RU2692009C1 - Способ получения соединения антифрикционного сплава со сталью сваркой взрывом - Google Patents
Способ получения соединения антифрикционного сплава со сталью сваркой взрывом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2692009C1 RU2692009C1 RU2018123840A RU2018123840A RU2692009C1 RU 2692009 C1 RU2692009 C1 RU 2692009C1 RU 2018123840 A RU2018123840 A RU 2018123840A RU 2018123840 A RU2018123840 A RU 2018123840A RU 2692009 C1 RU2692009 C1 RU 2692009C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- lead
- bronze
- antifriction
- steel
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/06—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of high energy impulses, e.g. magnetic energy
- B23K20/08—Explosive welding
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
- F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Изобретение может найти применение при изготовлении многослойной конструкции подшипников скольжения, в частности, состоящих из стального основания и плакирующего слоя из антифрикционного сплава бронзы, содержащей свинец, например оловянно-свинцовой бронзы. Устанавливают пластину из антифрикционного сплава с зазором над неподвижным стальным основанием и метают пластину из антифрикционного сплава на неподвижное стальное основание посредством инициирования находящегося над ней заряда взрывчатого вещества. Пластина выполнена из бронзы, содержащей свинец. До инициирования заряда взрывчатого вещества вводят в зазор между неподвижным стальным основанием и метаемой пластиной промежуточный слой в виде медной пластины, толщину которой выбирают из условия предотвращения попадания свинца в соединение. Технический результат заключается в получении прочного соединения антифрикционных сплавов, в частности бронз, содержащих свинец, со сталью при сварке взрывом. 1 ил., 2 пр.
Description
Изобретение относится к технологии сварки взрывом и может найти применение в машиностроении, при изготовлении многослойной конструкции подшипников скольжения, в частности, состоящих из прочного стального основания и плакирующего слоя из антифрикционного сплава бронзы, содержащей свинец.
Основные способы соединения компонентов металлов между собой: литейное плакирование, холодная и горячая прокатка, сварка взрывом.
Так, получение биметаллического соединения (сталь - антифрикционный сплав бронзы) БрОЦС 4-4-2,5 литейным плакированием (Политехнический словарь, Изд. «Советская энциклопедия», Москва-1980, стр. 269), приводит к образованию пористого слоя и не. обеспечивает достаточной прочности сцепления слоев, что значительно снижает эксплуатационные характеристики вкладышей подшипников скольжения.
Получение биметаллического соединения для вкладышей подшипников скольжения совместной пластической деформацией (холодной прокаткой), (А.с. SU №965673, В23К 20/04, 25.10.82) включает в себя подготовку поверхностей исходных материалов, сборку пакета, плакирование путем холодной прокатки, промежуточную и окончательную термообработку. При этом пакет собирают из слоев стали и антифрикционного сплава бронзы, содержащей свинец (конкретно, оловянно-цинко-свинцовой) с одновременным введением между ними промежуточного слоя из меди или однофазной латуни, причем толщину промежуточного слоя выбирают равной 2-5% толщины стального слоя. Холодную прокатку ведут с обжатием 50-75%, промежуточный отжиг осуществляют при температуре максимальной растворимости компонентов один в другом. Образовавшееся соединение обладает невысокой прочностью и разрушается при последующей обработке, причем это сложный и трудоемкий процесс, он требует специального оборудования для нагрева и прокатки. Недостаточная прочность сцепления слоев объясняется наличием свинца в составе оловянно-цинко-свинцовой бронзе, который при плакировании вытесняется на поверхность раздела слоев и препятствует их соединению.
Таким образом, принятые в промышленности способы изготовления антифрикционных биметаллических соединений, в частности, сталь - антифрикционный сплав бронзы, содержащей свинец, сложны, трудоемки и, не обеспечивают достаточной прочности сцепления слоев.
