Центробежное литьё

Юдин С.Б.Левин М.М. Розенфельд С.Е.

Машиностроение, 1972 г.

ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ДВУХСЛОЙНЫХ ЗАГОТОВОК

Двухслойные заготовки, изготовляемые центробежным литьем, подразделяют на две группы: биметаллические (т. е. состоящие из двух металлов) и заготовки, состоящие из слоя металла и слоя неметаллического материала. К первой группе относятся биметаллические втулки, трубные заготовки, двухслойные прокатные валки и т. п. Ко второй группе — металлошлаковые трубы, остекленные трубы и т. п.

Центробежное литье биметаллических заготовок производится следующими способами:

1)свободной заливкой расплава, образующего внутренний слой заготовки, в полость вращающегося твердого цилиндра, который является наружным слоем заготовки (его в дальнейшем будем называть основной);

2)расплавлением твердой шихты для образования внутреннего слоя заготовки в закрытой с торцов полости основы;

3) последовательной заливкой двух расплавов, образующих наружный и внутренний слой заготовки.

Согласно общим физико-химическим и термодинамическим представлениям возникновение связи между расплавом и поверхностью основы в биметаллической заготовке вызывается следующими явлениями [43]:

1)смачиванием в результате молекулярного взаимодействия между ними;

2)растворением и взаимной диффузией (если она возможна по диаграмме состояния) на границе раздела основы и расплава;

3) кристаллизацией расплава.

На смачивание сильно влияют ничтожные загрязнения внутренней поверхности основы (обычно органического происхождения — жировые и масляные пленки) и степень ее шероховатости.

Смачивание, а стало быть и растекание, облегчается, если в качестве промежуточной среды между сплавами используется флюс из расплава солей. В качестве флюса рационально применять концентрат смешанных галогенных солей различных металлов.

Получение биметаллических заготовок при строгом соблюдении технологического процесса обеспечивает настолько прочное соединение металлических слоев, что при раздавливании заготовки типа втулки трещины в изломе получаются не в пограничном слое, а в толще сплава, прочность которого ниже.

БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ВТУЛКИ

В машиностроении литые биметаллические детали типа втулок позволяют резко снизить нормы расхода цветных сплавов на единицу продукции.

Одновременно повышаются их эксплуатационные свойства. Так, втулки из оловянно-свинцовистых сплавов выдерживают при окружной скорости 1,5 м/сек давление до 300 кгс/см², тогда как биметаллические втулки при окружной скорости 2,0 м/сек выдерживают давление до 500 кгс/см².

К подшипниковым антифрикционным сплавам, образующим внутренний слой биметаллических втулок, относятся бронзы (оловянные, оловянно-фосфористые, свинцовистые, алюминиевые), латуни, алюминиевые сплавы, баббиты [28].

Успех получения качественных полых биметаллических заготовок, имеющих форму тела вращения, зависит от следующих факторов:

1)тщательной подготовки внутренней поверхности, основы, заливаемой соответствующим антифрикционным расплавом;

2)тщательного приготовления расплава;

3)соблюдения температурных режимов основы (до заливки);

4)строгого выполнения всего технологического цикла изготовления биметаллической заготовки.

Материалом основы заготовки служит мягкая сталь, содержащая до 0,30% углерода.

Практика показала, что более высокое содержание углерода в стали или применение легированных сталей не обеспечивает должного сцепления основы с антифрикционным расплавом. В случае применения чугунной основы она должна содержать минимум графита. Твердость чугунной основы должна быть НВ180—220.

Для двухслойных заготовок малых диаметров основу изготовляют из бесшовной трубы, а для больших диаметров — из поковок или отливок с предварительным отжигом.

К одному из недостатков центробежного способа получения биметаллических подшипников можно отнести ликвацию расплава и прежде всего в свинцовистых бронзах и баббитах. Вместе с тем рядом технологических приемов — уменьшением толщины слоя заливаемого расплава, форсированием охлаждения и уменьшением скорости вращения формы этот дефект может быть сведен к минимуму.

Технология получения биметаллических изделий расплавлением твердой шихты непосредственно в полости основы имеет следующие разновидности:

1)расплавление шихты вне машины (в печи);

2)расплавление шихты на машине с помощью электродуги;

3)расплавление шихты на машине индукционным нагревом. Расплавление   шихты   внутреннего   слоя   в   печи.

Основу по длине отрезают от стальной трубы, к которой с торцов приваривают крышки из листового железа (10—14 мм),одна из них глухая, а другая имеет отверстие диаметром 2—4 мм, предназначенное для выхода газов, образуемых в процессе расплавления шихты в полости основы.

Внутренняя поверхность основы после обработки не должна иметь рисок и шероховатостей, что обеспечивает минимальное растворение железа в бронзе.

Для обеспечения прочного соединения бронзы и основы внутренняя поверхность последней должна быть свободна от ржавчины и масла. Поэтому ее подвергают тщательной обработке.

Вначале основа и крышки проходят травление в 20%-ном растворе соляной кислоты с последующей нейтрализацией в 10%-ном растворе щелочи и промывкой в горячей проточной воде при 80° С. Затем они вновь проходят травление в 20%-ном растворе соляной кислоты и промываются в холодной проточной воде.

После этого внутренняя поверхность основы должна иметь светло-стальной цвет и быть совершенно чистой.

Вместо химической обработки допускается пескоструйная очистка.

Чтобы предохранить обработанную внутреннюю поверхность основы от последующего окисления, ее покрывают тонким слоем раствора буры. При этом погружают основу на 3—5 мин в ванну с горячим (70—80° С) 3%-ным раствором буры и затем просушивают в течение 10—15 мин при 160—180° С. После просушки внутреннюю поверхность основы в нагретом состоянии обмазывают слоем буры (консистенции сметаны) 1—1,5 мм. Концентрированный раствор буры приготовляют смешиванием 150 г буры в 200 см³воды. Обмазанные бурой заготовки просушивают в течение 10 мин при 160—180° С.

Подготовленную заготовку загружают бронзой с добавкой 0,5—1 %  буры от массы бронзы и такого же количества древесного угля.

В тех случаях, когда в шихте используется бронзовая стружка, которую собирают в механических цехах, ее очищают от железа двукратной сепарацией и прокаливают при 400° С для удаления масла. Полное обезжиривание стружки достигается промывкой ее в течение 5—10 мин в ванне с 20%-ным раствором каустической или кальцинированной соды при 80—90° С, после чего ее промывают от щелочи в течение 5—7 мин в проточной воде и тщательно просушивают. Для стальных втулок диаметрами до 100; 100—200; 200—350; 350—450; более 450 мм толщина слоя бронзы составляет соответственно 4; 5; 7; 9; 10 мм и после обработки 1,5; 2; 2,5; 3 и 4 мм.