент трения латуни меньше коэффициента трения стали в 1,5 раза).The formation of a bimetallic product with an internal coating of a material with anticorrosive and / or antifriction properties allows the inner coating of the product (its working surfaces) to be made of an alloy of metals, mainly brass or monel metal, which has the highest known anticorrosive and / or antifriction properties ( for example, the friction coefficient of brass is less than the coefficient of friction of steel by 1.5 times).

Благодаря тому, что поверхностное упрочнение рабочей поверхности из материала с антикоррозионными и/или антифрикционными свойствами ведут низкотемпературным методом - гальваническим хромированием, полностью исключается в процессе упрочнения рабочих поверхностей изменение геометрических параметров биметаллического изделия, что неизбежно проявляется при других видах поверхностного упрочнения (высокотемпературным фосфатированием, анодированием, цементированием и т.п.). При низкотемпературном режиме упрочнения не оказывается негативного воздействия на соединенные по сопрягаемым поверхностям деталей с разными механическими свойствами (оболочка стальная, внутреннее покрытие из латуни). Поскольку подложка под хром не корродирует, то и хромовое покрытие не будет вспучиваться и шелушиться.Due to the fact that surface hardening of the working surface of a material with anticorrosive and / or antifriction properties is carried out by the low-temperature method - galvanic chromium plating, the geometric parameters of the bimetallic product are completely eliminated during the hardening of the working surfaces, which inevitably manifests itself in other types of surface hardening (high-temperature phosphating, anodizing cementing, etc.). Under the low-temperature hardening regime, there is no negative effect on the parts connected with mating surfaces with different mechanical properties (steel shell, brass inner coating). Since the chromium substrate does not corrode, the chrome coating will not swell and peel off.

Благодаря тому, что для гальванического хромирования анод размещают строго по оси внутренней полости цилиндрического биметаллического изделия, а другие токоподводящие клеммы для подачи напряжения закрепляют на наружной поверхности биметаллического изделия - его оболочке, при этом токоподводящие клеммы устанавливают равномерно по всей длине длинномерного изделия на предлагаемом расстоянии друг от друга в зависимости от типоразмера изделия, обеспечивается, во-первых, качественное прилипание хрома на рабочую поверхность по всей длине и по всей внутренней поверхности, т.к. разность потенциалов между токоподводящими клеммами и анодом, установленным строго по оси внутренней полости цилиндрического изделия, обеспечивает требуемую толщину покрытия из хрома, во-вторых, обеспечивается более равномерное распределение покрытия из хрома на упрочняемую внутреннюю поверхность, с наименьшими отклонениями максимальной толщины слоя в зоне расположения токоподводящей клеммы и минимальной толщины слоя хрома в зоне между токоподводящими клеммами. Это объясняется, по-видимому, следующим. Установка клемм для подвода питающего напряжения на наружной поверхности биметаллического изделия - на стальной оболочке, наличие миниамального воздушного зазора, который неизбежно будет сохраняться между оболочкой и внутренним покрытием после их соединения деформированием в процессе ковки, и выполнение внутреннего покрытия с более высокой электропроводностью, чем наружная оболочка, позволяет распределить ток более равномерно на длине биметаллического изделия, уменьшить величину тока в анодно-катодном пространстве и тем самым снизить скорость прилипания хрома в зоне расположения токоподводящих клемм и уменьшить тем самым толщину слоя хрома в этой зоне. Предложенное размещение токоподводящих клемм на оболочке в зависимости от типоразмера (диаметра) биметаллической трубы обеспечивает равномерность оседания хрома по длине изделия.Due to the fact that for galvanic chromium plating, the anode is placed strictly along the axis of the inner cavity of the cylindrical bimetallic product, and other current-supplying terminals for supplying voltage are fixed on the outer surface of the bimetallic product - its shell, while the current-supplying terminals are installed uniformly along the entire length of the lengthy product at a suggested distance from each other from each other, depending on the size of the product, firstly, high-quality adhesion of chromium to the working surface along the entire length is ensured and over the entire inner surface, as the potential difference between the current-supplying terminals and the anode installed strictly along the axis of the inner cavity of the cylindrical product provides the required thickness of the chromium coating, secondly, provides a more uniform distribution of the chromium coating on the hardened inner surface, with the smallest deviations of the maximum layer thickness in the area of the current-carrying terminals and the minimum thickness of the chromium layer in the area between the current-carrying terminals. This is apparently explained by the following. Installing terminals for supplying voltage on the outer surface of the bimetallic product — on the steel shell, the presence of a mini-minimal air gap, which will inevitably remain between the shell and the inner coating after they are connected by deformation during forging, and performing an inner coating with higher electrical conductivity than the outer shell , allows you to distribute the current more evenly along the length of the bimetallic product, to reduce the current in the anode-cathode space and thereby reduce the chrome sticking rate in the zone of the current-carrying terminals and thereby reduce the thickness of the chromium layer in this zone. The proposed placement of current-carrying terminals on the shell, depending on the size (diameter) of the bimetallic pipe, ensures uniform deposition of chromium along the length of the product.

