Способ изготовления порошковых армирующих вставок для алюминиевых поршней двигателей внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к порошковой металлургии и композиционным материалам , в частности к способам изготовления порошковых вставок для алюминиевых поршней двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Цель - повышение прочности соединения и вставки с поршнем. Приготавливают порошковый материал армирующей вставки, формуют, спекают и отжигают, а в порошок материала на железной основе вводят добавки 10-20 мас.% медного сплава , и отжиг проводят при 200-400°С в окислительной атмосфере. В ряде случаев заготовки после спекания подвергают пропитке медным сплавом до получения в объеме заготовки 10-20 мас.% меди. Применение предлагаемого способа позволяет повысить адгезионную прочность соединения (порошковая армирующая вставка-отливка алюминиевого литейного сплава) в 1,15-1,4 раза при сохранении высокой износостойкости и одновременном сокращении технологического цикла изготовления композиционных алюминиевых поршней ДВС с армирующими вставками 1 з п ф-лы 1 табл (Л С

СОЮЗ COBE t CÊÈÕ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4759587/02 (22) 20.11.89 (46) 15.10.91. Бюл. ¹ 38 (71) Белорусское республиканское научнопроизводственноеое объединение порошковой металлургии (72) Е,Д.Авербух, А.А.Андрушевич, Л.Н.Дьячкова, Е,А.Дорошкевич, Е.В.Звонарев, В.А,Лукин, M.Î.Ìàðòûíîâà, B.À.Îñèпов, Л.И.Фрайман и М,Н.Чурик (53) 621.762.8(088.8) (56) Лакедемонский А,В. Биметаллические отливки. М,; Машиностроение, 1964, с,180., Заявка ФРГ №3300582, кл. В 22 F 9/08, 1983. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ АРМИРУЮЩИХ ВСТАВОК ДЛЯ АЛЮМИНИЕВЫХ ПОРШНЕЙ ДВИГАТЕЛЕЙ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Изобретение относится к порошковой металлургии и композиционным материалам, в частности к способам изготовления порошковых вставок для алюминиевых порИзобретение относится к порошковой металлургии и композиционным материалам, в частности, может быть использовано при изготовлении порошковых кольцеобразных вставок для армирования алюминиевых поршней двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Целью изобретения является повышение адгезионной прочности соединения вставки с поршнем.

Согласно способу, включающему приготовление порошка на основе железа. прес„„SU „„1683866 А1 (я)л B 22 F 3/24, С 22 С 33/02 шней двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Цель — повышение прочности соединения и вставки с поршнем. Приготавливают порошковый материал армирующей вставки, формуют, спекают и отжигают, а в порошок материала на железной основе вводят добавки 10 — 20 мас. медного сплава, и отжиг проводят при 200 — 400 С в окислительной атмосфере, В ряде случаев заготовки после спекания подвергают пропитке медным сплавом до получения в объеме заготовки 10 — 20 мас.7, меди.

Применение предлагаемого способа позволяет повысить адгезионную прочность соединения (порошковая армирующая вставка-отливка алюминиевого литейного сплава) в 1,15 — 1,4 раза при сохранении высокой износостойкости и одновременном сокращении технологического цикла изготовления композиционных алюминиевых поршней ДВС с армирующими вставками, 1 з,п. ф-лы. 1 табл. сование, спекание и отжиг, в порошок вводят добавки 10-20 мас. медного сплава, э отжиг производят в окислительной среде при 200 — 400 С. B ряде случаев заготовки после спекания подвергают пропитке медным сплавом до получения в обьеме заготовок 10 — 20 мас. ь меди.

Способ осуществляют следующим образом, Приготавливают порошок материала на основе железа, в который вводят 10-20

1683866

55 мас, медного сплава, например, путем смешивания, Целесообразность введения меди в порошковый материал на основе железа обусловлена возможностью окисления меди до образования СщО на последующей операции отжига в окислительной атмосфере при

200 — 400 С. Как известно, для обеспечения прочного сцепления между алюминием или его сплавами с одной стороны и взаимодействующими медьсодержащими материала- ми с другой стороны температура на границе фаз должна быть порядка 1200 С.

Такой температуры достигают благодаря наличию не менее 10 СирО, который взаимодействует с алюминием по экзотермической реакции;

2/3 AI + Cu20 =- 1/3 А!20з + 2 Си, в результате чего в зону соединения выделяется очень большое количество тепла и происходит разогрев этой зоны до требуемой температуры, Затем из приготовленной смеси прессуют прессовки армирующих вставок необходимой геометрической формы, после чего заготовки спекают с целью формирования металлических контактов между порошковыми частицами, При необходимости, например, для работы в условиях повышенных термосиловых нагрузок заготовки после спекания подвергают пропитке медным сплавом, что в дальнейшем приводит к повышению адгезионной прочности соединения "армирующая вставка — отливка алюминиевого литейного сплава" и износостойкости.

Затем заготовки порошковых армирующих вставок подвергают окислительному отжигу при 200 — 400 С.

