Спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью (варианты) и способ его производства (варианты)
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным сплавам на основе железа. Спеченный сплав на основе железа состоит из поверхностного слоя и внутренней части. Поверхностный слой содержит 0,0001-1 мас.% калия и/или натрия и имеет толщину от 1 мкм до 2 мм, может содержать фосфор и 0,1-0,9 углерода, 0,1-10 по меньшей мере одного из Мо, Ni, Cr и Cu, 0,1-3 по меньшей мере одного из Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca и S. Внутренняя часть может содержать, мас.%: 0,1-0,9 углерода; 0,1-10 по меньшей мере одного из Мо, Ni, Cr и Cu; 0,1-3 по меньшей мере одного из Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca и S. Сплав получают путем формирования на внутренней поверхности полости металлической формы, формируют пленку из используемых в качестве смазочного вещества солей, полость формы заполняют исходным материалом, прессуют и спекают. Сплав обладает высокой плотностью, поверхностной твердостью и стойкостью к износу при трении. 14 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 табл.
Изобретение касается спеченного сплава на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, структурно состоящего из поверхностного слоя спеченного сплава на основе железа толщиной в пределах 1 мкм - 2 мм от поверхности сплава (далее «поверхностный слой сплава») и находящейся глубже поверхностного слоя внутренней части спеченного сплава на основе железа (далее «внутренняя часть сплава»), в поверхностном слое которого содержится либо калий, либо натрий, либо оба этих вещества, а также метода его производства. Данный спеченный сплав на основе железа эффективен в качестве материала для таких деталей машин, как цепные колеса, шестерни, роторы, внутренние и внешние кольца подшипников, где особенно требуется твердость поверхности и ее устойчивость к износу в результате трения. Кроме того, представленный в данном изобретении сплав, обладая высоким поверхностным уплотнением, эффективен в качестве материала для деталей машин из спеченных сплавов на основе железа, где требуется нанесение на поверхность гальванического покрытия.
Спеченные сплавы на основе железа используются в качестве материала для самых различных деталей машин. Общеизвестно, что такие сплавы изготовляются добавлением в порошок сплава на основе железа стеаратов цинка, кальция, лития или других металлических солей высших жирных кислот в качестве смазочного вещества с дальнейшим заполнением этой смеси внутрь полости металлической формы, изготовлением прессованной заготовки путем формования под прессом и затем спеканием полученной заготовки.
Однако, во внутренней части прессованной заготовки, полученной в результате формования под прессом заполненной в полость металлической формы смеси порошка сплава на основе железа с добавленными в него в соответствии с известным до сих пор методом в качестве смазочного вещества металлическими солями высших жирных кислот, в большом количестве содержится это смазочное вещество, из-за чего производство высокоплотной прессованной заготовки невозможно. Спеченный сплав на основе железа, произведенный в результате спекания полученной таким методом прессованной заготовки, имеет пониженную механическую прочность, так как в его внутренней части остаются добавленные смазочные вещества.
С другой стороны, если в используемом при формовании порошке сплава на основе железа уменьшить количество добавляемых смазочных веществ и изготовлять прессованную заготовку с пониженным их содержанием, чтобы затем путем спекания такой прессованной заготовки производить спеченный сплав на основе железа, обладающий особо высокой механической прочностью, то из-за недостатка смазочного вещества будет недостаточным и смазочное действие, в результате чего извлечение прессованной заготовки из формы будет затруднено, появятся испорченные заготовки, и процент брака повысится.
С целью предотвращения возникающего из-за уменьшения количества смазочного вещества брака при извлечении прессованной заготовки из формы, на внутреннюю поверхность полости металлической формы, нагретой до температуры 100°С и выше, наносится смазочное вещество на основе высших жирных кислот - взвешенная в растворителе металлическая соль высшей жирной кислоты (например, стеарат лития, стеарат кальция, стеарат цинка). Затем форму нагревают, от чего растворитель испаряется, и на внутренней поверхности полости формы формируется пленка из металлической соли высшей жирной кислоты. Если такую полость, покрытую пленкой металлической соли высшей жирной кислоты, заполнить порошком сплава на основе железа с добавлением меньшего, чем обычно, количества смазочного вещества и изготовить заготовку прессованием под давлением 600 МПа и выше, на всей поверхности прессованной заготовки образуется изолирующая пленка соли железа высшей жирной кислоты, например, такая, как мономолекулярная пленка стеарата железа. В результате сила трения между прессованной заготовкой и металлической формой уменьшается, и становится возможным легко извлечь заготовку из формы посредством меньшего давления. При этом формование производится под высоким давлением 600 МПа и более, что позволяет производить прессованные заготовки высокой плотности. Применение данного метода позволяет получать прессованные заготовки с меньшим количеством содержащихся во внутренней их части смазочных веществ, более того, в результате облегчения извлечения заготовки из формы появляется возможность уменьшить давление при извлечении из формы, что дает такие положительные эффекты, как уменьшение повреждений при извлечении заготовки из формы, позволяет более эффективно производить качественные прессованные заготовки, а в результате спекания полученных заготовок производить более высококачественные спеченные сплавы на основе железа.