Хотя предложенное размещение токоподводящих клемм снаружи оболочки, а также наличие воздушного зазора и между сопрягаемыми деталями несколько снижает скорость нанесения упрочняющего покрытия из хрома на латунь или монель-металл, однако замедление процесса хромирования обеспечивает более равномерное оседание хрома, при минимальной разнице между неровностями по длине изделия, что позволяет сократить время для последующей чистовой механической обработки рабочих поверхностей для получения прецизионного изделия, снижает трудоемкость изготовления и повышает технологичность способа изготовления биметаллического изделия.Although the proposed placement of current-carrying terminals outside the shell, as well as the presence of an air gap and between mating parts, slightly reduces the rate of application of the hardening coating of chromium on brass or monel metal, however, the slowing down of the chromium plating process provides a more uniform deposition of chromium, with a minimum difference between irregularities along the length of the product , which allows to reduce the time for subsequent finishing machining of working surfaces to obtain a precision product, reduces the complexity manufacturing and improves the manufacturability of the method of manufacturing a bimetallic product.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет изготовить прецизионное длинномерное биметаллическое изделие, в котором рабочие поверхности из твердохромированной латуни (монель-металла) обеспечат высокие антикоррозионные и износостойкие характеристики против абразивного износа, что повышает эксплуатационную надежность биметаллического изделия в агрессивной среде длительное время и даже в случае нарушения поверхностного упрочняющего покрытия, поскольку рабочая поверхность, выполненная из антикоррозионного и/или антифрикционного сплава металлов, обеспечит антикоррозионную защиту изделия.Thus, the proposed method allows to produce a precision long bimetallic product in which the working surfaces of solid chrome-plated brass (monel metal) will provide high anti-corrosion and wear-resistant characteristics against abrasive wear, which increases the operational reliability of the bimetallic product in an aggressive environment for a long time and even in case of violation surface hardening coating, since the working surface is made of anti-corrosion and / or anti-friction The metal is melted, provide corrosion protection products.

Предлагаемый способ в производственных условиях осуществляется следующим образом:The proposed method in a production environment is as follows:

- берут пустотелую оболочку в виде длинной трубы из стали,- take a hollow shell in the form of a long steel pipe,

- берут тонкостенную трубную заготовку из латуни (монель-металла); в качестве заготовки можно использовать листовой материал в виде прямоугольного листа (полосы) или в виде ленты,- take a thin-walled tubular billet of brass (monel metal); as a workpiece, you can use sheet material in the form of a rectangular sheet (strip) or in the form of a tape,

- устанавливают трубную заготовку внутрь оболочки соосно с зазором ≈0,5 мм; в случае листового материала укладывают лист однослойно, ленту укладывают в виде многовитковой спирали с частичным нахлестом витков друг на друга, размер заготовки выбирается, исходя из возможности ее преобразования в замкнутый контур при холодном деформировании,- set the pipe billet inside the shell coaxially with a gap of ≈0.5 mm; in the case of sheet material, the sheet is laid in a single layer, the tape is laid in the form of a multi-turn spiral with a partial overlap of the turns on each other, the size of the workpiece is selected based on the possibility of its transformation into a closed loop during cold deformation,

