Способ изготовления спеченных антифрикционных изделий

 

СПОСОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СПЕЧЕННЫХ АНТИФРИКЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ, включающий смеяивание исходных порошков, i прессован1{е пористых заготовок, их спекание, нагрев в защитной атмосфере и поспедуяцее динамическое горячее прессование, отличаюцийс я тем, что, с целью повышения антифрикцион а 1х свойств, после спекания поверхностный слой заготовки насыцают твердев смазкой,, а нагрев перед динаничесхям горячим прессованием осуцествляют течение 20-140 с.

„SU„„1092009

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН зао В 22 F 3 26

ГОСУДАРСТВЕННЬ1Ч1 КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О ПФ ЬЩФ цщц ц

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н AS TOPCNOMV СВИДИтеГЬСтвм >,(2I) 3399575/22-02 (22) 05. 12.81 (46) 15.05.84. Бюл. М 18 (72) Ю. Г. Дорофеев, А.И.,Иалеванный, В.И.Иирошников и Б.И.Симилейский (71) Новочеркасский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. Серго Орджоникидзе (53) 621.762.4:621.762.5(088.8) (56) 1. Баблоянц P.K.Èññëåäîâàíèå влияния свободного углерода на свойства порошковых подшипниковых Материалов. Автореф. канд. дис. Ростов на-Дону, 1973, с.21

2. Дорофеев lO.Г. и др. Легированные износостойкие материалы, полученные методом ДГП.-В кн.: Горячее прессование в порошковой металлургии.

Иатериалы Ш Всесоюзной научно-технической конференции. Новочеркасск, 1978, с. 7 IO. (54) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕН1И СПЕЧКННЫХ АНТИФРИКЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ, включавший смешивание исходных порошков, . > прессоваине пористых заготовок, их спекание, нагрев в защитной атмосфере и последующее динамическое горячее нрессование, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения антиФрикциониых свойств, после спекания поверхностей слой заготовки насыщают твердой смазкой,. а нагрев перед динамическим горячим прессованием осуществляют в течение 20- 140 с.

Ф 1092009 2

Изобретение .относится к порошковой . пребывания при высо металлургии и может быть испольэова- спекання распадаетс ио ддя изготовления антифрнкционных ких смазывающих сво порошковых иэделий, содержащих в по- ro, при нагреве эаг верхностном рабочем слое твердую течение 5 мин также смазку, струкция (частичная) Известен способ получения мето- даже прн отсутствии дом динамического горячего прессова- спекания заготовок, ния высокоплотных порошковых. анти- случае оставшихся в фрикционвых материалов на железной 1б дой смазки, располо основе, содержащих 10 вес.Х твер" объему детали, осла дой смазки (графита). Способ включа- ский каркас, пониж ет приготовление шихты смешиванием кие характеристики. железного и графитового. порошков, Цель изобретения прессование пористых заготовок,их 15 тифрикцнонных свойс нагрев в течение 10-15 мин (для про- делий. грева заготовок и,получения требуе- Поставленная цел мой структуры металлического каркаса тем, что согласно с с последующим динамическим прессо- ления спеченных а ванием (13. 20 изделий, включающем

Недостаток известного способа " ходных порошков, пр низкие антифрикционные свойства по- тых.заготовок, Hx c лучаемых изделий. защитной атмосфере

Наиболее близким к предлагаемо-, намическое горячее му по технической сущности и достига- 25 ле спекання поверхн емому результату является способ готовки насйщают тв изготовления спеченных антифрик- нагрев перед динами ционных изделий, включающий смешива- прессованнем осущес ние исходных порошков, прессование нее 20-140 с. пористых заготовок, их спекание, ЗО Спекание в защит нагрев в защитной атмосфере и после- социированный аммна дующее динамическое горячее пресса- гон н т.п.) порошка ванне. Нагрев в защитной атмосфере содержащих недостат проводят в течение 5 мин 1.2). кую твердую смазку

Недостаток известного способа— нйзкие антифрикционные свойства получаемых изделий.