Наиболее экономически приемлемым и технологичным подходом для получения биметаллических (биметалл) или композиционных соединений,. в частности, антифрикционных сплавов бронз, содержащих свинец, со сталью, является сварка взрывом, которая дает поверхность соединения с высокими механическими характеристиками и предъявляет менее строгие требования к подготовительным процессам по сравнению с литейным плакированием, холодной и горячей прокаткой. Положительными особенностями сварки взрывом является простота процесса и оборудования, этот процесс хорошо воспроизводим, качество сварного соединения может быть подтверждено неразрушающими и разрушающими методами контроля. При сварке взрывом контакт между металлами достигается при значительно более высоком давлении, чем в принятых технологических процессах, при движении контактной поверхности происходит самоочищение соединяемых поверхностей, требования к чистоте поверхности не столь жесткие. Для достижения высокого импульсного давления используется взрыв конденсированного взрывчатого вещества (ВВ), при этом не требуется специального оборудования для нагрева и прокатки, что обеспечивает минимальные трудозатраты и высокую производительность. Поверхности, которые должны быть соединены, соударяются со скоростью, более 100 м/сек, причем не по нормали, а под небольшим углом (от 2° до 25°), что приводит к более прочному соединению металлов по сравнению с литейным плакированием и прокаткой, за счет интенсивных сдвиговых деформаций в пограничном слое.
Известен способ (патент РФ №2243871, B23K 20/08, 10.01.2005), который может быть использован для соединения двух или нескольких металлических деталей, для чего метаемую металлическую пластину устанавливают с зазором над неподвижной пластиной (металлическим основанием) и инициируют заряд ВВ, расположенный над метаемой пластиной, от системы инициирования. Предварительно производят обработку поверхностей свариваемых пластин до шероховатости Rz=8,0÷12,0 мкм. Сварку осуществляют давлением продуктов детонации, время действия которых превышает время остывания расплавленных на глубину более 2 мкм поверхностных слоев пластин. В частности, в описании представлен результат эксперимента, относящийся к изготовлению вкладышей для подшипников скольжения. Биметалл: Сталь 08КП (неподвижная стальная пластина (основание)) - сплав АО-20 (метаемая металлическая пластина из антифрикционного сплава, не содержащего свинец). Толщина основного материала (Ст08КП) - 6 мм, толщина антифрикционного покрытия (сплав АО-20) - 1.5 мм. Расход ВВ: 6 кг/м2.
Качество сварки соответствует ТУ 48-21-840-89.
Данный технический подход позволяет получить биметалл, имеющий высокие технические и эксплуатационные характеристики, а также позволяет снизить уровень нагрузок, необходимых для разгона метаемой пластины (нет необходимости в обеспечении высокой скорости соударения, необходимой для превышения предела текучести материала). Однако, при таком подходе невозможно обеспечить сварку металлургически несовместимых металлов и сплавов (например, антифрикционный сплав бронзы, содержащей свинец, со сталью).
Техническая проблема состоит в создании технологичных подходов к получению прочных соединений антифрикционных сплавов (в частности, бронз, содержащих свинец) со сталью, так как свинец, находящийся в бронзе в качестве легирующего элемента, со сталью не взаимодействует и не образует твердых растворов.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, заключается в получении прочного соединения антифрикционных сплавов (в частности, бронз, содержащих свинец) со сталью при сварке взрывом.
Данный технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа получения соединения антифрикционного сплава со сталью сваркой взрывом, заключающегося в том, что устанавливают пластину из антифрикционного сплава с зазором над неподвижным стальным основанием, метают пластину из антифрикционного сплава на неподвижное стальное основание посредством инициирования находящегося над ней заряда взрывчатого вещества, в предложенном способе в качестве метаемой пластины выбирают пластину выполненную из антифрикционного сплава бронзы, содержащей свинец, до инициирования заряда взрывчатого вещества вводят в зазор между неподвижным стальным основанием и метаемой пластиной промежуточный слой в виде медной пластины, толщину которой выбирают из условия предотвращения попадания свинца в соединение;
В частности, толщина медной пластины лежит в диапазоне от 200 мкм до 500 мкм.
То есть, технический результат достигается за счет введения в зазор между свариваемыми металлами в исходной сборке до инициирования заряда взрывчатого вещества и соответственно, в полученное после сварки взрывом соединение промежуточного слоя из меди определенной толщины, что позволяет устранить прямой контакт при сварке взрывом металлургически несовместимых металлов-антифрикционного сплава и стального основания, конкретно, антифрикционного сплава бронзы, содержащей свинец, со сталью.