- производят холодное деформирование оболочки и заготовки радиальной ковкой на дорне, в очаг деформирования подают жидкую смазку, одновременно охлаждают наружную поверхность оболочки,- cold deformation of the shell and the workpiece is carried out by radial forging on the mandrel, liquid lubricant is supplied to the deformation zone, at the same time, the outer surface of the shell is cooled,

- деформирование деталей ведут при степени деформирования 3÷50% до соединения оболочки и заготовки по сопрягаемым поверхностям,- the deformation of parts is carried out at a degree of deformation of 3 ÷ 50% to the connection of the shell and the workpiece on the mating surfaces,

- затем по наружной поверхности сформированного биметаллического изделия - на оболочке из стали - устанавливают токоподводящие клеммы на расстоянии 500÷800 мм друг от друга в зависимости от типоразмера биметаллической трубы, а по оси трубы устанавливают на всю длину изделия анод из меди со свинцовым защитным покрытием,- then on the outer surface of the formed bimetallic product - on a shell of steel - install current-supplying terminals at a distance of 500 ÷ 800 mm from each other, depending on the size of the bimetallic pipe, and install an copper anode with a lead protective coating along the pipe axis,

- прокачивают непрерывно через внутреннюю полость биметаллической трубы стандартный хромсодержащий электролит при температуре 50÷70°↓С,- a standard chromium-containing electrolyte is pumped continuously through the internal cavity of the bimetallic pipe at a temperature of 50 ÷ 70 ° ↓ С,

- подключают анод и клеммы к источнику питающего напряжения и в течение первых 40 с подают ток 5000 А, после чего до окончания процесса хромирования поддерживают рабочий ток 2500 А,- connect the anode and terminals to the power supply source and during the first 40 s supply a current of 5000 A, after which the operating current of 2500 A is maintained until the end of the chromium plating process,

- процесс гальванического хромирования ведут до образования минимальной толщины слоя хрома не менее 0,1 мм на сторону,- the process of galvanic chromium plating is carried out until a minimum thickness of the chromium layer is formed of at least 0.1 mm per side,

- после чего проводят чистовую обработку хромированной рабочей поверхности хонингованием до образования чистоты обработки 8-9 кл. (0,4 Ra) шероховатости, до образования поверхностной твердости хромового покрытия 950÷1100 HV и минимальной толщины хрома не менее 0,08 мм на сторону по всей длине изделия.- then carry out the finishing of the chrome plated work surface by honing until the purity of the processing of 8-9 cells. (0.4 Ra) roughness, until the surface hardness of the chrome coating is 950 ÷ 1100 HV and the minimum thickness of chromium is at least 0.08 mm per side along the entire length of the product.

Пример конкретного осуществления.An example of a specific implementation.

Для изготовления корпуса цилиндра плунжерного насоса брали оболочку в виде длинной трубы длиной 4000 мм с наружным диаметром 60,0 мм, внутренним диаметром 48,0 мм из стали Ст 45. В качестве внутреннего покрытия брали трубную заготовку из латуни длиной 4000 мм, толщиной 1,0 мм, с наружным диаметром 47,0 мм, внутренним диаметром 45,0 мм. Установили трубную заготовку соосно в оболочке с радиальным зазором ≈0,5 мм. В качестве заготовки может быть использован листовой материал, который, согнув, устанавливают внутрь оболочки с зазором ≈0,5 мм в один слой по всей длине оболочки. Далее проводили холодную пластическую деформацию оболочки и заготовки на дорне, имеющем форму конуса, методом радиальной ковки на радиально-ковочной машине бойками GM 50 со степенью деформации 25%.For the manufacture of the cylinder housing of the plunger pump, a sheath was taken in the form of a long pipe 4000 mm long with an outer diameter of 60.0 mm and an inner diameter of 48.0 mm made of St 45 steel. As an internal coating, a tubular billet of 4000 mm long, thickness 1, was taken. 0 mm, with an outer diameter of 47.0 mm, an inner diameter of 45.0 mm. A pipe billet was installed coaxially in a shell with a radial clearance of ≈0.5 mm. As a preform, a sheet material can be used, which, having bent, is installed inside the shell with a gap of ≈0.5 mm in one layer along the entire length of the shell. Next, cold plastic deformation of the shell and the workpiece was carried out on a cone-shaped mandrel using the radial forging method on a radial forging machine with GM 50 strikers with a degree of deformation of 25%.

