Методы контроля качества биметаллов

2. Устройство для  прессования биметаллических  изделий из порошков.

      Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для прессования биметаллических изделий из порошков. Цель изобретения - повышение качества изделий. Порошок засыпают в полости, образованные стенками матрицы, торцами пуансонов 1, стенками перегородок 7, 8 и торцами плунжеров 13, 14. При предварительном прессовании порошка происходит смещение поверхностных слоев на величину С, равную 0,08-0,12 толщины соответствующего слоя отпрессованного брикета, за счет чего возникают сдвиговые деформации на границе слоев, вызывающие интенсивное разрушение окисных пленок и шлаковых включений на частицах порошка. Затем пуансонами 1 осуществляют окончательное прессование брикета, в котором прочность сцепления отдельных слоев увеличена по сравнению с известными устройствами, что обеспечивает повышение качества и увеличение срока службы изделий.

Рис. 2

      Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам

для прессования  биметаллических изделий из порошков.

      Целью изобретения является повышение качества изделий.

      На рис.2 схематично показано предлагаемое устройство после засыпки порошка, поперечный разрез; на рис.3 - то же, в конце предварительного прессования (штрихпунктирной линией - в конце прессования); на рис.4 - разрез А-А на рис.2; на рис.5 - узел I на рис.2; на рис.6 - вид Б на рис.4. 

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5 

Рис. 6 

      Устройство содержит пуансоны 1 и матрицу, состоящую из корпуса 2, верхней 3 и нижней 4 плит, связанных между собой шпильками 5. Внутри матрицы перпендикулярно плоскости В, проходящей через ось пуансонов 1, по обе стороны установлены в шахматном порядке с возможностью возвратно-поступательного перемещения по направляющим шпонкам 6 перегородки 7 и 8.

      На боковых поверхностях перегородок 7, не соприкасающихся со стенками матрицы, установлены на упругих элементах 9 планки 10, которые своими Т-образными зацепами 11 входят в соответствующие пазы 12 перегородок 7, при этом зацепы входят в пазы перегородок с образованием зазора 8 между дном паза и торцом зацепа, определяемого по формуле

  где h - толщина соответствующего слоя отпрессованного брикета, мм;

        ∆ - величина перекрытия торца планки 10 с торцом перегородки 8, мм.

      Величину ∆ принимают равной 1-2мм для компенсации смещения осей перегородок 7 и 8 друг относительно друга и предотвращения при этом просыпания порошка в зазоры между торцами перегородок 7 и 8, а первое слагаемое формулы

(0,08-0,12)h = С,

    где С - смещение поверхностей каждого слоя порошка, прилегающего к планкам, относительно поверхностей слоев порошка, находящегося между перегородками без планок.

      В зазорах между перегородками 7 и 8 установлены плунжеры 13 и 14, причем на боковых поверхностях плунжеров 13, прилегающих к планкам 10 перегородок 7, установлены на упругих элементах 15 планки 16, предназначенные для предотвращения утечки порошка в процессе предварительного прессования, которые своими зацепами 17 входят в соответствующие пазы 18. Перегородки 7 и 8 и плунжеры 13 и 14 связаны со штоками гидроцилиндров 19 и 20.

      На верхней плите 3 по осям плунжеров 13 и 14 выполнены загрузочные окна 21, в которых размещены съемные заглушки 22, а в направляющих 23 установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения дозаторы 24.

      Устройство работает следующим образом.

      В начальный момент перегородки 7 и 8 гидроцилиндрами 20 перемещают в край-нее положение навстречу друг другу до их соприкосновения в плоскости В. В этом положении торцы перегородок 8 соприкасаются в плоскости В с торцами планок 10. Затем включают привод перемещения пуансонов 1 (не показан) и вводят последние в матрицу до соприкосновения с крайними перегородками 7 и 8-, при этом плунжеры 13 и 14 при помощи гидроцилиндров 19 отведены в крайнее положение от плоскости В. После этого снимают заглушки 22, открывая загрузочные окна 21, и по направляющим 23 дозаторы 24 перемещают к загрузочным окнам 21, через которые порошок загружают в замкнутые полости, образованные стенками матрицы, торцами пуансонов, стенками перегородок и торцами плунжеров. Затем дозаторы 24 возвращают в исходное положение и загрузочные окна 21 закрывают заглушками 22.

