Способ изготовления биметаллических изделий из железа и меди

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления биметаллических изделий из железа и меди. Цель изобретения - повышение прочности сцепления. На гидравлическом прессе производят статическое холодное прессование втулки диаметром 30 мм из железного порошка Ш(Ш под давлением 150 МПа и стержня диаметром 10 мм из смеси медного порошка ПМС-1 и 5-12% от объема Медного порошка кварцевого песка. Высота втулки и стержня 30 мм. Горяч то обработку сборной заготовки ведут при температуре 900-1000°С в течение 0,5 ч. После горячей обработки стержень ммеет пористость 3-7%, а втулка практически беспористая. При таком сочетании пористости температурные коэффициенты линейного расширения втулки и стержня практически равны. 1 табл. S

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

f59 4 B 22 F 7/00, 3/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4204894/31-02 (22) 20.01.87 (46) 15 . 12.88. Бюл. Р 46 (7 1) Ереванский политехнический институт им. К.Маркса (72) Н.В.Манукян, Г.X.Карапетян, Н.Л,Акопов, С.Г.Агбалян, P.Ã.Ñàìâåëÿí и А.Э.Даниелян (53) 621. 762. 4. 016 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР.

Ф 1234048, кл. В 22 F 3/20, 1986.

Авторское свидетельство СССР

В 1206005, кл. В 22 F 7/00, 1986; (54) СПОСОБ ИЗГОТОБЛЕНИЯ БИМЕТАЛЛИ БСКИХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЖЕЛЕЗА И МЕДИ (57) Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления биметалличес„„SU„„1444083 А 1 ких изделий из железа и меди. Цель изобретения — повышение прочности сцепления. На гидравлическом прессе производят статическое холодное прессование втулки диаметром 30 ш из железного порошка ПЖ4М под давлением 150 МПа и стержня диаметром

10 мм из смеси медного порошка

ПМС-1 и 5-12Х от объема медного порошка кварцевого песка. Бысота втулки и стержня 30 мм. Горячую обработку сборной заготовки ведут при температуре 900-1000 С в течение 0,5 ч.

После горячей обработки стержень име ет пористость 3-77, а втулка практи чески беспористая. При таком сочетании пористости температурные коэффициенты линейного расширения втулки и стержня практически равны. 1 табл

1444083

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спо" собам изготовления спеченных биметаллических иэделий из железа и меди.

Целью изобретения является повышение прочности сцепления.

Способ осуществляют следующим образом

На гидравлическом прессе произво- 10 дят статическое холодное прессование втулки диаметром 30 мм иэ железного порошка ПИ4М под давлением 150 МПа до упора в статическое холодное прессование стержня диаметром t0 мм 15 под давлением 150 МПа из смеси медного порошка ПГ!С-1 и кварцевого песка (5-127 от объема медного порошка до пористости 20X е

Высота втулки и стержня Н = 30 мм. 20

Горячую обработку сборной заготовки ведут . по следующему режиму: температура нагрева 900-1000 С, продолжительность нагрева 0,5 ч. Порис-тость после горячей обработки состав- 25 ных частей сборной заготовки: стер- жень 3-7Х, в тулка практически беспористая. При таком сочетании пористости температурный коэффициент линейного расширения (т.к.л.р.) втул- З0 ки и стержня практически равны.

Прочность сцепления полученного биметалла железо-медь после термоциклирования до 700-800 С составляет

270-290 МПа. Микроструктурный анализ переходной зоны показывает, что трещины или расслоения отсутствуют и разрушение происходит по меди, обеспечивая максимальную прочность сцепления (см. таблицу), 40

Без добавки кварцевого песка или какого.-либо другого материала нельзя добиться наличия остаточной пористости в медном элементе биметалла, так как изделие после прессо- 45 вания подвергается горячей обработке давлением, в частности экструзии, в процессе которой пористые элементы биметалла будут уплотняться до беспористого состояния одновременно. На- 50 личие же кварцевого песка, имеющего крайне низкий температурный коэффициент линейного рааширения (т.к.л.р. до температуры 1000 С (о4 = 0,4—

0,5 10 град ), создает в объеме элемента изделия микрообъемы, которые могут считаться порами, так как практически не изменяют свои размеры и не деформируются (плавятся).