Режимы деформирования:Warp Modes:

- скорость вращения деталей 30 об/мин.- the speed of rotation of the parts 30 rpm

- скорость подачи деталей изделия в бойки 0,4 м/мин.- the feed rate of the parts of the product in strikers 0.4 m / min.

В процессе ковки в зону деформирования постоянно подавали жидкую смазку - масло ИГП-18 - для снижения трения между сопрягаемыми поверхностями оболочки и заготовки.During forging, a fluid lubricant — IGP-18 oil — was constantly supplied to the deformation zone to reduce friction between the mating surfaces of the shell and the workpiece.

Деформацию осуществляли до соединения оболочки и внутренней заготовки из латуни по сопрягаемым поверхностям, при этом производили охлаждение наружной поверхности оболочки водой.The deformation was carried out before joining the shell and the inner brass blank on mating surfaces, while cooling the outer surface of the shell with water.

После деформирования получили биметаллическую трубу со следующими параметрами: толщина оболочки из стали - 5,7 мм, внутреннее покрытие из латуни - 0,8 мм, длина биметаллической трубы 4700 мм.After deformation, a bimetallic pipe was obtained with the following parameters: steel shell thickness - 5.7 mm, brass inner coating - 0.8 mm, bimetal pipe length 4700 mm.

Затем по оси сформированной биметаллической трубы установили на всю длину изделия анод из меди со свинцовым покрытием в виде стержня диаметром 18 мм, длиной 4700 мм. На наружной поверхности стальной оболочки закрепили 6 токоподводящих клемм на расстоянии 800 мм друг от друга. Анод подключили к положительному полюсу источника питающего напряжения, к отрицательному полюсу подключили клеммы. По торцам биметаллической трубы установили герметичные пробки с отверстиями, в которые вставлены шланги для подвода и отвода электролита от гидросистемы.Then, along the axis of the formed bimetallic pipe, a copper anode with a lead coating in the form of a rod with a diameter of 18 mm and a length of 4700 mm was installed over the entire length of the product. On the outer surface of the steel sheath, 6 current-carrying terminals were fixed at a distance of 800 mm from each other. The anode was connected to the positive pole of the supply voltage source, the terminals were connected to the negative pole. At the ends of the bimetallic pipe, sealed plugs were installed with holes in which hoses were inserted for supplying and removing electrolyte from the hydraulic system.

Гальваническое хромирование внутреннего покрытия изделия из латуни вели в низкотемпературном проточном стандартном хромсодержащем электролите, содержащем хромовый ангидрид 250 г/л и серную кислоту 2,5 г/л. Прокачивали электролит во внутренней полости трубы с постоянной скоростью, поддерживали температуру электролита 58°С. В течение первых 40 с подавали ток 5000 А, после чего установили рабочий ток в 2500 А. Продолжительность процесса хромирования латуни составила 3,5 часа. Процесс хромирования латунного покрытия прекратили при образовании минимальной толщины хрома 0,12 мм на сторону трубной заготовки. Хромирование латуни в предложенных режимах обеспечивает образование слоя хрома минимальной толщиной, необходимой для упрочнения рабочей поверхности.The plating of the brass inner coating was galvanized in a low-temperature flowing standard chromium-containing electrolyte containing chromic anhydride 250 g / l and sulfuric acid 2.5 g / l. The electrolyte was pumped in the inner cavity of the pipe at a constant speed, and the electrolyte temperature was maintained at 58 ° C. During the first 40 s, a current of 5000 A was applied, after which a working current of 2500 A was set. The duration of the brass chrome plating process was 3.5 hours. The process of chrome plating of the brass coating was stopped when a minimum chromium thickness of 0.12 mm was formed on the side of the tube billet. Chrome plating of brass in the proposed modes ensures the formation of a chromium layer with the minimum thickness necessary to strengthen the working surface.

