Способ получения биметаллической полосы с антифрикционным порошковым покрытием на основе меди для подшипников скольжения

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способу получения биметаллической полосы с антифрикционным покрытием на основе меди из металлических порошков, предназначенной для изготовления подшипников скольжения. Исходную шихту, содержащую, мас.%: 9-11 порошка железа с размером частиц ≤40 мкм, 9-11 порошка свинца - ≤40 мкм, 0,5-1,0 порошка оксида алюминия (Al2O3) - ≤0,1 мкм, остальное медь - ≤70 мкм, предварительно подвергают прокатке при давлении 200-250 МПа и помещают на стальную основу. Полученную композицию прокатывают с обжатием по стальной основе 70-80% и подвергают нагреву до температуры 800-850°С в атмосфере водорода с изотермической выдержкой в течение 15-30 мин. Охлаждение ведут в той же атмосфере. Обеспечивается повышение прочностных свойств, износостойкости и стойкости к контактному разрушению. 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к получению биметаллической полосы с антифрикционным покрытием из металлических порошков, предназначенной для изготовления подшипников скольжения.

Слоистые подшипники скольжения, представляющие собой стальную основу и антифрикционное покрытие, широко применяются со второй половины XX века. Тем не менее, экономически целесообразна разработка новых многофункциональных покрытий, обладающих комплексом улучшенных эксплуатационных свойств (повышенные абразивная и усталостная прочность и низкий коэффициент трения), а также способов и устройств их нанесения на основу, является актуальной проблемой современной науки о материалах. Для решения этой проблемы в первую очередь необходимо создать композиционные материалы, обладающие всем комплексом свойств, подчас взаимоисключающих, обеспечивающих функциональные возможности покрытий. С этих позиций наиболее перспективно производство композитов методами порошковой металлургии, имеющей практически неограниченные возможности в выборе составов и построении структуры материалов для обеспечения требуемых служебных свойств.

Известен способ изготовления биметалла для вкладышей подшипников скольжения (патент РФ №2244612, МПК В23К 20/04, опубликовано 20.01.2005), включающий подготовку поверхностей исходных материалов, сборку пакета из слоев стали и омедненной с двух сторон бронзы, плакирование путем холодной прокатки с обжатием 50-75%, термообработку при температуре 610-630°С в среде защитного газа. Толщину слоев меди в омедненной бронзе определяют из условия обеспечения в готовом биметалле медного подслоя толщиной не более 60-80 мкм. Биметалл изготавливают по технологической схеме и на оборудовании для холодной прокатки биметалла сталь-сплав АО 20-1.

Недостатками данного способа являются:

1. Многостадийность способа, включающая двустороннее омеднение бронзы.

2. Сложность подбора соотношения толщин листов бронзы и стали.

Известен способ изготовления биметаллической заготовки из антифрикционного сплава (патент РФ №2590464, опубликовано 10.06.2016), включающий выплавку сплава, содержащего алюминий, свинец, олово, медь, цинк, кремний и титан, его термообработку и последующую прокатку в три стадии, со степенью деформации на первой стадии прокатки, обеспечивающей плакирование заготовки алюминием, подготовку полученной плакированной алюминием полосы, антифрикционного сплава и стальной полосы для совместного деформирования, их совместное деформирование для получения биметаллической заготовки и окончательный отжиг заготовки, отличающийся тем, что выплавляют антифрикционный сплав при следующем соотношении компонентов, мас. %: свинец - 2,0-4,0, олово - 8,0-12,0, медь - 2,0-5,0, цинк - 1,5-4,0, кремний - 0,1-1,0, титан - 0,02-0,2, алюминий - остальное, термообработку антифрикционного сплава осуществляют не позднее чем через 3 ч после его выплавки при температуре Т=230°-270°С в течение 2,5-3,5 ч, после каждой стадии прокатки осуществляют термообработку при Т=230°-270°С в течение 1-3 ч, а окончательный отжиг биметаллической заготовки осуществляют не менее 2 ч при Т=300°-320°С.