Изделия, полученные известным способом, обладая повышенными механическими характеристиками н износа- 40 стойкостью, имеют высокие значения коэффициента трения, и вследствие этого - низкую несущую способность в условиях сухого трения. Это связано с тем, что материал не имеет в своем составе твердой,смазки,обеспечивающей снижение коэффициента трения.. Известный способ не позволяет получать порошковые материалы, содержащие недостаточно термостойкие, но обладающие высокими антифрикциоие4ми свойствами твердые смазки (напри» мер дисульфид молибдена). Это связано с тем, что последовательность технологических операций способа и 5S их исполнение не обеспечивают пре" дотвращения деструкции твердой смвз ки, которая в процессе длительного кой температуре я с потерей высо« йств. Кроме тоотовок перед ДГП в

v происходит детвердой смазки, предварительного а наличие в этом ключений тверженных по всему бляет металличеая его механнчес— повышение антв получаемых изь достигается пособу изготовнтифрикционных у смешивание исессование пориспекание, нагрев s и последующее дипрессование, пос. остный слой за» ердой смазкой,а ческим горячим твляют в теченых cpe sx (диск, водород, арвых заготовок, очно термостой(например днсульфид молибдена), приводит к разложению последней и потере ее высоких антифрикционных свойств. Однако спекание порошковой заготовки необходимо для обеспечения растворения компонентов, составляющих металлическую основу детали, которое требуется для образования гомогенной структуры и папучения после кратковременного нагрева и динамического горячего прессования требуемого комплекса механических характеристик материала несущей части изделия, а также для придания saготовке необходимой технологической прочности. Введение твердой смазки в поверхностный слой пористой заготовки после операции спекания, позволя- ет избежать длительного пребывания антифрикционной составляющей при высоких температурах, а,следовательно, предотвратить ее разложение.

Продолжительность нахождения твердой смазки .при высоких температурах по предлагаемому способу ограничена

Динамическое горячее прессованйе нагретой пористой заготовки осуществляют иа кривошипном прессе при давлении 800 ИПа в закрытом штампе, обеспечивающим двустороннюю схему нагружения. Инструмент (игла), фор)мукщий внутреннюю рабочую поверх» ность втулки, имеет цилиндрическую

Э 109200 только временем прогрева спеченной ааготовки до температуры 1050-1100 G необходимой для качественного формования изделия при динамическом горячем прессовании. Для предотвращения деструкции твердой смазки (например днсульфида молибдена),с с целью сохранения ее высокой смазывающей способйости, время нагрева заготовки до 1050-1100 С не долж- 1о на превышать 140 с. Большее время нагрева вызывает частичное или полное,разложение твердой смазки.

Поэтому со ласно предлагаемому способу верхний предел интервала времени нагрева составляет .140. с. Достижение рекомендуемых теипвратур за зто время можно обеспечить выбором соответствующего, в зависимости от материала металлической основы, массы и раз-, меров детали, способа нагрева..

При использовании режимов, обеспечивающих нагрев внутренних слоев порошковых заготовок менее чем на

20 с невозможно достигнуть их доста» 2д точно равномерного прогрева по сечению. Поверхность заготовки при этом перегревается, достигая температуры более 1300 С, тогда как внутренние слои втулки имеют температу-, ру, недостаточную для получения качественного сращивания при динамическом горячем прессовании. Время нагрева пористой заготовки 20-140 с обеспечивает качественное формование высокоплотного изделия и формирова- ЗЗ ние структуры его материала при динамическом горячем прессовании с одно временным предотвращением распада . твердой смазки в поверхностном рабочем слое, глубина которого может 4О достигать 1 мм. При этом последний содержит равномерно распределенные и надежно закрепленные в металлической основе включения твердой смазки, обьем которой составляет более 407,.Достаточная площадь твердосмазочных ( включений, выходящих на рабочую поверхность прочной высокоплотной металли- ческой матрицы иэделия1 обеспечивает низкий коэффициент трения. подшипника .сколыкения в условиях сухого .трения.

Наличие включений твердой смазки только в поверхностном рабочем .слое соэдае г положительный градиент проЧности от поверхиости трения к несу- М щей части иэделия, что определяет повышенную несущую способность подпщпиика сколыкения.

9 4

Получение антифрикционных порошковых высокоппотншх иэделий предлагае мым способом осуществляют путем последовательного выполнения следующих чтехнологических операций: приготовление порошковой шихты, прессонаиие пористой заготовки, ее спекание, насыщение поверхностного слоя заготовки (открытых пор или других специально выполненных углублений) твердой смазкой, кратковременный нагрев заготовки в защитной атмосфере и ее динамическое горячее прессование, Пример 1. Изготавливают лнтифрикционную втулку массой 95 г с . толщиной стенки 4 мм. Приготавливают шнхту смешиванием 97,4 мас.X железного порошка IDN 4МЗ 0,6 мас.Х карандашного графита и 2 мас.Ж медного порошка ПМ-1 в конусном смесителе в течение трех часов.