Однако получаемая известным до сих пор методом пленка смазочного вещества, возникающая в результате нанесения на внутреннюю поверхность полости металлической формы смазочного вещества на основе высших жирных кислот, то есть водной взвеси находящихся в твердом состоянии таких металлических солей этих кислот, как, например, стеарат цинка, стеарат кальция или стеарат лития, также формируется в твердом порошковом виде и не образует на внутренней поверхности полости формы уплотненного изолирующего покрытия. Плотность прилегания пленки к поверхности формы также недостаточная. Таким образом, существовала техническая задача по устранению возникавших из-за подобных недостатков трудностей при формировании стабильной пленки смазочного вещества.
Основываясь на вышеизложенной точке зрения, изобретатели провели ряд исследований, направленных на формирование более уплотненной пленки смазочного вещества на внутренней поверхности полости формы, в результате которых обнаружили следующее:
(a) Если взять пригодные для растворения в растворителе сульфат калия и/или сульфат натрия, приготовить из них жидкий раствор и этот раствор нанести в качестве смазочного вещества на внутреннюю поверхность полости формы, нагретой до температуры выше температуры испарения растворителя, то под действием высокой температуры содержащийся в смазочном веществе растворитель испарится, а сульфат калия и/или сульфат натрия кристаллизуется на внутренней поверхности полости формы и на ней образуется кристаллическая пленка сульфата калия и/или сульфата натрия. Эта кристаллическая пленка позволяет сформировать исключительно уплотненную пленку смазочного вещества. Кроме того, плотность прилегания пленки к внутренней поверхности формы также весьма высока, в результате чего случаи ее отделения в ходе рабочего процесса редки.
(b) Если полость металлической формы, на внутренней поверхности которой сформирована кристаллическая пленка из вышеупомянутого сульфата калия и/или сульфата натрия, заполнить исходным материалом - сплавом на основе железа в виде порошка, полученная посредством формования под прессом заготовка легко извлекается из формы, так как на внутренней поверхности полости формы имеется кристаллическая пленка. Более того, поверхность полученной прессованной заготовки будет содержать калий (далее обозначается «К») и/или натрий (далее обозначается «Na»), и если такую содержащую в своей поверхности К и/или Na прессованную заготовку подвергнуть спеканию, то К и/или Na активирует поверхность порошка сплава на основе железа посредством восстановления пленки оксида железа, и будет получен уплотненный на поверхности спеченный сплав на основе железа с крайне малым количеством открытых пор (сообщающихся пор, проходящих от поверхности спеченного сплава до его внутренней части) на поверхности спеченной заготовки. Данный уплотненный на поверхности спеченный сплав на основе железа к тому же обладает более высокой поверхностной твердостью, а вследствие чего и повышенной стойкостью поверхности к износу в результате трения, и, таким образом, может применяться в качестве материала для изготовления цепных колес, шестерней, роторов, внутренних и внешних колец подшипников и других деталей машин, для которых требуется устойчивость к износу в результате трения. Кроме того, имея высокое поверхностное уплотнение, данный сплав эффективен в качестве материала для изготовления, например, деталей машин из спеченных сплавов на основе железа, требующих нанесения на поверхность гальванического покрытия, а также для магнитных деталей.
(c) Полученный таким методом спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью имеет содержание К и/или Na в поверхностном слое 0,0001-1 процент от массы.