Выбор антифрикционного сплава бронзы, содержащей свинец, для изготовления метаемой пластины обусловлен его практичностью и распространенностью при получении сварных соединений, в частности, для подшипников скольжения.
Свинец, находящийся в антифрикционном сплаве такой бронзы в качестве легирующего элемента, препятствует получению соединения со сталью сваркой взрывом. Это объясняется тем, что при плакировании на поверхность раздела слоев вытесняется свинец, находящийся в свинцовой бронзе в виде мягкой структурной составляющей, который со сталью не взаимодействует и не образует твердых растворов и сварных соединений, хотя с другими металлами, например, с медью, можно получить такое соединение.
При сварке взрывом на контактной границе увеличивается тепловыделение, что приводит к переводу некоторого количества свинца в парообразную фазу и его выносу из зоны соединения, а оставшаяся часть свинца на линии соединения перемешивается в промежуточном слое меди. В связи с этим, для получения соединения антифрикционного сплава со сталью, предложено введение в зазор (причем выбор величины зазора обусловлен необходимостью создания условий возникновения воздушной ударной волны) между стальным основанием • и метаемой пластиной из бронзы, содержащий свинец, промежуточного слоя из меди толщиной, определяемой из условия предотвращения попадания свинца в соединение, в частности, между неподвижным стальным основанием и метаемой пластиной из бронзы, содержащей свинец, предложено расположить тонкую медную пластину (толщиной от 200 мкм до 500 мкм). Толщина промежуточного слоя из меди (медной пластины) подбирается экспериментально в зависимости от толщины метаемой пластины и массы заряда ВВ, исходя из условия предотвращения попадания свинца в соединение.
Эксперимент показывает, что при толщине промежуточной медной пластины менее 200 мкм происходит нарушение ее сплошности в процессе сварки взрывом, а увеличение толщины промежуточной медной пластины более 500 мкм, приводит к уменьшению требуемой толщины антифрикционного слоя в изделии. Сварка взрывом производится за один подрыв системы инициирования.
Практическая реализация этого подхода обеспечивает возможность формирования в зоне сварного шва структуры с минимальным содержанием свинца и предотвращает попадание свинца в соединение между компонентами основных металлов, что способствует получению прочного соединения бронзы, содержащей свинец, и стали.
На фиг. приведено, схематичное изображение реализующего способ устройства сварки взрывом трехслойного композита сталь + медь + антифрикционный сплав бронзы, содержащей свинец, где: 1 - метаемая пластина из антифрикционного сплава бронзы, содержащей свинец,; 2- промежуточная пластина из меди (промежуточный слой в виде медной пластины); 3- неподвижное стальное основание, система инициирования ВВ (обозначена позицией «детонатор»).
Возможность достижения требуемого технического результата при использовании заявляемого способа подтверждается проведенными экспериментами.
Эксперимент проведен в соответствии с фиг. На фиг. изображено реализующее способ устройство для сварки взрывом стали (неподвижная стальное основание 3) с антифрикционным сплавом бронзы, содержащей свинец, (метаемая пластина 1), основанное на установке метаемой пластины 1 с зазором над неподвижным стальным основанием 3 и размещении над метаемой пластиной заряда ВВ, связанного с системой инициирования (детонатор), которое отличается от прототипа тем, что в зазоре между метаемой и неподвижной пластиной располагается промежуточная пластина 2 толщиной от 200 мкм до 500 мкм из меди.;
В последовательности действий способ сварки взрывом реализован следующим образом: устанавливают реализующую функцию плакирующего слоя пластину 1 из антифрикционного сплава бронзы, содержащей свинец, с зазором над неподвижным стальным основанием 3, метают эту пластину на неподвижное стальное основание посредством инициирования находящегося над метаемой пластиной заряда взрывчатого вещества. В качестве метаемой пластины 1 выбирают пластину, выполненную из антифрикционного сплава бронзы, содержащей свинец, до инициирования заряда взрывчатого вещества вводят в зазор между неподвижным стальным основанием 3 и метаемой пластиной 1 промежуточный слой 2 в виде медной пластины, толщину которой выбирают из условия предотвращения попадания свинца в соединение от 200 мкм до 500 мкм.