Недостатками представленного способа являются:

1. Сложность и многостадийность процесса;

2. Высокая трудоемкость получения свинцово-алюминиевого сплава;

3. Многократные термические обработки;

4. Использование дорогостоящего олова в большом количестве.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому решению является способ получения биметаллической полосы для подшипников скольжения (заявка WO 2009/017501 А1, FEDERAL-MOGUL CORPOREITION и др., опубликовано 05.02.2009), обладающих повышенной износостойкостью. Антифрикционный слой состоит из сплава медь-олово-висмут с размером частиц ≤ 10 мкм, который может также включать фосфор, Fe3P или MoSi2. Добавление небольших количеств Fe3P или MoSi2 или их смеси относительно твердых частиц медно-оловянной матрицы, обеспечивает повышенную твердость и износостойкость материала подшипника. Способ осуществляется следующим образом: на стальную основу наносят смесь порошков сплава содержащего, мас. %: олова - 1-15, висмут - 1-30, остальное медь с 0,03-0,8 фосфора и 0,1-10 Fe3P или MoSi2, совместно нагревают указанную смесь и стальную основу для спекания порошков и припекания их к основе и прокатывают полученный композит для полного уплотнения порошковой смеси. После прокатки повторно нагревают полученный композит для диффузионного взаимодействия внутри антифрикционного материала и на границе соприкосновения с основой. Затем после вторичной термообработки композит повторно прокатывают с целью выдавливания олова на поверхность антифрикционного слоя.

Недостатками этого способа являются:

1.Сложность и трудоемкость получения исходной порошковой шихты для формирования антифрикционного слоя;

2.Многостадийность термической обработки и обработки давлением композита.

Техническим результатом данного изобретения является получение биметаллической полосы с антифрикционным порошковым покрытием на основе меди для подшипников скольжения, обладающей повышенными прочностными свойствами, износостойкостью и стойкостью к контактному разрушению путем формирования структуры сочетанием термической обработки и пластической деформации.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения биметаллической полосы с антифрикционным порошковым покрытием на основе меди для подшипников скольжения, включающем подготовку исходной шихты для формирования антифрикционного слоя, совместную обработку давлением основы и антифрикционного слоя, их термообработку и последующее охлаждение, согласно изобретению исходную шихту, содержащую, мас. %: 9-11 порошка железа с размером частиц ≤40 мкм, 9-11 порошка свинца - ≤40 мкм, 0,5-1,0 порошка оксида алюминия (Аl2О3) - ≤0,1 мкм, остальное медь - ≤70 мкм, предварительно подвергают прокатке при давлении 200-250 Мпа и помещают на стальную основу, полученную композицию прокатывают с обжатием по стальной основе 70-80%, подвергают нагреванию до температуры 800-850°С в атмосфере водорода с изотермической выдержкой в течение 15-30 мин, охлаждение ведут в той же атмосфере.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем:

- железный порошок в процессе обработки давлением деформируется и образует упрочняющие волокна. Использование порошков железа с дисперсностью выше 40 мкм ведет к снижению концентрации волокон и неравномерности их распределения по объему антифрикционного слоя. Применение железного порошка менее 9% не гарантирует должной концентрации волокон в объеме антифрикционного слоя, а более 11% снижает его антифрикционные свойства;

- порошок свинца обеспечивает повышенные антифрикционные свойства изделий и стабильность размеров после спекания. Использование порошков свинца с дисперсностью выше 40 мкм ведет к снижению прочностных свойств композита. Содержание свинцового порошка менее 9% приводит к недостаточному смазывающему эффекту (повышению коэффициента трения), а - выше 11% к снижению прочностных свойств композита;

- порошок оксида алюминия (Al2O3), обеспечивает нанодисперсное упрочнение матрицы (повышение твердости) антифрикционного слоя. Снижение содержания порошка оксида алюминия менее 0,5% недостаточно упрочняет антифрикционный слой, а увеличение содержания оксида алюминия выше 1,0% - резко затрудняет процессы его пластической деформации;

- предварительная прокатка порошковой шихты при давлении 200-250 Мпа обеспечивает равномерность распределения порошковых компонентов исходной шихты, заданную плотность и толщину антифрикционной порошковой полосы;

- прокатка шихты с давлением ниже 200 Мпа не обеспечивает необходимой прочности получаемой антифрикционной порошковой полосы для ее переноса на стальную основу, а - при давлении выше 250 сильно уплотняет антифрикционную порошковую полосу, делая весьма проблематичной ее накатку на стальную основу;

- совместная прокатка антифрикционной порошковой полосы и стальной основы с обжатием по стальной основе 70-80% создает необходимое сцепление антифрикционного покрытия со стальной основой, формирует заданную дисперсно-упрочненную волокнистую структуру антифрикционного покрытия, раскатывая в волокна железный порошок;

- совместная прокатка антифрикционной порошковой полосы и стальной основы с обжатием по стальной основе менее 70% недостаточно раскатывает железные частицы и не формирует волокнистую структуру. А прокатка с обжатием выше 80% не дает положительного результата и чрезмерно наклепывает стальную основу.