(d) Если проводить высокоточный анализ концентрации К и концентрации Na в вышеупомянутом поверхностном слое спеченного сплава на основе железа, то на различной глубине относительно поверхности или же в различных местах на поверхности эти вещества детектируются как в высокой концентрации, так и вообще не детектируются, и имеется большой разброс. Таким образом, предпочтительнее говорить о средней величине концентрации К и концентрации Na в поверхностном слое сплава. А также,
(e) если взять пригодные для растворения в растворителе фосфат калия и/или фосфат натрия, приготовить из них жидкий раствор и этот раствор нанести в качестве смазочного вещества на внутреннюю поверхность полости формы, нагретой до температуры выше температуры испарения растворителя, то под действием высокой температуры содержащийся в смазочном веществе растворитель испарится, а фосфат калия и/или фосфат натрия кристаллизуется на внутренней поверхности полости формы и на ней образуется кристаллическая пленка фосфата калия и/или фосфата натрия. Эта кристаллическая пленка позволяет сформировать исключительно уплотненную пленку смазочного вещества. Кроме того, плотность прилегания пленки к внутренней поверхности формы также весьма высока, в результате чего случаи ее отделения в ходе рабочего процесса редки.
(f) Если полость металлической формы, на внутренней поверхности которой сформирована кристаллическая пленка из вышеупомянутого фосфата калия и/или фосфата натрия, заполнить исходным материалом - сплавом на основе железа в виде порошка, полученная посредством формования под прессом заготовка легко извлекается из формы, так как на внутренней поверхности полости формы имеется кристаллическая пленка. Более того, поверхность полученной прессованной заготовки будет иметь высокую концентрацию фосфора (далее обозначается «Р»), также она будет содержать калий (далее обозначается «К») и/или натрий (далее обозначается «Na»), и если такую имеющую в своей поверхности высокую концентрацию Р и содержащую в ней К и/или Na прессованную заготовку подвергнуть спеканию, то у имеющей высокую концентрацию Р поверхности облегчится спекание в жидкой фазе и в альфа-фазе, а кроме того, за счет содержания К и/или Na посредством восстановления пленки оксида железа активируется поверхность порошка сплава на основе железа, и будет получен уплотненный на поверхности спеченный сплав на основе железа с крайне малым количеством открытых пор (сообщающихся пор, проходящих от поверхности спеченного сплава до его внутренней части) на поверхности спеченной заготовки. Данный уплотненный на поверхности спеченный сплав на основе железа к тому же обладает более высокой поверхностной твердостью, а вследствие чего и повышенной стойкостью поверхности к износу в результате трения, и, таким образом, эффективен в качестве материала для изготовления цепных колес, шестерней, роторов, внутренних и внешних колец подшипников и других деталей машин, для которых требуется устойчивость к износу в результате трения. Кроме того, имея высокое поверхностное уплотнение, данный сплав эффективен в качестве материала для изготовления, например, деталей машин из спеченных сплавов на основе железа, требующих нанесения на поверхность гальванического покрытия, а также для магнитных деталей.
(g) Полученный таким методом спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью в своей части в пределах 1 мкм - 2 мм в глубину от поверхности (наиболее предпочтительно 10 мкм - 0,5 мм), именуемой в дальнейшем «поверхностный слой сплава», имеет среднюю концентрацию Р по сравнению с залегающей глубже поверхностного слоя сплава частью, именуемой в дальнейшем «внутренняя часть сплава», на 0,01-1 процент от массы выше (еще более предпочтительно на 0,02-0,5 процента от массы). Кроме того, поверхностный слой сплава содержит К и/или Na в концентрации 0,0001-1 процент от массы.
(h) Если проводить высокоточный анализ концентрации Р, концентрации К и концентрации Na в вышеупомянутом поверхностном слое спеченного сплава на глубине в пределах 1 мкм - 2 мм (наиболее предпочтительно 10 мкм - 0,5 мм), то на различной глубине относительно поверхности или же в различных местах на поверхности эти вещества детектируются как в высокой концентрации, так и вообще не детектируются, и имеется большой разброс. Таким образом, предпочтительнее говорить о средней величине концентрации Р, концентрации К и концентрации Na в поверхностном слое спеченного сплава.
Таким образом техническим результатом, на обеспечение получения которого направлено данное изобретение, является получение сплава на основе железа с высокой износостойкостью, прочностью и жесткостью.