Эксперимент 1. Изготовление упорных колодок (сегментов) для упорных подшипников скольжения.
Биметалл: Ст. 20 - антифрикционный сплав бронзы, содержащей свинец БрО10С10. Толщина стального основания - (Ст. 20) - 25 мм, толщина метаемой пластины из антифрикционного сплава бронзы, содержащей свинец (БрО10С10) -4 мм (400 мкм). Отношение массы ВВ к массе метаемой пластины 0,9-1,5.
Соединение разрушилось под действием отраженных волн разгрузки в процессе сварки взрывом из - за низкой прочности свинца, частицы которого при плакировании были выдавлены на контактные поверхности стали и бронзы и препятствовали получению соединения.
Эксперимент 2. Изготовление упорных колодок (сегментов) для упорных подшипников скольжения с промежуточным медным слоем.
Композиционный материал: Ст: 20 - медь Ml- антифрикционный сплав бронзы, содержащей свинец БрО10С10. Толщина основного материала (стального основания) (Ст. 20) - 25 мм, толщина промежуточного слоя (Медь M1) - (0,2-0,5)мм, толщина метаемой пластины (БрО10С10) - 4 мм. Отношение массы ВВ к массе метаемой пластины 0,9-1,5.
Получено сварное соединение по всей поверхности. Сварка взрывом в примерах 1-2 производилась взрывчатым веществом (смесь аммиачной селитры с тротилом) со скоростью детонации (1800-2000) м/с.)
По сравнению с прототипом реализована возможность получения прочного соединения (соединение не разрушилось в процессе сварки взрывом) металлургически несовместимых металлов и сплавов.
Таким образом, основным преимуществом способа является получение прочного сварного соединения при сварке взрывом стали с антифрикционным сплавом бронзы, содержащей свинец, за счет введения до инициирования ВВ промежуточного слоя определенной толщины из меди, что позволяет полностью предотвратить попадание свинца, содержащегося в бронзе в качестве легирующего элемента, в соединение между компонентами основных свариваемых металлов.
Claims (1)
- Способ получения соединения антифрикционного сплава со сталью сваркой взрывом, включающий установку пластины из антифрикционного сплава с зазором над неподвижным стальным основанием и метание пластины из антифрикционного сплава на неподвижное стальное основание посредством инициирования находящегося над ней заряда взрывчатого вещества, отличающийся тем, что в качестве метаемой пластины используют пластину, выполненную из бронзы, содержащей свинец, при этом до инициирования заряда взрывчатого вещества вводят в зазор между неподвижным стальным основанием и метаемой пластиной промежуточный слой в виде медной пластины, толщину которой выбирают из условия предотвращения попадания свинца в соединение.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018123840A RU2692009C1 (ru) | 2017-07-12 | 2017-07-12 | Способ получения соединения антифрикционного сплава со сталью сваркой взрывом |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018123840A RU2692009C1 (ru) | 2017-07-12 | 2017-07-12 | Способ получения соединения антифрикционного сплава со сталью сваркой взрывом |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2692009C1 true RU2692009C1 (ru) | 2019-06-19 |
Family
ID=66947963
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018123840A RU2692009C1 (ru) | 2017-07-12 | 2017-07-12 | Способ получения соединения антифрикционного сплава со сталью сваркой взрывом |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2692009C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113927255A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-01-14 | 中车长春轨道客车股份有限公司 | 轨道客车钢铜复合材料合成工艺及其制造设备 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3395444A (en) * | 1966-08-01 | 1968-08-06 | Gen Electric | Method of using explosives to coat a metal body |
