DE2125250A1

DE2125250A1 - Aluminium roll cladded bearing steel prodn - with automatic feed steel temp control

Info

Publication number: DE2125250A1
Application number: DE19712125250
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing 7107 Neckarsulm Rabenau. f nedrich Wilhelm
Original assignee: Karl Schmidt GmbH
Current assignee: Karl Schmidt GmbH
Priority date: 1971-05-21
Filing date: 1971-05-21
Publication date: 1972-11-30

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen bandförmiger Verbundwerkstoffe durch Walzplattieren Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen bandförmiger Verbundwerkstoffe, vorzugsweise für Gleitlager, durch Walzplattieren eines plattierseitig gereinigten und aufgerauhten, induktiv unter Schutzgas erhitzten Stahlbandes mit einem vornehmlich bei Raumtemperatur zugeführten Leichtmetalll)and, vorzugsweise bestehend aus einer Aluminiumlagerlegierung, wobei das Leichtmetallband weitgehend erst unter dem Walzspalt von dem Stahlband erwärmt wird.
Als Grundwerkstoff für Gleitlager hat sich schon seit Jahren legiertes Aluminium durch sein geringes spezifisches Gewicht, seine hohe Wärmeleitfähigkeit, seinen günstigen E-Modul und die gute Bearbeitbarkeit besonders bewährt. Durch gezielte Zusätze anderer Elemente gelang es, verschiedene hochwertige Aluminiumlagerlegierungen mit hohen Notlaufeigenschaften herzustellen. Weiterhin wurde eine bedeutende Steigerung der Tragfähigkeit und eine wesentliche Verbesserung der Warmfestigkeit erreicht, als es gelang, Leichtmetall-Gleitlager mit einem Stahlrücken zu versehen. Die Entwicklung derartiger Gleitlager wurde ferner begünsitigt durch diirnie druckfeste Lagerlaufschichten, kleine Masse, geringes CXewicht und Eignung zur Massenfertigung ohne Minderung der Präzision.
Diese Vorteil fanden besonderen Anklang im Kolbenmaschinenbau, insbesondere bei brennkraftinaschinen, zur Lagerung der Kurbelwelle und als Plenellager. Aber auch im übrigen maschinenbau werden diese aus einem Stahl-Lechtmetall-Verbundwerkstoff gefertigten Gleitlager mehr und @@ehr eingesetzt.
Die Herstellung des Stahl-Leichtmetall-Verbundwerkstoffes erfolgt gewöhnlich durch Walzplattieren, wobei nach 4er Drr-OS 1 527 597 je nach den Eigenschaften des auf das Stahlband aufzuplattierenden Leichtmetallbandes das Stahlband unmittelbar vor Eintritt in den Walzenspalt induktiv auf eine solche Temperatur aufgeheizt wird, dass im Augenblick der Berührung mit dem bis unmittelbar vor den Walzenspalt mit Raumtemperatur zugeführten Leichtmetallballd die plattierseitige Oberfläche des Leicht -metallbandes eine Kontakttemperatur bis zur Höhe des Solt dus -Punktes des Leichtmetalls erreicht. Die genaue Dosierung der induktiv auf das Stahlband aufgebrachten Wärme, die unter dem Walzenspalt einerseits durch die Verformungswärme der zu plattierenden Werkstoffe erhöht, andererseits durch Strahlungsverluste und Wärmeableitung an die Walzen erniedrigt wird, spielt beim Walzplattieren von Stahl mit Leichtmetall eine entscheidende Rolle, da durch die Temperatur des Stahls sowohl die Güte der Plattierbindung als auch der jeweilige Verformungsgrad des Stahls und in weit höherem Masse der des Leichtinetalls bestimmt werden.
Der Verformungsgrad der zu plattierenden Werkstoffe ist von dem jeweiligen Formänderungswiderstand der einzelnen Werkstoffe abhängig.
Der Formänderungswiderstand nimmt mit steigender Temperatur in der Weise ab, dass der des Leichtmetalls vergleichsweise sehr viel schneller als der des Stahls sinkt. So werden beispielsweise unter Berücksichtigung einer Gesamtverformung von 40% bei im kalten Zustand plattiertem Stahl-Leichtmetall-Verbundwerkstoff der Stahl um 39% und das Leichtme tall um 41% verformt, während bei einem bei 2000C plattierten Verbund werkstoff der gleichen Zusammensetzung und Gesamtverformung der Stahl um 20% und das Leichtmetall um 60% verformt werden Bei einem bei 500°C plattierten Verbundwerkstoff obiger Zusammensetzung und Gesamtverformung werden der Stahl um 2% und das Leichtmetall um 75% verformt.
Daraus ergibt sich, dass der Formänderungswiderstand vergleichsweise stark durch die beim Walzplattieren herrschenden Temperaturen beeinflusst wird, Diese Tatsache erfordert cine genaue Teinperaturrege -lung des Stahlbandes, wenn der vorbestimmte Verformungsgrad der zu plattierenden Werkstoffe n engen Toleranzen eingehalten und die konstruktiven, herstellungstechnischen und wirtschaftlichen Vorteile der aus dem Verbundwerkstoff hergestellten Gleitlager erzielt werden sollen.
So kann durch eine genaue Temperaturregelung das auf den Stahl aufplattierte I.eichtmetall so dünnschichtig wie möglich gehalten werden, so dass nicht nur der Verbrauch an Leichtmetall gesenkt, sondern auch eine höhere l3elastbarkeit des gefertigten Gleitlagers erreicht werden.
Im allgemeinen werden die Temperaturen des Stahlbandes beim Walzplattieren so hoch wie möglich gewählt, um eine maximale Güte der Plattierverbindung mit dem aufzuplattierenden Leichtmetall und eine möglichst geringe Stahlverformung zu erhalten, die nur in engen Toleranzen von dem vorbestimmten Verformungsgrad abweicht. Soweit es das aufzuplattierende Leichtmetall zulässt, wird der Stahl bis zum Curiepunkt von 730°C erhitzt.
Demgegenüber muss jedoch bei der Verwendung von leichtmetallen mit niedrig schmelzenden hertenogen eingelagerten Elementen wie Zinn und Blei enthaltenden Aluminiumlagerlegiorungen bei Temperaturen plattiert werden, bei denen im Walzenspalt während der Plattierung die Schmelzpunkte der niedrig schmelzenden Komponenten des Leiciltmetalls nicht überschritten werden, da sonst die Gefahr des n "Ausschwitzens" der nie drig schmelzenden Elemente besteht. Die maximalen Temperaturen im Leichtmetall treten kurzfristig nur an den Kontaktberührunasfläehen im Walzenspalt auf und werden unmittelbar danach durch Wärmeleitung an den übrigen Querschnitt des kalt zugeführten Leichtmetallbandes abgeführt.