Данное изобретение сделано на основе вышеизложенных результатов исследований и содержит следующие особенности:
(1) являясь спеченным сплавом на основе железа, структурно состоящим из поверхностного слоя сплава и внутренней части сплава, при этом представляет собой спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, содержащий К в поверхностом слое сплава;
(2) являясь спеченным сплавом на основе железа, структурно состоящим из поверхностного слоя сплава и внутренней части сплава, при этом представляет собой спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, содержащий Na в поверхностом слое сплава;
(3) являясь спеченным сплавом на основе железа, структурно состоящим из поверхностного слоя сплава и внутренней части сплава, при этом представляет собой спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, содержащий К и Na в поверхностом слое сплава;
(4) являясь спеченным сплавом на основе железа, структурно состоящим из поверхностного слоя сплава и внутренней части сплава, при этом представляет собой спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, содержащий в поверхностом слое сплава К в средней концентрации 0,0001-1 процент от массы;
(5) являясь спеченным сплавом на основе железа, структурно состоящим из поверхностного слоя сплава и внутренней части сплава, при этом представляет собой спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, содержащий в поверхностом слое сплава Na в средней концентрации 0,0001-1 процент от массы;
(6) являясь спеченным сплавом на основе железа, структурно состоящим из поверхностного слоя сплава и внутренней части сплава, при этом представляет собой спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, содержащий в поверхностом слое сплава К и Na в общей средней концентрации 0,0001-1 процент от массы.
Общеизвестно использование в качестве материала для таких деталей машин, как цепные колеса, шестерни, роторы, внутренние и внешние кольца подшипников, где требуется устойчивость поверхности к износу в результате трения спеченных сплавов на основе железа, имеющих следующий состав. С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1-10 процентов от массы; кроме того, в зависимости от необходимости, одно из веществ среди Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca и S или же два и более из них: всего 0,1-3 процента от массы; остальная часть - Fe и неизбежные примеси. Внутренняя часть составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью состоит из спеченного тела сплава на основе железа, которое содержит С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1-10 процентов от массы; Р: 0,05 процента от массы или менее (до 0% включительно); кроме того, в зависимости от необходимости, одно из веществ среди Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca и S или же два и более из них: всего 0,1-3 процента от массы; в остальной части - Fe и неизбежные примеси. Поверхностный слой составляющего данное изобретение сплава состоит из спеченного тела сплава на основе железа, которое содержит С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1-10 процентов от массы; кроме того, в зависимости от необходимости, одно из веществ среди Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca и S или же два и более из них: всего 0,1-3 процента от массы; кроме того, К и Na, одно из этих веществ или же оба, общая средняя концентрация которых составляет 0,0001-1 процент от массы; в остальной части - Fe и неизбежные примеси.
Таким образом, данное изобретение содержит следующие особенности: (7) являясь спеченным сплавом на основе железа, структурно состоящим из поверхностного слоя сплава и внутренней части сплава, при этом представляет собой спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, внутренняя часть которого имеет состав: С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1-10 процентов от массы; в остальной части - Fe и неизбежные примеси, и поверхностный слой которого имеет состав: С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1-10 процентов от массы; кроме того. К, средняя концентрация которого составляет 0,0001-1 процент от массы; в остальной части - Fe и неизбежные примеси;
(8) являясь спеченным сплавом на основе железа, структурно состоящим из поверхностного слоя сплава и внутренней части сплава, при этом представляет собой спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью,
внутренняя часть которого имеет состав: С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1-10 процентов от массы; в остальной части - Fe и неизбежные примеси,
и поверхностный слой которого имеет состав: С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1 - 10 процентов от массы; кроме того, Na, средняя концентрация которого составляет 0,0001-1 процент от массы; в остальной части - Fe и неизбежные примеси;
(9) являясь спеченным сплавом на основе железа, структурно состоящим из поверхностного слоя сплава и внутренней части сплава, при этом представляет собой спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью,
внутренняя часть которого имеет состав: С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1-10 процентов от массы; в остальной части - Fe и неизбежные примеси, и поверхностный слой которого имеет состав: С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1-10 процентов от массы; кроме того, К и Na, общая средняя концентрация которых составляет 0,0001-1 процент от массы; в остальной части - Fe и неизбежные примеси;
(10) являясь спеченным сплавом на основе железа, структурно состоящим из поверхностного слоя сплава и внутренней части сплава, при этом представляет собой спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью,
внутренняя часть которого имеет состав: С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1-10 процентов от массы; кроме того, одно из веществ среди Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca и S или же два и более из них: всего 0,1-3 процента от массы; в остальной части - Fe и неизбежные примеси,