Прессование пористой заготовки осуществляют в пресс-форме »а гидравлическом прессе при давлении 180 МПа.

В процессе прессования. заготовки на внутренней поверхности пористой:: ( втулки формуют шлицевые кянавки,служащие углублениями для последующего ведения твердой смазки ..

Спекают заготовки прн 1100 С, время выдержки в печи 1,5 ч, защитная атмосфера - диссоциированный аммиак. Насыщают углубления (шлицевые канавки) на внутренней рабочей поверхности спеченных втулок твердой смазкой путем заполнения их водной суспензией дисульфида молибдена с

10 мас.X силиката натрия при помощи краскораспылителя. После этого заготовку просушивают в сушильном шкафу при l20 C в течение 20 мин.

Кратковременный нагрев загото-, вок перед динамическим горячим преесованием проводят в нндукторе в среде осушенного водорода. Режим индукционного нагрева (частота

8 кГц, напряжение 800 В, потребляемая мощность 52 кВт) обеспечивает прогрев заготовки до 1070 С в течео ние 20 с.

009

5 1092 (гладкую) форму. При уплотнении по=; ристой заготовки в процессе динамического горячего прессования, твердая смазка, находящаяся в шлицевых углублениях заготовки, замимается мем- 5 ду соседними металлическими выступами и гладкой иглой, прочно соединяясь в металлической основе иэделия. В ре« зультате на изделии образуется гладкая цилиндрическая рабочая поверхность, представляющая собой равномерно чередующиеся участки несущего материала (металла основы) с участками антнфрикционной составляющей (твердой смазкой).Глубина . включе- IÇ ний дисульфида составляет 0,6 мм.

П р и и е р 2. При приготовлении шихты исходные порошки, составляющие металлическую основу иэделия, (99 мас.X железного порошка ПЖ4ИЗ и 20

I uac.X карандашного графита) н порообразователь смешивают в течение четы. рех часов в конусном смесителе. В качестве порообраэователя применяется соединение C0(NH ) в количестве

22 мас.X.

Прессование пористой заготовки типа "втулка" осуществляют на гидравлическом прессе при давлении

l50 ИПа в пресс-форме, обеспечиваю- 30 щей двустороннюю схему нагружения.

Спекание пористой заготовки произ" водят по известной технологии в камерной электропечи с силитовыми нагревателями в днссоциированном аммиаке. Температура спекания составо ляет I IOO С, время выдержки в печи . l,5 ч. Спекание обеспечивает удаление порообразователя, растворение углерода в железе с целью получения 40 необходимой структуры металлического каркаса, а также придает заготовке необходимую технологическую прочность, позволяющую насыщать поверх-; ностный рабочий слой заготовки твер- 45 дой смазкой механическими способами. .После спекания заготовка имеет норис- 1 тость По 64Х.

Насыщенные пористой поверхности заготовки дисульфидом молибдена осу- . ществляют следующим образом.

Твердую смазку, предварительно нанесенную на внутреннюю поверхность спеченной втулки вевиде пасты дисуль» фида молибдена в толуоле, напрессовывают . в поверхностные поры заготовки при помощи дорна. Кратковременный нагрев заготовки для доуплотнения динамическими нагрузками производят в камерной электропечи с силитовымн нагревателями в среде водорода с точ кой росы - 35 С. Температура в муфеле печи равняется IIOO C, Время нагрева заготовки типа "втулка" с

l массой 205 г и толщиной стенки l2 мм составляет !)О с, что обеспечивает необходимую . для динамического горячего прессования пластичность материала заготовки н предотвращение деструкции твердой смазки.

Динамическое горячее прессование осуществляют непосредственно после кратковременного нагрева пористой заготовки в закрытом штаяпе на кривошипном прессе при давлении

800 ИПа °

Полученное антифрикционное порошковое иэделие по предлагаемому способу имеет высокую плотность металлической основы (остаточная пористость

ПК1-ЗХ ) и специфическую мелкозернис" тую перлитную структуру, которые обеспечивают механические характеристики на уровне свойств компактного материала (НВ 166, g< 780 ИПа, Q = l85 кДм/м, а рабочий поверхностный слой иэделия глубиной 600 мкм со" держит равномерно распредел=нные и прочно соединенные с металлической матрицей включения дисульфида молибдена, объем которых составляет 48Х, Площадь включений твердой смазки,выходящих на рабочую поверхность изделия, обеспечивает низкий коэффициент трения f 0,03, а полученная прочность металлической основы вЂ,высокую несущую способность PU 25 ИПа м/с подшипника в условиях сухого трения скольжения.