- совместная термообработка биметаллической композиции путем нагревания до температуры 800-850°С в атмосфере водорода обеспечивает очистку металлических дисперсоидов от оксидов, качественное спекание антифрикционного порошкового покрытия и диффузионное взаимодействие покрытия и стальной основы. Нагрев ниже 800°С не гарантирует полного спекания, а выше 850°С нецелесообразен.

Изотермическая выдержка при температуре 800-850°С в течение 15-30 мин обеспечивает полное спекание антифрикционного порошкового покрытия, а так же диффузионное взаимодействие основы и антифрикционного покрытия, создавая весьма прочное сцепление покрытия с основой. При изотермической выдержке менее 15 мин эти диффузионные процессы не успевают полностью пройти, а выдержка более 30 мин не дает дополнительных преимуществ.

Охлаждение в атмосфере водорода гарантирует отсутствие окисления свинца, меди и железа в поверхностных слоях антифрикционного покрытия.

Пример конкретного осуществления.

Экспериментальную проверку предлагаемого способа получения биметаллической полосы с антифрикционным порошковым покрытием на основе меди для подшипников скольжения проводили в лабораторных условиях в Институте металлургии УрО РАН по следующей технологии.

Порошковую композицию, содержащую, мас. %: 9-11 порошка железа с размером частиц ≤40 мкм, 9-11 порошка свинца - ≤40 мкм, 0,5-1,0 оксида алюминия (Аl2О3) - ≤0,1 мкм, остальное медный порошок - ≤70 мкм смешивали в виброаэрационном смесителе в течение 3 мин, затем полученную шихту помещали в бункер подачи лабораторного прокатного стана МЛС - 82 ИМЕТ УрО РАН и прокатывали с давлением 200-250 МПа. Полученную таким образом антифрикционную порошковую полосу размещали на стальную основу и совместно прокатывали с обжатием по стальной основе 70-80%. После прокатки полученную биметаллическую полосу помещали в электропечь с атмосферой водорода, нагревали до температуры 800-850°С, делали 15-30 минутную выдержку при этой температуре и охлаждали в атмосфере водорода.

Способ получения биметаллической полосы с антифрикционным порошковым покрытием на основе меди для подшипников скольжения, включающий подготовку исходной смеси для формирования антифрикционного слоя, совместную термообработку и обработку давлением основы и антифрикционного слоя и последующее охлаждение, отличающийся тем, что исходную шихту, содержащую, мас.%: 9-11 порошка железа с размером частиц ≤40 мкм, 9-11 порошка свинца - ≤40 мкм, 0,5-1,0 порошка оксида алюминия (Аl2O3) - ≤0,1 мкм, остальное медь - ≤70 мкм, предварительно подвергают прокатке при давлении 200-250 МПа и помещают на стальную основу, при этом полученную композицию прокатывают с обжатием по стальной основе 70-80%, подвергают нагреву до температуры 800-850°С в атмосфере водорода с изотермической выдержкой в течение 15-30 мин, а охлаждение ведут в той же атмосфере.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к деталям, выполненным из низкокремнистого алюминиевого сплава, которые могут быть использованы в автомобильной и авиационной промышленности.

Изобретение относится к области металлургии легких сплавов, в частности сплавов на основе алюминия, и может быть использовано при получении слитков различными методами литья, в частности методом полунепрерывного вертикального литья.

Изобретение относится к способу обжига покрытия подложки печатной формы. Способ обжига покрытия подложки печатной формы, выполненной из алюминия или алюминиевого сплава, включает нагрев до температуры отжига подложки, выдержку при этой температуре в течение заданного времени и охлаждение, при этом по меньшей мере, в диапазоне температур от 150°C до температуры обжига разница температур металла печатной формы, измеренная вдоль линии в продольном направлении печатной формы во время нагрева и во время охлаждения, составляет максимум 40°C на длине 40 см, а разница температур металла печатной формы, измеренная вдоль линии перпендикулярной продольному направлению, составляет менее 10°C во время нагрева и во время охлаждения.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения изделий электротехнического назначения на основе алюминия, применяемых для изготовления электротехнической катанки и проводов высоковольтных линий электропередач.

