Способ получения антифрикционного композиционного материала на основе чугуна

 

Сущность изобретения: способ включает подготовку порошковой шихты из чугуна и медьсодержащей добавки, прессование и спекание. При этом в качестве медьсодержащей добавки используют фосфористую медь. Подготовку шихты проводят совместным расплавлением чугуна и фосфористой меди и распылением расплава после сегрегации его компонентов в виде медно-фосфористых гранул с включениями чугуна при отношении размера гранул к размеру включений, равном 3-8. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 22 С 33/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4747564/02 (22) 09.10.89 (46) 07.09.92 Бюл. М 33 (71) Белорусское республиканское научнопроизводственное объединение порошковой металлургии (72) А.П.Мириленко, В.В.Можаровская, И.М.Пикус, С.В.Попко и С,Ф.Прежин (56) Заявка Японии

O 58-10459, кл. С 22 С 33/02, 1983. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АНТИФРИКЦИОННОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ЧУГУНА. Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов, которые могут быть использованы в тяжелонагруженных узлах трения.

Известен способ получения композиционного материала на основе железа (см. а.с. СССР М 912767 М кл С 22 с 38/16, С 22 /с 33/02, F 16 с 33/12), включающий смешивание гранул чугуна с железным порошком, прессование, вакуумное спекание с пропиткой смесью порошков меди, кремния и марганца, закалку 0 масле и отпуск, Недостатком данного способа является необходимость использования сложного технологического оборудования, невозможность достижения высокого процентного содержания включений чугуна и невысокая несущая способность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ изготовления спеченных прессовок (Япония, а.э. 58-10459 МКМ; С 22 с 33/02, Ы„„1759934 А1 (57) Сущность изобретения: способ включает подготовку порошковой шихты из чугуна и медьсодержащей добавки, прессованиеи спекание. При этом в качестве медьсо- . держащей добавки используют фасфористую медь. Подготовку шихты проводят совместным расплавлением чугуна и фосфористой меди и распылением расплава после сегрегации его компонентов.в виде медно-фосфористых гранул с включениями чугуна при отношении размера гранул к размеру включений, равном 3 — 8.

1 табл.

В 22 F 3/12, С 22 с 33/08), включающий смешивание медного порошка (>2ь) с литейным чугуном, прессование и спекание.

Однако слабая адгезия медной матрицы к включениям чугуна после спекания из-за ограниченной растворимости меди в железе в случае использоаания крупнодисперсных включений, характерных для макрогетерогенных материалов, используемых для работы в особо жестких условиях, приводит к выкрашиванию включений при мехобработке.

Целью изобретения является повышение несущей способности материала и его качества за счет предотвращения выкрашивания включений чугуна, для этого исходную порошковую композицию формирую1 в виде сплошных меднофосфористых гранул с распределенными в них крупнодисперсными включениями чугуна при отношении размера гранул к размеру включений 3 — 8, причем в качестве медьсодержащей добавки используют фосфористую медь.

1759934

При формировании гранулы обеспечивается получение полукогерентной границы между медно-фосфористой матрицей и включением чугуна, следствием его является высокая прочность сцепления между ними. При последующих прессовании и спекании прочность композиционного материала определяется взаимодействием гранул по внешним медно-фосфористым границам;

Способ осуществляют следующим образом.

Исходную порошковую композицию получают в виде сплошных гранул путем распыления совместно расплавленных чугуна и фосфористой меди с обеспечением сегрегации компонентов. Рaar-|еры включений определяются сегрегацией фаз, которая начинается после выключения индукционного нагрева. диспергирующего расплав, Кроме того, на процессы сегрегации влияют время выдержки расплава, температура перегрева расплава, расстояние от сопла до ванны с водой, давление распыляющего газа. За-. тем осуществляют прессование и спекание.

При содержании чугуна до 40$> прессование мажет быть осуществлено статическими методами, При содержании включений более 407; резко ухудшается прессуемость материала. В этом случае целесообразно применение взрывного прессования. В контейнер помещают прессуемые гранулы, герметизируют контейнер, устанавливают заряд взрывчатого вещества, средства подрыва и производят взрывное прессование.

Затем осуществляют спекание и механическую обработку заготовок, В качестве медьсодер>кащей добавки используют фосфористую медь. Это связано с тем, что введение фосфора, повышающего жидкотекучесть расплава, позволяет получать гранулы порошка размером 2001000 мкм, в та время как расплавление состава Fe-Cu-Cr-С, несодержащего фосфора, затруднено, и иэ-эа высокой вязкости расплана выход фракций 200.--1000 мкм IIe превышает 307ь.