и поверхностный слой которого имеет состав: С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1-10 процентов от массы; кроме того, одно из веществ среди Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca и S или же два и более из них: всего 0,1-3 процента от массы; кроме того, К, средняя концентрация которого составляет 0,0001-1 процент от массы; в остальной части - Fe и неизбежные примеси;
(11) являясь спеченным сплавом на основе железа, структурно состоящим из поверхностного слоя сплава и внутренней части сплава, при этом представляет собой спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью,
внутренняя часть которого имеет состав: С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1-10 процентов от массы; кроме того, одно из веществ среди Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca и S или же два и более из них: всего 0,1-3 процента от массы; в остальной части - Fe и неизбежные примеси,
и поверхностный слой которого имеет состав: С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1-10 процентов от массы; кроме того, одно из веществ среди Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca и S или же два и более из них: всего 0,1-3 процента от массы; кроме того, Na, средняя концентрация которого составляет 0,0001-1 процент от массы; в остальной части - Fe и неизбежные примеси;
(12) являясь спеченным сплавом на основе железа, структурно состоящим из поверхностного слоя сплава и внутренней части сплава, при этом представляет собой спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью,
внутренняя часть которого имеет состав: С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1-10 процентов от массы; кроме того, одно из веществ среди Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca и S или же два и более из них: всего 0,1-3 процента от массы; в остальной части - Fe и неизбежные примеси,
и поверхностный слой которого имеет состав: С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1 - 10 процентов от массы; кроме того, одно из веществ среди Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca и S или же два и более из них: всего 0,1-3 процента от массы; кроме того, К и Na, одно из этих веществ или же оба, общая средняя концентрация которых составляет 0,0001-1 процент от массы; в остальной части - Fe и неизбежные примеси.
Поверхностный слой описанного выше в пунктах (1)-(12) спеченного сплава на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, составляющего данное изобретение, уплотняется на поверхности, количество пор, в особенности открытых пор (сообщающихся пор, проходящих от поверхности спеченного сплава до его внутренней части), на его поверхности резко уменьшается, и открытая пористость падает до 5% и ниже. Таким образом, данное изобретение имеет особенность, состоящую в том, что оно является одним из описанных выше спеченных сплавов на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, открытая пористость в поверхностном слое которого составляет 5 или менее процентов.
Чем меньше открытая пористость, тем предпочтительнее, такими образом, пористость в 2% и ниже более предпочтительна, а пористость в 1% и ниже еще более предпочтительна.
Описанный выше спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, представленный в данном изобретении, может быть использован в качестве материала для изготовления различных деталей машин, особенно предпочтительно его использование в производстве таких деталей, к которым предъявляются особые требования по твердости и которые легко изнашиваются в результате трения, например, цепных колес, шестерней, роторов, внутренних и внешних колец подшипников. Таким образом, данное изобретение содержит следующие особенности:
(14) детали машин, изготовленные из описанного выше спеченного сплава на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью;
(15) детали машин, представляющие собой детали машин и являющиеся при этом цепными колесами;
(16) детали машин, представляющие собой описанные выше в пункте (14) детали машин и являющиеся при этом шестернями;
(17) детали машин, представляющие детали машин и являющиеся при этом роторами;
(18) детали машин, представляющие детали машин и являющиеся при этом внутренними кольцами подшипников;
(19) детали машин, представляющие собой детали машин и являющиеся при этом внешними кольцами подшипников.
Кроме того, данное изобретение содержит следующие особенности:
(20) спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, средняя концентрация Р в находящемся в пределах 1 мкм - 2 мм от поверхности до глубины поверхностном слое которого выше, чем концентрация Р в находящейся глубже поверхностного слоя внутренней части сплава, и в вышеозначенном поверхностном слое которого содержится К;
(21) спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, средняя концентрация Р в поверхностном слое которого выше, чем концентрация Р во внутренней его части, и в вышеозначенном поверхностном слое которого содержится Na;
(22) спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, средняя концентрация Р в поверхностном слое которого выше, чем концентрация Р во внутренней его части, и в вышеозначенном поверхностном слое которого содержится К и Na;
(23) спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, средняя концентрация Р в поверхностном слое которого на 0,01-1 процент от массы выше, чем концентрация Р во внутренней его части, и в вышеозначенном поверхностном слое которого содержится К, средняя концентрация которого составляет 0,0001-1 процент от массы;
(24) спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, средняя концентрация Р в поверхностном слое которого на 0,01-1 процент от массы выше, чем концентрация Р во внутренней его части, и в вышеозначенном поверхностном слое которого содержится Na, средняя концентрация которого составляет 0,0001-1 процент от массы;
(25) спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, средняя концентрация Р в поверхностном слое которого на 0,01-1 процент от массы выше, чем концентрация Р во внутренней его части, и в вышеозначенном поверхностном слое которого содержатся К и Na, общая средняя концентрация которых составляет 0,0001-1 процент от массы.
