Способ химико-термической обработки пористых спеченных изделий

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способу химико-термической обработки поверхностей трения пористых спеченных изделий триботехнического назначения типа втулок-подшипников скольжения и т. п. Задача изобретения реализуется за счет применения экзотермических химически активных засыпок, а также спекания и насыщения одновременно в режиме горения. 2 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способу химико-термической обработки пористых спеченных изделий, и, в частности, может быть использовано для изготовления втулок-подшипников скольжения с повышенной абразивной износостойкостью.

Известны способы спекания пористых металлических износостойких деталей в химически активных засыпках, благодаря чему в процессе спекания изнашиваемые поверхности деталей насыщаются бором, азотом, углеродом и др. элементами, способствующими образованию износостойких диффузионных покрытий.

Недостатками известных способов являются невысокая интенсивность термодиффузионных процессов насыщения, их длительность, что снижает производительность технологического процесса, удорожает себестоимость изготовления продукции.

Известны способы химико-термической обработки поверхностей изделий из титана, стали, повышающих абразивную износостойкость, интенсифицирующих скорость термообработки за счет применения экзотермических химически активных насыщающих засыпок.

Наиболее близким к изобретению является способ химико-термической обработки поверхностей стальных изделий, а также технологические приемы, описанные в изобретении "Состав для химико-термической обработки изделий из титана и его сплавов", применяющем экзотермические засыпки.

Задача изобретения ускорение во времени процессов термодиффузионного насыщения и повышение износостойкость при абразивном изнашивании спекаемых металлических пористых деталей триботехнического назначения.

Задача решается за счет спекания пористых изделий в экзотермических химически-активных засыпках, в режиме их горения, а также применения еще более эффективного способа, ко и засыпка, и прессовка изготовлены из экзотермической порошковой смеси и совмещенное спекание и поверхностное насыщение производятся в режиме горения засыпки и прессовки.

Сущность изобретения заключается в том, что при спекании в режиме горения химически активной засыпки либо при совместном горении и засыпки и прессовки резко возрастает (более, чем на порядок) встречные диффузионные потоки, процессы тепломассообмена между засыпкой и прессовкой. Причина этому - возникающее в результате "теплового взрыва" сложное термонапряженное состояние в зоне контакта, с возникающими более многочисленными микродефектами, смещениями и т. п. ускоряющими как процессы спекания, так и насыщение спекаемых поверхностей одновременно. Степень термодиффузионного упрочнения, повышая микротвердости, глубина покрытия при этом также увеличиваются, что улучшает абразивную износостойкость трущихся поверхностей спеченных изделий триботехнического назначения.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Шихту состава 3 мас. Cr + 4 Al +4 Fe + 89 Ti смешивали в шаровой мельнице с двумя мас. (от веса шихты) индустриального масла в течение 4 ч. Из шихты прессовали изделия цилиндры ⊘ 10 х 15 мм, которые были помещены в засыпку, состоящую из инертной добавки: Al₂O₃ (5) + активатор CaF₂ (2 ) + NB(20) + Ti(73 мас.).

Муфели с прессовками в засыпке размещали в разогретую до 900^oC камеру печи (на воздухе). Через 5 мин происходило воспламенение засыпки и прессовки (очередность воспламенения регулируется количеством инертной добавки Al₂O₃ в засыпку). После прекращения горения системы (10 мин после размещения в печи) муфель со спечатанными в режиме горения образцами охлаждали на воздухе.

Часть образцов испытывали на сжатие (с целью определения предела прочности на сжатие σ_сж), другую часть испытывали на трение и изнашивание в паре с вращающимся роликом с анализосодержащим покрытием на керамической связке, при скорости скольжения 1 м/c и нагрузке 4 МПа, всухую.

Пример 2. Ту же шихту для изделия прессовали в цилиндры и спекали в режиме горения (условия примера 1), но без засыпки. Определяли те же характеристики.

В таблице приведены результаты испытаний, сравнение которых показывает, что прочность и износостойкость спеченного материала по предлагаемому способу с химико-термической обработкой выше, чем без нее. Что касается времени спекания оно на порядок меньше, чем при обычном печном спекании. Предлагаемый способ также аппаратурно проще, позволяет спекать в воздушной среде без применения восстановительной инертной газовой среды и т. д.

Предлагаемый способ может быть применен для спекания в режиме горения материалов и засыпок с другими экзотермическими химсоставами (на основе хроме, железа, и др.).

Благодаря упрощенному аппаратурному технологическому оформлению способ может быть применен на любом металлообрабатывающем предприятии и имеющем кузнечно-прессовый, термический участки.

Формула изобретения

1. Способ химико-термической обработки пористых спеченных изделий, включающий приготовление шихты, прессование изделий, спекание в муфеле с химически активной засыпкой, отличающийся тем, что спекание ведется в экзотермической порошковой засыпке, температура воспламенения которой ниже или равна температуре спекания прессовки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют экзотермическую шихту для прессования изделия и экзотермическую порошковую смесь химически активной засыпки, а спекание и химико-термическую обработку проводят в режиме горения.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что температура воспламенения прессованного изделия ниже или равна температуре воспламенения засыпки.

РИСУНКИ

Рисунок 1