Отжиг в окислительной среде приводит к окислению на поверхности порошковых армирующих вставок меди, введенной на предшествующих операциях получения порошка, либо пропитки спеченных заготовок на основе железа медным сплавом.

В результате экзотермической реакции при заливке такой вставки алюминиевым литейным сплавом выделяется большое количество тепла и образуются локальные мостики схватывания между медьсодержащими участками порошковой вставки на основе желе. за и отливкой алюминиевого сплава на границе соединения, что приводит к повышению адгезионной прочности.

Пример 1 (по известному способу).

Изготавливают порошок сплава, мас. : никель 4; графит 1,5; медь 7, иэ которого прессуют и спекают заготовки армирующих вставок по режимам, аналогичным режимам примеров 2 — 7, после чего детали отжигают в восстановительной атмосфере при 600 С

2 ч, В дальнейшем заготовки подвергают дробеструйной обработке (чугунная дробь диаметром 3-5 мм), обезжиривают, алити5 руют в алюминиевом расплаве при 900 С в течение 0,25 ч, после чего производят кокильную заливку алюминиевым литейным сплавом АЛЗО по режимам примеров 2 — 7.

Из полученных биметаллических заготовок

10 вырезают образцы и испытывают на износостойкость и адгезионную прочность аналоги ч но и риме рам 2 — 7.

Примеры 2-4 (по описанному способу). Приготавливают порошок материала на

15 основе железа следующего химического состава, мас. : никель 4, графит 1,5; медь

10-15; железо остальное, путем смешивания исходных компонентов в шаровой мельнице в течение 6 ч. Полученную таким

20 образом порошковую смесь прессуют до относительной плотности 85 — 90, спекают в водородно-азотной атмосфере при 1150 С в течение 2 ч, Спеченные заготовки подвергают окислительному отжигу при 200-400 С.

25 Полученные таким образом порошковые заготовки подвергают кокильной заливке алюминиевым литейным сплавом АЛЗО (ГОСТ

2685 — 75) при 900 С и получают биметаллические композиты. Из них вырезают биме30 таллические образцы, которые испытывают на адгезионную прочность по известной методике определения прочности на отрыв биметаллов, а также проводят сравнительные испытания на износостойкость в условиях

35 сухого трения, В качестве контртела используют диск из нирезисторного чугуна. Скорость скольжения составляет 0,7 м/с, удельное давление 25 кг/см, время испыта2 ния образца 1 ч. Смазка отсутствует. Отно40 сительную износостойкость определяли по

J формуле цз=И x/И, где Их — приведенный износ исследуемого материала, мм;

45 Иэ — приведенный износ эталонного материала (нирезисторный чугун марки

4Н15Д7Х2 по ГОСТ 11849 — 76).

Пример ы 5-7 (по описываемому способу). Приготавливают порошок материала на основе железа следующего химического состава, мас. : никель 4; графит 1,5; медь 3; железо остальное. Из полученного порошка прессуют заготовки плотностью

70-75, которые затем спекают в защитновосстановительной атмосфере при 1150 С 2 ч. Спеченные заготовки подвергают пропитке медным сплавом состава, мас, : медь 97; железо 3, при 1150 С в водородно-азотной атмосфере. Пропитку проводят таким образом, что в инфильтрированной заготовке flo1683866

Свойства

Температура окислительного отжига, С

Окончательный состав материала порошковой вставки после всего технологического и о есса,мас.

Пример

Адгезионная прочность,МПа

Относительная

Си

Nl износостойкость, Е

1,07-1,09

1,12

1,15

1,11

1,13

1,10

1,09

50-75

84

88

87

87,5

84,5

79,5

74,5

84,5

79,5

74,5

1,5

1,5

1,5

1,5

1.5

1,5

1,5

400

СоставительО.Трунов

Редактор М.Бандура Техред М.Моргентал Корректор Т.Малец

Заказ 3463 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 сле пропитки содержание меди составляет

10 — 20 мас. . В дальнейшем заготовки подвергают окислительному отжигу при температурах, указанных в примерах 2 — 5. Затем проводят кокильную заливку порошковых 5 заготовок алюминиевым сплавом по технологии примеров 2 — 4 и испытывают на адгезионную прочность и износостойкость.

Результаты испытаний приведены в таблице, 10

Таким образом, данный способ позволяет повысить по сравнению с известным адгезионную прочность в 1,15 — 1,4 раза при сохранении практически одинаковой износостойкости по сравнению с деталями, из- 15 готовленными flo известному способу.

Формула изобретения

1, Способ изготовления порошковых армирующих вставок для алюминиевых поршней двигателей внутреннего сгорания, включающий приготовление порошка на основе железа, прессование, спекание и отжиг, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности соединения вставки с поршнем, в порошок вводят добавки 1020 мас.,ь медного сплава, а отжиг проводят в окислительной среде при 200 — 400 С.

2, Способ по п.1, отличающийся тем, что после спекания порошковую армирующую вставку пропитывают медным сплавом до получения в объеме заготовки

10 — 20 мас. меди.