После упрочнения антикоррозионного покрытия биметаллической трубы проводили чистовую механическую обработку хромового покрытия хонингованием, для чего использовали хон с зернистостью абразива, обеспечивающего чистоту обработки 8-9 кл. (0,4Ra) шероховатости. Для снятия неровностей в поверхностном упрочняющем слое и получения покрытия толщиной слоя не менее 0,08 мм провели 40 двойных ходов/мин, хонинговальной головкой.After hardening the anticorrosion coating of the bimetallic pipe, the machining of the chrome coating was carried out by honing, for which hon was used with an abrasive grain size that ensured a cleanliness of 8-9 cells. (0.4Ra) roughness. To remove irregularities in the surface hardening layer and to obtain a coating with a layer thickness of at least 0.08 mm, 40 double strokes / min were carried out with a honing head.

В результате получили твердо-хромированное поверхностное покрытие рабочей поверхности из антикоррозионного материала длинномерной биметаллической трубы.The result was a hard-chrome surface coating of the working surface of the anti-corrosion material of a long bimetal pipe.

Исследования полученной биметаллической трубы показали, что:Studies of the obtained bimetallic pipe showed that:

- внутренний диаметр стабилен по всей длине (отклонения±0,01 мм/м),- the inner diameter is stable over the entire length (deviations of ± 0.01 mm / m),

- жесткость биметаллической трубы обеспечивается,- the rigidity of the bimetallic pipe is provided,

- толщина внутреннего покрытия из антикоррозионного материала практически постоянна на протяжении всей длины изделия (отклонения ±0,01 мм),- the thickness of the inner coating of anticorrosive material is almost constant throughout the entire length of the product (deviations of ± 0.01 mm),

- внутреннее покрытие однородно и имеет требуемую чистоту обработки 8-9 кл. (0,4 Ra) шероховатости,- the inner coating is uniform and has the required processing purity of 8-9 cells. (0.4 Ra) roughness,

- твердость упрочняющего слоя составила 1000 HV,- the hardness of the hardening layer was 1000 HV,

- эксплуатационная надежность биметаллического изделия повышается в 2 раза,- the operational reliability of the bimetallic product is increased by 2 times,

- процесс изготовления прецизионного изделия более технологичен.- the manufacturing process of a precision product is more technological.

Claims

1. A method of manufacturing precision bimetallic long cylindrical products such as pipes, including installing with a gap into the shell of the workpiece from anticorrosive and / or antifriction material along the entire length of the shell, the subsequent connection of the shell and the workpiece along mating surfaces by cold deformation by radial forging on the mandrel with simultaneous external cooling, hardening and finishing of the working surface of a bimetallic product, characterized in that the cold deformation the shell and the workpiece are radially forged at a degree of deformation of 3-50%, while the lubricant is supplied to the deformation zone during forging, and after joining the shell and the inner workpiece, surface strengthening of the working surface of the formed bimetallic product is carried out by low-temperature galvanic chromium plating by continuously pumping chromium-containing electrolyte through the internal cavity of a bimetallic cylindrical product, while the supply voltage for galvanic about chromium plating lead to a cylindrical anode mounted along the axis of the cylindrical product over its entire length, and to the current-supplying terminals that are installed on the outer surface of the shell of the bimetallic product evenly over its entire length at a distance of 500-800 mm, depending on the size of the bimetallic product, until a minimum thickness of the chromium layer is formed of at least 0.1 mm, then the chrome-plated working surface is made of anticorrosive and / or antifriction material bimetal by honing until a processing purity of 8–9 cells is obtained. roughness, surface hardness 950-1100 HV and the thickness of the chromium layer is not less than 0.08 mm

2. The method according to claim 1, characterized in that brass or monel metal is used as an anticorrosive and / or antifriction material.

3. The method according to claim 1, characterized in that the chromium plating is carried out at a temperature of 50-70 ° C.

4. The method according to claim 1, characterized in that the rod of copper with a lead protective coating is used as the anode.

5. The method according to claim 1, characterized in that for the chromium plating of a bimetallic product with a diameter of 32 mm, the current-carrying terminals on the shell are installed at a distance of 800 mm from each other.

6. The method according to claim 1, characterized in that for chrome plating a bimetallic product with a diameter of 57 mm, the current-carrying terminals on the shell are installed at a distance of 500 mm from each other.