Пределы отношения размеров гранул к размеру включений определяются экспериментально и объясняются тем, что при QTIIOшении, меньшем 3, гранула содержиг 2-3 включения чугуна и недостаточно деформируется при прессовании, что приводит к понижению механической прочности и выкрашиванию материала при обработке резанием. При отношении размера гранул к размеру включений, большем 8, ухудшаются триботехнические свойства износостойкого композиционного материала, в частности уменьшается несущая способ5

55 ность, Это можно обьяснить тем, что мелкие включения "вдавливаются" в матрицу под действием больших нагрузок, крупные включения распределяют напряжения в слое, толщина которого соизмерима с размером включений.

Пример 1, Получение порошка осуществлялось на. установке УГР-10. Композиционные гранулы изготавливали из расплава, полученного совместным плавлением 70 мас,ч, чугуна (Сг 107;, С 30, Fe остальное) и 30 мас.ч. фосфористой меди (67 P). Распыление проводилось после сегрегации компонентов через сопла диаметром G мм под углом 25 воздухом при давлении 4 атм. Средний размер гранул составил 800 мкм. Варьированием технологических режимов были получены гранулы со средним размером включений чугуна 80.

100, 160, 270, 400 мкм, что соответствует отношениям размера гранул к размерам включений 10, 8, 5, 3, 2.

Размер включений определяли на автоматическом анализаторе изображения

"Квантимет — 720" по методике "Определение гранулометрического состава порошков".

Б контейнер, изготовленный из листовой стали толщиной 2 мм, с внутренними размерами 55 х 35 х 12 мм помещали полученные гранулы и закрывали его сверху стальным пуансоном толщиной 1 мм. На пуансон помеЩали плоский заряд ВВ (аммонита М 6ЖВ) толщиной 35. мм, средства подрыва и производили взрывное прессование. Полученные прессовки спекали в диссоциированном аммиаке при 890 С в течение 2 ч. Затем осуществляли механическую обработку (фрезерование) поверхности пластин. Наличие выкрашивания включений определяли визуально.

Пример 2, Образцы по прототипу были получены иэ шихты, содержащей 300, медного порошка со средним размером частиц 50 мкм и 7070 серого чугуна (370 С) со средним размером частиц 160 мкм, Затем использовали последовательность операций, приведенную в описании, соблюдая те же условия прессования и спекания, чта и в предлагаемом способе.

Пример 3. При соблюдении таких же технологических режимов по примеру 2 были также получены заготовки, химический состав которых аналогичен химическому составу заготовок в предлагаемом способе: исходная шихта 70 мас.ч. чугуна (Cr 10/, С

3 g, Fe остальное) со средним размером частиц 160 мкм и 30 мас,ч, порошка фосфористой меди (60(, Р) со средним размером частиц 50 мкм,,. 1759934

Средний размер включений, мкм

Отношение размера гранул к размеру включений

Несущая способность, МПа

Примечания

Выкрашивание при фрезеровании, +— есть — нет.

Температура расплао

P BGCTOяние от сопла до ванны,м

Время выдержки расплава, с

Опыт

170

400

1380

1,2

Несплошная поверхность образцов

Предлагаемый (пример 1) 10,5

10,3

10,1

8.2

5

10

270 l 6O

160

13)0

1420

0,75

0,60

0,60

0,60

То же

Несплошная поверхность образцов

Прототип (пример 2) 6,3

160

Аналог (приме 3

Составитель A. Мириленко

Редактор M. Стрельникова Техред M,Moðãåíòàë Корректор М. Шароши

Заказ 3158 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101

I-".есущая способность определялась на машине трения МТ-3 по трехпальчиковой схеме при капельной смазке и скорости скольжения 3,4 м/с. Результаты экспериментов сведены в таблицу.

Из таблицы видно, что выкрашивание включений чугуна из матрицы приводит к снижению несущей способности (опыт 7) или невозможности ее определения (опыты

1, 6), Таким образом, зкспериментагьно установлено, что использование предлагаемого способа приводит по сравнению с прототипом(он >ке базовый объект) к повышению качества изделий за счет исключения выкрашивания включений при механической обработке и несущей способности материала, Формула изобретения

Способ получения антифрикционного композиционного материала на основе чугуна, включающий подготовку шихты из

5 чугуна и медьсодержащей добавки, прессование и спекание, отличающийся тем, что, с целью повышения несущей способности материала и его качества эа счет предотвращения выкрашивания включений

10 чугуна, в качестве медьсодержащей добавки используют фосфористую медь, а подготовку шихты проводят совместным расплавлением чугуна и фосфористой меди и распылением расплава после сегрегации

15 его компонентов в виде медно-фосфористых гранул с включениями чугуна при отношении размера гранул к размеру включений, равном 3-8.