Die Plattiertemperatur im Walzenspalt ist zwar bei der induktiven Erwärmung des Stahlbandes mit der der Induktionsspuie zugeführten Stromst;ri:e regelbar, jedoch absolut abhängig von einer Reihe von Faktoren wie Verformungswärme, Querschnittsabnahme, Dicke des Stahl und Leicht -metallbandes, Aussentemperatur oder dergl. Faktoren. Die wahre Plattiertemperatur im Walzenspalt ist deshalb nie exakt rrlessbar, auch nicht mit in das plattierte Band eingewalzten Thermoelernenten, deren Thermospannung durch das bei der induktiven Erwärmung des Stahlbandes er -zeugte Feld beeinflusst wird. Ausserdem liefert die Trägheit der anzeigenden Messinstrumente ungenaue und nicht kontinuierlich registrierbare Messwerte.
In der Praxis misst man deshalb wegen der genannten Schwierigkeiten die Temperatur des aus dem Walzenspalt auslaufenden plattierten Bandes erst hinter dem Walzenspalt mittels Stich- oder Rollenpyrometern.
Dabei wird jedoch nur eine sich nachher einstellende Mischtemperatur gemessen, die von der wahren Plattiertemperatur beim Kontakt des Stahls mit dem Leichtmetall im Walzenspalt stark abweicht.
Wie der vorstehend beschriebene Stand der Technik zeigt gibt es bisher keine Möglichkeit, die Plattiertemperatur beim Kontakt des Stahls mit dem Leichtmetall unmittelbar im Walzenspalt exakt zu messen und zu regeln, um dadurch den Verformungsgrad des Stahls und somit auch den Verformungsanteil von Stahl und Leichtmetall in engen Toleranzen einzuhalten.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, die Temperatur des Stahlbandes so zu æteuern, dass sowohl eine gleichmässige und für das Leichtlnetallband maximal noch zulässige Plattiertemperatur als auch eine konstante Verformung des Stahls innerhalb enger Toleranzen bei konstanter Gesamtverformung von Stahl und Leichtmetall gewährleistet ist.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass der sich aus der Geschwindigkeit des Stahlbandes auf der Emlaufseite und der Geschwindigkeit des plattierten Bandes auf cler Auslaufseite der Walzen ergebende kontinuierlich gemessene Quotient, der sich mit der Verformung des Stahls ändert.
zur Steuerung des Temperatursollwertes durch Äliderung des Induktionsstromes benutzt wird. Überschreitet oder unterschreitet der Istwert den 0 Temperatursollwertund ändert sich dementsprechend der Verformungs grad und damit der Quotient aus Einlauf- und Auslaufgeschwindigkeit, so wird der Induktionsstrom geschwächt oder verstärkt. Das bedeutet, dass mit zunehmendem Quotienten, d.h. mit zunehmendem Verformungsgrad des Stahls die Beheizung des Stahlbandes erhöht bzw. bei. abnehmendem Quotienten, d, h, mit abnehmendem Verformungsgrad des Stahls erniedrigt werden muss, weil durch diese Massnahme der Verformungsanteil des Leichtmetalls in weit stärkerem Masse als der des Stahls beeinflusstwird und der Gesamt-Verformungsgrad durch bekannte Enddic kenr egelung über den Walzenspalt konstant gehalten wird.
Die Vorrichtung zur Durchfübrung des Verfahrens besteht aus einem an sich bekannten Quotienten-Fernregler, durch dessen oberen und unteren Begrenzungskontakt Spannungsimpuls e auf ein Mitt elfr equenz -Spannungs -r egelungsger ät mit motorischer Sollwertverstellung ausgelöst werden.
Durch ein elektronisches Impulsrelais wird durch einstellbare Impuls-und Pausenzeiten sowie durch Vorwahl der günstigsten Uber- und Unterspannungen ein Minimum der Abweichung und Frequenzen bei der Plattiertemperatur erreicht, so dass der Verformungsgrad des Stahls in engen Grenzen konstant gehalten werden RannJ zumal auch die verstellbaren Minimal- und n'laximalkontalcte d.es Quotientenreglers eng an den Sollwert eingestellt werden können.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es soll ein Verbundwerkstoff für die Herstellung von Gleitlagern durch Walzplattieren, der aus einer 1, 00 ~ 0, 05 mm dicken Stahlschicht und aus einer 0, 60 - 0> 05 mm dicken Al-Sn20-Cu-Schicht besteht, erzeugt werden Bei einem Gesamtverformungsgrad von 40 % erfolgt die Walzplattierung bei o 2 0.
Als bekannt, da experimentell ermittelt, wird vorausgesetzt, daß durch die vorgegebene Temperatur und die Dickenverhältnisse der Schicht des Verbundwerkstoffs vor und nach der Plattierung der Formänderungswiderstand des leichtmetalls 60 kp/mm² und der des Stahls 108 kp/mm² betragen und demzufolge ein Verformungsgrad von 58 % für Leichtmetall und 20 % für Stahl zu erwarten ist.
Daraus ergibt sich eine Ausgangsdicke des Leichtmetallbandes von 1, 42 mm und des Stahlbandes von 1, 25 mm, Bei einer Einlaufgeschwindigkeit des Stahlbandes in den Walzenspalt von 6, 0 m/min. und einer Auslaufgeschwindigkeit von 6 x 1, 25 = 7, 5 in/min.. ergibt sich der Geschwindigkeitsquotient zu 1> 2, Dieser Wert wird im Quotienten-Fernregler durch Kontakteinstellung auf 1, 23 bis 1, 27 begrenzt.
Die zur Erwärmung des 1.-25 mm dicken Stahlbandes bei der vorgegebenen Stahlbreite und Durchlaufgeschwindigkeit erforderliche Induktionsleistung von 14 KÄV wird durch ein Mittelfrequenz-Spannungsregelgerät mit motorischer Sollwertverstellung derart konstant gehalten, daß bei Unter- und Überschreiten der Grenzwerte 1,23 bzw. 1,27 am Geschwindigkeitsquotientenmesser ein Kontakt zur motorischen Einstellung des Sollwertes der Induktionsleistung über ein elektronisches Impuls gerät ausgelöst wird, Dieses Impuisgerät gibt solange Impulse, bis der Sollwert der Verformung wieder erreicht wird. Durch die Steuerung der Impuls- und Pausenzeiten kann die Einspielung auf die Sollwerte für die Temperatur und damit für den Grad der Verformung ohne große e Amplitudenausschläge sehr weich erfolgen, so daß eine hohe Konstanz der Plattiertemperatur und der Maßhaltigkeit und damit Qualität des hergestellten Verbundwerkstoffs gewährleistet ist,