Пример 3. Деталь "обойма"., представляющая собой шайбу диаметром

60-8? мм при толщине l9 мм, имеет на верхнем торце сферическое углубление, радиусом 80 мм, служащее поверх- ностью трения для шаровой опоры. Sec детали составлят 270 г.

Приготавливают шихту смепиванием

98 мас.Х железного порошка ПЖ4МЗ, ) мас.X карандашного графита и

I мас.X медного порошка ПИ-I в конусном смесителе в течение 3 ч.

Прессование пористой заготовки осуществляют в пресс-форме двустороннего действия на гидравлическом прессе при давлении 200 ИПа. В процессе прессования на сферической по1092009

Механические свойства металлической основы

Пример, У

f Ih, мкм/км макс.

МПа е Н < кДж/м

Pv

МПа. м/с

220

0,03 0,6

185 ? 30

26

0,03 0,8

0,04 0,5!

105

1 66 780

192 910

l9

В)ИИПИ Заказ 3175/8 Тираж 775 Подписное

Филиал HEI "Паташт", t.Óàãîðîä, ул.Проектная, 4 верхности заготовки с (BoMo+bM выступов пуансона формуют концентрические углубления, имеющие в сечении форму усеченного равнобедренного треугольника, высотой 1,5 мм с углом ври вершине 30 о

Спекают аналогично предыдущим примерам в среде диссоциированного аммиака нри l)00 С в течение 1,5 ч, Насыщают углубления несферической рабочей поверхности твердой смазкой путем заполнения их водной суспенэией дисульфида молибдена с 10 мас.Х силиката натрия при поиощи краскораспылителя. Для удаления 15 воды заготовки сушат в сушильном шкафу при )20 С в течение 20 иин.

Кратковременный нагрев перед динамическим горячим прессованием производят в камерной электропечи в среде 20 осушенного водорода в течение 140 с при 1100 С. Нагретую заготовку подвергают динамической допрессовке в закрытом штампе на кривошипном прессе при давлении 800 МПа. Пуансон, popgun мующий сферическую рабочую часть детали, имеет гладкую поверхность. При осадке пористой заготовки в процессе динамического горячего прессования твердая смазка, находящаяся в ее концентрических углублениях, эажииается между соседними выступами металлической основы детали, прочно соединяясь с последней.

Таким образом,на рабочей сферической поверхности изделия образуются объемы твердой смазки в виде концентрических колец, чередующихся с участками металлической основы, которые воспринимают нагрузку при работе узла трения. Соотношение площадей несущей и антифрикционной частей изделия на рабочей поверхности составляет

1:I à глубина кольцевых включений твердой смазки — )им,чеи обеспечивается длительная работа шаровой опоры в тяжелых условиях сухого трения.

Механические и антнфрикционные свойства порошковых высокоплотных изделий, полученных предлагаемым способом, представлены в таблице.

Использование предлагаемого способа при изготовлении порошковых антифрнкционных изделий предотвращает в процессе изготовления порошкового изделия распад недостаточно терМосТоАКНх но обладающих BblcoKNHH антифрикционныии свойствами, твердых смазок, а также позволяет получить в поверхностном рабочем слое необходимый объем твердосмазочных включений, обеспечив качественное соединение последних с материалом металической основы изделия; кройе того, обеспечивает положительный градиент прочности по сечению антнфрикционно.го изделия, а также экономию твердой смазки вследствие наличия ее только в поверхностном рабочем слое подшипников скольжения; увеличивает уровень свойств несущей части антифрикционного порошкового изделия по сравнению с пористыми и:;-л наполненными твердой смазкой беспористыми порошковыми подшипниками скольжения в 2-2,5 раза. и обеспечивает благодаря указанным выше преимуществам низкий коэффициент трения f 0,03 при высокой несущей способности изделия PV 25 МПа м/с в условиях сухоro трения, тогда как порошковые подшипники скольжения для сухого трения, полученные известным способом, имеют более высокие, значения коэффициента трения f 0,10-0,25 или меньшую несущую способность PV

5-15 МПа м/с.

Антифрикцнонные свойства йзЬелий