СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВА НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ СИСТЕМЫ АЛЮМИНИЙ-ОЛОВО-СВИНЕЦ-МЕДЬ С ДОБАВКАМИ ИНДИЯ И/ИЛИ ВИСМУТА ДЛЯ ВКЛАДЫШЕЙ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
PROCEDURE FOR PRODUCTION OF ALLOY ON BASE OF ALUMINIUM OF SYSTEM ALUMINIUM-TIN-LEAD-COPPER WITH ADDITIVES OF INDIUM AND/OR BISMUTH FOR INSERTIONS OF FRICTION BEARING IN INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретения относятся к области металлургии металлических материалов с высокими трибологическими и прочностными свойствами, используемыми в машиностроении при изготовлении вкладышей для двигателей внутреннего сгорания. Основными требованиями, предъявляемыми к таким материалам, являются высокая стойкость к износу и работоспособность в экстремальных условиях.
Известны вкладыши коренных и шатунных подшипников двигателей внутреннего сгорания (ДВС), включающие стальную основу с нанесенным на внутреннюю поверхность антифрикционным слоем из свинцовистой бронзы, на которую гальваническим методом нанесен тонкий слой сплава свинец-олово-медь. Недостатком таких вкладышей является быстрое разрушение гальванического слоя сплава свинец-олово-медь в современных высокофорсированных ДВС.
Из уровня техники известен способ, являющийся наиболее близким аналогом предлагаемому способу [RU 2081932]. Способ получения сплава на основе алюминия системы алюминий-олово-свинец-медь с добавками индия и/или висмута для вкладышей подшипников скольжения ДВС, включающий нагрев расплава алюминия до 1150°С, добавление олова, введение индия и/или висмута, перемешивание расплава, введение свинца, выдержку расплава в течение 20-30 минут при периодическом перемешивании, введение меди, выдержку расплава в течение 5-10 минут, слив расплава в водоохлаждаемый кристаллизатор, в котором обрабатывают затвердевающий расплав скрещенными электрическим и магнитным полями.
Задачей настоящего изобретения является повышение надежности подшипника за счет улучшения качества сплава на основе алюминия и его прирабатываемости и противозадирности без снижения прочности и износостойкости.
Поставленная задача, в результате решения которой достигаются высокие характеристики вкладышей подшипников скольжения для ДВС, реализуется с помощью способа получения сплава на основе алюминия системы алюминий-олово-свинец-медь с добавками индия и/или висмута для вкладышей подшипников скольжения двигателей внутреннего сгорания, включающего нагрев расплава алюминия до 1150°С, добавление олова, введение меди, выдержку расплава в течение в течение 5-10 минут, слив расплава в водоохлаждаемый кристаллизатор, в котором обрабатывают твердеющий расплав скрещенными электрически и магнитным полями, отличающегося тем, что в расплав алюминия вводят компоненты, при следующем их соотношении, мас.%: олово 6-10, индий 0,5-5 и/или висмут 0,1-0,6, свинец 10-18 и медь 1-3, при этом при введении компонентов расплав алюминия поддерживают при постоянной температуре 1150°С, причем при получении сплава, содержащего и индий, и висмут, их вводят в расплав последовательно.
Способ получения сплава на основе алюминия системы алюминий-олово-свинец-медь с добавками индия и/или висмута для вкладышей подшипников скольжения ДВС осуществляется следующим образом. Исходный алюминий помещают в огнеупорный тигель вакуумной индукционной печи, расплавляют и разогревают до температуры 1150°С, постоянной в течение всего плавильного процесса. В расплав алюминия добавляют олово, масса которого с учетом угара и испарения должна обеспечить получение в сплаве концентрации олова в сплаве 6-10 мас.%, затем последовательно вводят индий, масса которого с учетом угара и испарения должна обеспечить получение концентрации индия в сплаве 0,5-5 мас.%, и/или висмут, масса которого с учетом угара и испарения должна обеспечить получение концентрации висмута в сплаве 0,1-0,6 мас.%, расплав перемешивают и вводят свинец, масса которого с учетом угара и испарения должна обеспечить получение концентрации свинца в сплаве 10-18 мас.%, выдерживают расплав в течение 20-30 минут при периодическом перемешивании и вводят медь, масса которой с учетом угара и испарения должна обеспечить получение концентрации меди в сплаве 1-3 мас.%, затем выдерживают расплав в течение 5-10 минут, сливают его в водоохлаждаемый кристаллизатор, обрабатывают затвердевающий расплав скрещенными электрическими и магнитными полями. Особенностью плавильного процесса является поддержание постоянной температуры (1150°С) при проведении всех операций - при введении в расплав компонентов, при перемешивании и при выдержке вплоть до разливки. Особенностью химической композиции является то, что необходимо вводить по крайней мере один из элементов - висмут или индий, при этом они вводятся последовательно в указанных пределах с учетом угара и испарения. Как показали наши испытания, в результате этих процедур значительно улучшаются трибологические и прочностные характеристики вкладышей, вследствие чего оказалось возможным повысить нагрузку до 100-120 МПа.
Пример реализации способа
Для проверки эксплуатационных характеристик антифрикционного сплава на основе алюминия, приготовленного в соответствии с предложенным способом получения, было выплавлено три слитка. Химический состав трех слитков сплава на основе алюминия разного химического состава приведен в Таблице.
Химический состав заготовок (мас.%)
Pb
Sn
Сu
In
Bi
Al
1
12,5
6,3
1,0
5,0
0,10
75,1
2
15,0
8,0
2,1
5,0
0,1
69,8
3
17,2
9,8
3,0
5,0
0,1
64,9
Экспериментальная технология приготовления трех слитков сплава на основе алюминия в соответствии с предлагаемым способом получения включала расплавление исходного алюминия в огнеупорном тигле вакуумной индукционной печи и доведение расплава до температуры 1150°С. Далее в расплав алюминия вводили последовательно олово, индий и висмут в количестве, обеспечивающем получение заданных концентраций с учетом угара и испарения, расплав перемешивали и аналогично вводили свинец, выдерживали расплав при 1150°С в течение 20-30 минут при перемешивании и, в конце концов, аналогично вводили медь. После выдержки в течение 5-10 минут расплав сливали в водоохлаждаемый кристаллизатор, при этом затвердевающий расплав обрабатывали скрещенными электрическими и магнитными полями. Из всех трех заготовок отбирали образцы для металлографического и элементного анализа. По результатам испытаний, вкладыши с антифрикционным слоем, из сплава на основе алюминия, полученного в соответствии с предлагаемым способом получения, отлично выдерживали нагрузку до 100-120 МПа.