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E 1 Verfahren zum Herstellen bandförmiger Verbundwerkstoffe, vorzugs -weise für Gleitlager, durch Walzplatlieren eines plattierseitig gereinigten und aufgerauhten induktiv unter Schutzgas erhitzten Stahlijandes mit einem vornehmlich bei Raumtemperatur zugeführten Leichtmetallband, vorzugsweise bestehend aus einer Aluminiumplagerlegierung, wobei das leichtmetallband weitestgehend erst unter dem Walzenspalt erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursoliwert des Stablbaudes colbsttätig über die Regelung der Induktionsleis lung mittels des sich aus der Einlaufgeschwindigkeit des Stahlbandes in den Walzenspalt und der Auslaufgeschwindigkeit des Verbundwerkstoffes aus dem Walzen spalt ergebenden Ge schwindigkets quotienten gesteuert wird.
2) Vorricitung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 gekern zeichnet durch einen an sich bekannten mit einem Fernregler und einen oberen und unteren Begrenzungskontakt ausgestatteten Quotienienmesser, der mit einem Mittelfrequenz-Spannungsregelgerät mit motorischer Sollwertbestimmung verbunden ist.
3) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsünpulse über ein elektronisches Impuls-Relais durch einstellbare Impuls- und Pausenzeiten sowie durch Vorwahl der günstigsten Über-und Unterspannungen ausgelöst werden.