SU406691A1 (ru) * | 1971-06-30 | 1973-11-21 | А. А. Ершов, П. Ф. Засуха, В. К. Никифоров , В. Д. Корщиков Уральский научно исследовательский институт черных металлов | |
RU2154755C2 (ru) * | 1998-03-25 | 2000-08-20 | Ермолаев Александр Александрович | Способ изготовления вкладышей подшипников скольжения |
RU2243871C1 (ru) * | 2003-08-12 | 2005-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "ГосНИИмаш" | Способ сварки взрывом |
SU1630156A1 (ru) * | 1989-08-22 | 2013-12-27 | Физико-технический институт АН БССР | Способ сварки взрывом стали со свинцовистой бронзой |
-
2017
- 2017-07-12 RU RU2018123840A patent/RU2692009C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3395444A (en) * | 1966-08-01 | 1968-08-06 | Gen Electric | Method of using explosives to coat a metal body |
SU406691A1 (ru) * | 1971-06-30 | 1973-11-21 | А. А. Ершов, П. Ф. Засуха, В. К. Никифоров , В. Д. Корщиков Уральский научно исследовательский институт черных металлов | |
SU1630156A1 (ru) * | 1989-08-22 | 2013-12-27 | Физико-технический институт АН БССР | Способ сварки взрывом стали со свинцовистой бронзой |
RU2154755C2 (ru) * | 1998-03-25 | 2000-08-20 | Ермолаев Александр Александрович | Способ изготовления вкладышей подшипников скольжения |
RU2243871C1 (ru) * | 2003-08-12 | 2005-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "ГосНИИмаш" | Способ сварки взрывом |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113927255A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-01-14 | 中车长春轨道客车股份有限公司 | 轨道客车钢铜复合材料合成工艺及其制造设备 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Li et al. | Solid-state additive manufacturing and repairing by cold spraying: A review | |
Paradiso et al. | Magnesium and aluminium alloys dissimilar joining by friction stir welding | |
US7921778B2 (en) | Single phase tungsten alloy for shaped charge liner | |
RU2560472C2 (ru) | Способ получения многослойного материала | |
FI118518B (fi) | Menetelmä monimateriaalikomponentin tai -rakenteen valmistamiseksi sekä monimateriaalikomponentin tai -rakenteen käyttö | |
RU2692009C1 (ru) | Способ получения соединения антифрикционного сплава со сталью сваркой взрывом | |
Fu et al. | Novel method of aluminum to copper bonding by cold spray | |
RU2649929C1 (ru) | Способ получения жаростойкого интерметаллидного покрытия на поверхности пластины из низкоуглеродистой стали | |
RU2299790C1 (ru) | Способ обработки вкладышей подшипников скольжения | |
RU2679814C1 (ru) | Способ получения износостойких покрытий на поверхностях пластин из меди и магниевого сплава | |
CN113478064A (zh) | 铜铝铜三层复合板爆炸焊接方法 | |
KR940005229B1 (ko) | 복합 슬라이딩 부재 및 그 제조방법 | |
RU2007114514A (ru) | Способ получения изностойких покрытий | |
ES2964094T3 (es) | Procedimiento de producción de una capa deslizante de un cojinete de deslizamiento utilizando una aleación y/o de un material | |
RU2243871C1 (ru) | Способ сварки взрывом | |
RU2537671C1 (ru) | Способ изготовления биметаллических труб сваркой взрывом | |
JP2013002613A (ja) | 摺動部材 | |
Wu et al. | Preparation of the projectile rotating band and its performance evaluation | |
RU2701699C1 (ru) | Способ получения износостойких покрытий на поверхностях пластин из алюминиевого сплава и меди | |
CN114535933B (zh) | 一种高应力自紧力铜钢复合耐磨轴套制造方法 | |
RU2470755C2 (ru) | Способ получения сварного соединения разнородных металлических материалов | |
JP2002181047A (ja) | スラスト軸受およびその製造方法 | |
RU2711284C1 (ru) | Способ получения износостойких покрытий на поверхностях пластин из меди и алюминиевого сплава | |
RU2700441C1 (ru) | Способ получения медно-никелевого покрытия на поверхностях титановой пластины | |
Gulbudak et al. | The effect of process parameters on the material position of dissimilar friction stir welded AA2024-T3/5754-H22 joints |