Начинают  период предварительного прессования  порошка, для чего в гидроцилиндры 19 и 20 привода плунжеров 13 и 14 и перегородок 7 и 8 подают рабочую жидкость под давлением, обеспечивающим усилие предварительного прессования. При этом происходит перемещение плунжеров 13 и 14 в направлении плоскости В, что ведет к уплотнению порошка в замкнутых полостях, а это вызывает появление бокового давления Р на планки 10 и торцы перегородок 7 и 8. При этом боковое усилие, действующее на планки 10 со стороны порошка, вызывает деформацию упругих элементов 9, максимальная величина которой равна 5, в результате чего между боковыми стенками перегородок 8 и планками 10 перегородок 7 образуется зазор С (рис.5), что приводит к смещению поверхностей каждого слоя порошка, прилегающего к планкам 10, относительно поверхностей слоев порошка, находящегося между перегородками 8. Одновременно планки 16 плунжеров 13 под действием упругих элементов 15 находятся в постоянном контакте с планками 10 перегородок 7.

      При достижении максимального предварительного усилия прессования со стороны плунжеров 13 и 14 полости гидроцилиндров 20 привода перегородок 7 и 8 соединяют со сливом, при этом перегородки 7 и 8 под действием постоянно действующего на них давления со стороны плунжеров 13 и 14 через предварительно спрессованные слои порошка начинают перемещаться в направлении от плоскости В, а сами слои движутся навстречу друг другу. Наличие указанного смещения С поверхностей каждого слоя порошка друг относительно друга приводит к запрессовке одного слоя в другой. В результате на этих поверхностях возникают значительные силы трения, вызывающие сдвиговые деформации, приводящие к интенсивному разрушению окисных пленок и шлаковых включений на частицах порошка, а также к интенсивному взаимному перемешиванию частиц порошка, находящихся в поверхностных слоях.

      Период предварительного прессования (запрессовка отдельных слоев друг в друга) продолжается до тех пор, пока торцы перегородок 7 и торцы плунжеров 13 не совпадут с плоскостью окна матрицы Г, а торцы перегородок 8 и торцы плунжеров 14 - с плоскостью окна матрицы Д. После этого начинается период окончательного прессования пуансонами 1 от гидроцилиндров устройства (не показан) до получения конечной высоты биметаллического брикета, равной Н_к.

      Затем полости гидроцилиндров 19 привода плунжеров 13 и 14 соединяют со сливом, один из пуансонов 1 отводят из матрицы в крайнее положение, а другим осуществляют выталкивание отпрессованного брикета, после чего и выводят из матрицы.

      Затея перегородки 7 и 8 гидроцилиндрами 20 перемещают в крайнее положение навстречу друг другу до их соприкосновения в плоскости В, при котором торцы пе- регородок 8 соприкасаются в плоскости В с торцами планок 10, а плунжеры 13 и 14 с помощью гидроцилиндров 19 отводят в крайнее положение от плоскости В и пуансоны 1 вводят в матрицу до соприкосновения с крайними перегородками 7 и 8, после чего цикл прессования повторяют.

      Предлагаемое устройство позволяет осуществлять запрессовку отдельных слоев друг в друга на величину С, равную 0,08-0,12 толщины соответствующего слоя отпрессованного брикета, в результате чего на поверхностях контакта отдельных слоев возникают значительные силы трения, вызывающие сдвиговые деформации, что приводит к интенсивному разрушению окисных пленок и шлаковых включений на частицах порошка, а также к интенсивному взаимному перемешиванию частиц по-

рошка, находящихся в поверхностных  слоях, и увеличению сцепления отдельных  слоев брикета за счет увеличения металлического контакта между частицами  порошка, находящегося на соединяемых поверхностях, и, следовательно, повысить качество отпрессованных биметаллических брикетов.

      При значениях С, меньших 0,08 толщины соответствующего слоя отпрессованного брикета, уменьшается интенсивность разрушения окисных пленок и шлаковых включений из-за недостаточного удельного давления между отдельными слоями, необходимого для их разрушения, что уменьшает прочность соединения слоев друг с другом.

Увеличение  значения С больше 0,12 толщины соответствующего слоя отпрессованного брикета практически не влияет на увеличение интенсивности разрушения окисных пленок и шлаковых включений и не приводит к заметному увеличению прочности связи отдельных слоев отпрессованного биметаллического брикета.