Изобретение относится к области металлографических исследований и анализа материалов применительно к определению неоднородности распределения частиц дисперсных фаз в листовых металлах и сплавах.

Изобретение относится к алюминиевым сплавам, используемым в промышленности автотранспортных средств. Способ получения изделия из алюминиевого сплава включает формование листа из дисперсионно-твердеющего термически обрабатываемого алюминиевого сплава для получения из алюминиевого сплава формованного изделия, имеющего одну или более частей; нагревание по меньшей мере одной части формованного изделия из алюминиевого сплава, имеющего одну или более частей, два или более раз до температуры термообработки от 250 до 300°С при скорости нагревания от 10 до 220°С/с и поддерживание температуры каждой термообработки в течение 60 с или менее, причем по меньшей мере одна часть формованного изделия из алюминиевого сплава содержит дисперсионно-твердеющий термически обрабатываемый алюминиевый сплав.

Изобретение относится к алюминиевым сплавам, используемым в промышленности автотранспортных средств. Способ получения изделия из алюминиевого сплава включает формование листа из дисперсионно-твердеющего термически обрабатываемого алюминиевого сплава для получения из алюминиевого сплава формованного изделия, имеющего одну или более частей; нагревание по меньшей мере одной части формованного изделия из алюминиевого сплава, имеющего одну или более частей, два или более раз до температуры термообработки от 250 до 300°С при скорости нагревания от 10 до 220°С/с и поддерживание температуры каждой термообработки в течение 60 с или менее, причем по меньшей мере одна часть формованного изделия из алюминиевого сплава содержит дисперсионно-твердеющий термически обрабатываемый алюминиевый сплав.

Изобретение относится к алюминиевым сплавам, используемым в промышленности автотранспортных средств. Способ получения изделия из алюминиевого сплава включает формование листа из дисперсионно-твердеющего термически обрабатываемого алюминиевого сплава для получения из алюминиевого сплава формованного изделия, имеющего одну или более частей; нагревание по меньшей мере одной части формованного изделия из алюминиевого сплава, имеющего одну или более частей, два или более раз до температуры термообработки от 250 до 300°С при скорости нагревания от 10 до 220°С/с и поддерживание температуры каждой термообработки в течение 60 с или менее, причем по меньшей мере одна часть формованного изделия из алюминиевого сплава содержит дисперсионно-твердеющий термически обрабатываемый алюминиевый сплав.

Изобретение относится к получению и применению листа из алюминиевого сплава для изготовления штампованной конструкции кузова или конструкционной детали кузова автомобиля, называемой еще «неокрашенный кузов», причем лист имеет предел текучести Rp0i2 не ниже чем 60 МПа, и удлинение при одноосном растяжении Ag0, не ниже чем 34%.Способ получения листа из алюминиевого сплава для изготовления штампованной конструкции кузова или конструкционной детали кузова автомобиля, включает вертикальную непрерывную или полунепрерывную разливку сляба, имеющего состав, в мас.%: Si: 0,15-0,50; Fe: 0,3-0,7; Cu: 0,05-0,10; Mn: 1,0-1,5; другие элементы <0,05 каждый и <0,15 в общем, остальное алюминий, и обдирку сляба, гомогенизацию при температуре, по меньшей мере, 600°С в течение, по меньшей мере, 5 часов с последующим регулируемым охлаждением до температуры 550°С-450°С за по меньшей мере 7 часов, затем охлаждением до комнатной температуры за по меньшей мере 24 часа, нагрев до температуры 480°С-530°С с подъемом температуры за, по меньшей мере, 8 часов, горячую прокатку, охлаждение, холодную прокатку и отжиг при температуре, по меньшей мере, 350°С ,упрочняющую обработку, со степенью деформации между 1% и 10%,химическое травление механически нарушенного слоя.