Таким образом, наличие 5-12 мас.7 кварцевого песка создает условия для получения остаточной пористости в медном элементе биметалла в размере 3 — 77., что влияет на т.к.л.р. снижает его значение. Функция кварцевого песка — создание остаточной пористости, которая, в свою очередь, снижает т.к.л,р.

При содержании кварцевого песка в медном стержне меньше 57 (пористость П = 2-З ) (т.к.л.р.) медного стержня равен 23,0 10 град . При термическом воздействии (термоциклирование при 700-800 С) ввиду большой разницы в т.к.л,р. медного стержня и железной втулки (ь. = 17 0"

6 ге 10 град ), происходит трещинообразование в переходной. зоне и практическии ее разрушение .

При среднем содержании кварцевого песка в медном стержне (BX) пористость стержня равна (П = 6-77 и т.к.л.р. медного стержня и железной втулки практически равны < cn = 17,5 10 град, oC <е = 17,0 10 град .

При термическом воздействии (термоциклирование при 700-800 С) ввиду практического равенства т.к.л.р. стержня в,втулки снижение прочности сцепления слоев биметалла Fe-Cu незначительное: от 300-320 (в исходном состоянии) до 270-290 Г1Па (после термоциклиров ан ия ) .

При содержании кварцевого песка в медном стержне больше 12Х (пористость медного стержня более 10X) т.к.л.р. равен 19,0-20,0 10 град

Т.к.л.р. беспористой железной втулки (П = 0X) ; равен 17,0 10 град, т.е . опять имеется разница т.к.л.р. (хотя и не такая большая, как в случае с содержанием кварцевого песка меньше 57). При термическом воздействии (термоциклирование при 700800 С) прочность сцепления снижается значительно по сравнению с оптимальным содержанием кварцевого песка и составляет 180-190 МПа. Наряду с низким значением прочности сцепления слоев биметалла его механическая обработка затруднена из-за значительной пористости медного стержня (более 10X), Кварцевый песок добавляется в медный элемент биметалла, т.к.л.р. которого очень высок (для достижения остаточной поригтости H соответственг

1444083

Пористость, /о

Прочность сцепления по способу, МПа

Термиче ское в оэдейс твие

Втулка Стержень (железо) (медь) известный предлагаемый

При 20 С

300-320

290-300

Термоциклиров ание при

150 С

Практически разрушен

Термоциклиров ание при

700-800 С

Стержень (медь +

5-12 /окв. песка) 300-320

300-310

При 20 С

3-7

3-7

Термоциклирование при

1500С

270-290

3-7

Термоциклирование при

700 800оС

ВНИИПИ Заказ 6430/14

Тираж 741 Подписное

Произв. -полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, но снижения значения т.к.л.р.) и который необходимо снизить и довести до уровня значения т.к.л.р. материала второго элемента биметалла железа, который находится в беспористом состоянии.

Одновременно введение кварцевого песка в медный порошок может повысить прочностные свойства биметаллического элемента в результате диспер сионного упрочнения.

В качестве вводимого в медный порошок соединения, имеющего высокую температуру плавления, минимально низкий т.к.л.р. и не взаимодействующего с материалом основы, можно использовать также графитовый порошок.

Использование предлагаемого способа обеспечит и сохранит высокую прочность сцепления деталей изделия после термического воздействия и может быть использовано в производст"

5 ве биметаллических порошковых изделий инструментального и конструкционного назначения на основе железа и меди.

10 Ф о р м у .л а и з о б р е т е н и я

Способ изготовления биметаллических изделий иэ железа и меди, включающий прессование заготовок иэ мед15 ного и железного порошков, их сборку и горячую экструзию, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения прочности сцепления, перед прессованием в медный порошок вводят 520 12 мас.% кварцевого песка.