Пример. Устройство опробовано при прессовании  биметаллического брикета, состоящего из четырех слоев с толщиной каждого слоя 50 мл, наружные слои которого состоят из железного порошка марки Ж 90-76, а внутренние - из железного порошка ПЖ2М1.

      Усилие предварительного прессования 150кН, а усилие окончательного прессования 1000кН. После прессования брикеты подвергались термообработке при 1000°С в течение 30 мин.

            Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет улучшить механические свойства спрессованного биметаллического брикета за счет повышения прочности сцепления отдельных слоев, в результате чего повышается качество готовых изделий, а следовательно, увеличивается срок их службы примерно в 1,5 раза. 

     3. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА БИМЕТАЛЛОВ

     3. 1. Контроль прочности сцепления и соотношения толщин слоев биметаллов.

     Известные  методы контроля  биметаллического проката на прочность сцепления его слоев можно подразделить на три группы. К первой группе относятся способы технологических испытаний, качественно характеризующих прочность сварки слоев: испытание зубилом, выдавливанием цилиндрических стаканчиков или лунок по Эриксену, на загиб (перегиб), кручение и др.

     Ко  второй группе относятся способы  количественной оценки прочности сцепления слоев: испытания на отрыв и срез слоев при статическом или динамическом нагружении.

     К третьей группе относятся физические методы контроля качества биметаллических материалов без их разрушения.

     Метод качественного определения прочности  сцепления слоев с помощью зубила используют в основном при производстве и применении антифрикционных подшипниковых биметаллов армко-железо — сплав АСМ и сталь 08кп — сплав АО20-1.

  Из  биметаллических полос вырезают образцы вдоль направления прокатки размерами 20—30x150—200 мм. Образец зажимают в тиски и подрубают его зубилом со стороны сплава. При значительной толщине плакирующего слоя делают неполное подрубание сплава; образец перегибают в сторону сплава и затем в сторону стали до образования трещины на сплаве. После этого образец отгибают в сторону стали на 90° (до касания губок тисков). Зубило вставляют в образовавшуюся трещину между слоями так, чтобы срубание сплава происходило по всей ширине образца. Ударами молотка по зубилу производят скалывание слоя антифрикционного сплава со стальной основы. Если зубило проходит по границе раздела слоев с большим трудом, врубаясь в алюминиевый сплав, то считают, что биметалл имеет надежную прочность сцепления слоев и годен для изготовления вкладышей подшипников. Если же зубило при ударе перемещается по межслойной границе, то прочность сцепления является неудовлетворительной и биметалл бракуют.

     Несколько отличается от рассмотренного способа  проверки качества биметаллического проката по прочности сцепления слоев метод английской фирмы «Гласиер», применяемый на Заволжском моторном заводе. После получения трещины на сплаве в нее вставляют зубило и ударами молотка по зубилу поднимают слой сплава длинной примерно 13 мм. Приподнятые полоски сплава захватывают клещами и отрывают от стали. Качество сцепления оценивают по легкости отслоения сплава, по форме и длине отслоенного конуса («языка») сплава. Если длина конуса до 25 мм — сварка слоев хорошая; при длине конуса сплава более 38—50 мм биметаллические полосы бракуют. Следует сразу же отметить, что описанные методы, несмотря на простоту испытаний, применимы только при технологических проверках биметаллов с тонким (0,7—1,5 мм) слоем пластичных плакирующих сплавов. При более толстых и прочных покрытиях данные способы оценки прочности сцепления слоев не применимы, особенно при соотношении слоев, близком 1:1. Значительная неточность проверки прочности соединений слоев обусловлена также субъективностью оценки. И, наконец, главным недостатком этих методов оценки является невозможность получения количественных показателей прочности сцепления компонентов биметалла.

     Для оценки прочности сцепления тонколистовых  биметаллов с очень тонким покрытием, например тонколистовой стали и жести с алюминиевым покрытием, целесообразно применять испытания на загиб с перегибом или выдавливание лунок на приборе Эриксена.

Испытание на загиб проводят на разрывной машине с установкой биметаллического образца на опоры и изгибом его вокруг оправки, имеющей диаметр, кратный толщине листа а в пределах а ≤ d ≤ 4а. Ширина образца обычно равна удвоенной толщине листа, но не менее 10 мм, а длина равна 5а + 150 мм. Свидетельством качественного соединения слоев служит отсутствие расслоения, трещин и разрывов в слоях биметалла после испытания при заданных радиусах и углах изгиба.