Изобретение относится к алюминиевым сплавам, предназначенным для изготовления изделий сложной формы, в частности банок и бутылок. Алюминиевый сплав представляет собой сплав с кристаллографической структурой, содержащей: меньшее или равное 10 об.% количество взятых вместе компонентов текстуры Госса и перевернутой текстуры Госса; меньшее или равное 20 об.% количество компонентов текстуры латуни; большее или равное 10 об.% количество взятых вместе компонентов S-текстуры и текстуры меди; микроструктуры алюминия в виде случайных или второстепенных ориентаций - остальное, при этом отношение плотности α-волокон низкого уровня к плотности α-волокон высокого уровня меньше или равно 0,40; а отношение плотности α-волокон низкого уровня к плотности β-волокон меньше или равно 0,15.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения сплавов на основе ванадия, и может быть использовано для получения высококачественных композиций на его основе с титаном и хромом, предназначенных для атомной энергетики.
Изобретение относится к подшипниковым антифрикционным самосмазывающимся материалам. Способ получения металлофторопластового материала с сетчатым антифрикционным слоем включает предварительную обработку стальных листов бронзированием при помощи диффузионного насыщения, припекание пористого слоя в виде бронзолатунной сетки и заполнение ячеек припеченной сетки впрессовыванием неориентированной фторопластовой пленки на гидравлическом прессе.

Изобретение относится к области упрочнения поверхности металлов и сплавов и может быть использовано в различных областях промышленности и науки для формирования защитных и упрочняющих покрытий.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения многослойных изделий, и может быть применено в добывающих отраслях промышленности, металлургии, промышленности строительных материалов.

Изобретение относится к изготовлению плит из керамических и композиционных материалов. Способ включает приготовление экзотермической смеси порошков, прессование смеси в заготовку, помещение ее в пресс-форму, инициирование реакции горения и последующее прессование продуктов горения.

Группа изобретений относится к изготовлению токосъемных элементов. Спеченный материал содержит пропитанную маслом с ультрадисперсными алмазами спеченную смесь, состоящую из гранул, содержащих медь и графит, волокон и нитей углеродных, ультрадисперсных алмазов, порошков железа, графита, меди, упрочненной хромистым чугуном, шунгита, интеркаляционных соединений дисульфид молибдена и упрочняюще-легирующих компонентов.

Изобретение относится к получению длинномерного трубчатого элемента тепловых труб с порошковой капиллярной структурой на внутренней поверхности. Покрывают внутреннюю поверхность трубчатого элемента пленкой смеси, состоящей из глицерина и этилового спирта при их соотношении в пределах от 60:40% до 80:20%, располагают трубчатый элемент с наклоном относительно вертикали в пределах от 10 до 20 градусов, приводят трубчатый элемент во вращение вокруг собственной оси и засыпают железный порошок на верхнюю часть нижней образующей внутренней поверхности трубчатого элемента с получением равномерного слоя железного порошка на внутренней поверхности трубчатого элемента, после чего спеканием формируют на внутренней поверхности трубчатого элемента порошковую капиллярную структуру.
Изобретение относится к изготовлению фрикционных изделий. Способ включает нанесение и предварительное припекание свободнонасыпанного слоя фрикционного материала на стальную несущую основу и спекание под нагрузкой в защитной атмосфере.

Изобретение относится к получению композиционного материала алюминий – сталь. Способ включает формирование многослойной заготовки путем чередования алюминийсодержащих слоев и слоев стальной сетки, уплотнение многослойной заготовки прессованием и ее термообработку с получением композиционного материала.

Изобретение относится к способу изготовления композитного валка. Способ включает нанесение рабочего слоя (3) на основной корпус (2) посредством выполнения горячего изостатического прессования порошкового материала.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способу получения биметаллической полосы с антифрикционным покрытием на основе меди из металлических порошков, предназначенной для изготовления подшипников скольжения. Исходную шихту, содержащую, мас.: 9-11 порошка железа с размером частиц ≤40 мкм, 9-11 порошка свинца - ≤40 мкм, 0,5-1,0 порошка оксида алюминия - ≤0,1 мкм, остальное медь - ≤70 мкм, предварительно подвергают прокатке при давлении 200-250 МПа и помещают на стальную основу. Полученную композицию прокатывают с обжатием по стальной основе 70-80 и подвергают нагреву до температуры 800-850°С в атмосфере водорода с изотермической выдержкой в течение 15-30 мин. Охлаждение ведут в той же атмосфере. Обеспечивается повышение прочностных свойств, износостойкости и стойкости к контактному разрушению. 1 табл., 1 пр.

Наверх