Общеизвестно использование в качестве материала для таких деталей машин, как цепные колеса, шестерни, роторы, внутренние и внешние кольца подшипников, где требуется устойчивость поверхности к износу в результате трения, спеченных сплавов на основе железа, имеющих следующий состав. С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1-10 процентов от массы; кроме того, в зависимости от необходимости, одно из веществ среди Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca и S или же два и более из них: всего 0,1-3 процента от массы; остальная часть - Fe и неизбежные примеси. Также известно, что в состав таких спеченных сплавов на основе железа в качестве неизбежной примеси входит Р в количестве 0,05 процента от массы и ниже (включая 0%). Внутренняя часть составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью состоит из спеченного тела сплава на основе железа, которое содержит С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1-10 процентов от массы; Р: 0,05 процента от массы или менее (до 0% включительно); кроме того, в зависимости от необходимости, одно из веществ среди Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca и S или же два и более из них: всего 0,1-3 процента от массы; в остальной части - Fe и неизбежные примеси. Поверхностный слой составляющего данное изобретение сплава состоит из спеченного тела сплава на основе железа, которое содержит С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1-10 процентов от массы; кроме того, в зависимости от необходимости, одно из веществ среди Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca и S или же два и более из них: всего 0,1-3 процента от массы; кроме того, средняя концентрация Р на 0,01-1 процент от массы выше концентрации Р во внутренней части сплава; кроме того, К и Na, одно из этих веществ или же оба, общая средняя концентрация которых составляет 0,0001-1 процент от массы; в остальной части - Fe и неизбежные примеси.
Таким образом, данное изобретение содержит следующие особенности:
(26) спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, внутренняя часть которого состоит из спеченного тела сплава на основе железа, которое имеет следующий состав: С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1-10 процентов от массы; Р: 0,05 или менее процента от массы (до 0% включительно); в остальной части - Fe и неизбежные примеси, поверхностный слой которого имеет среднюю концентрацию Р на 0,01-1 процент от массы выше концентрации Р в вышеупомянутой внутренней части сплава, также содержит К в средней концентрации 0,0001-1 процент от массы;
(27) спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, внутренняя часть которого состоит из спеченного тела сплава на основе железа, которое имеет следующий состав: С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1-10 процентов от массы; Р: 0,05 или менее процента от массы (до 0% включительно); в остальной части - Fe и неизбежные примеси,
поверхностный слой которого имеет среднюю концентрацию Р на 0,01-1 процент от массы выше концентрации Р в вышеупомянутой внутренней части сплава, а также содержит Na в средней концентрации 0,0001 - 1 процент от массы;
(28) спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, внутренняя часть которого состоит из спеченного тела сплава на основе железа, которое имеет следующий состав: С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1-10 процентов от массы; Р: 0,05 или менее процента от массы (до 0% включительно); в остальной части - Fe и неизбежные примеси,
поверхностный слой которого имеет среднюю концентрацию Р на 0,01-1 процент от массы выше концентрации Р в вышеупомянутой внутренней части сплава, а также содержит К и Na, общая средняя концентрация которых составляет 0,0001-1 процент от массы;
(29) спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, внутренняя часть которого состоит из спеченного тела сплава на основе железа, которое имеет следующий состав: С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1-10 процентов от массы; кроме того, одно из веществ среди Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca и S или же два и более из них: всего 0,1-3 процента от массы; Р: 0,05 или менее процента от массы (до 0% включительно); в остальной части - Fe и неизбежные примеси, поверхностный слой которого имеет среднюю концентрацию Р на 0,01-1 процент от массы выше концентрации Р во внутренней части сплава, а также содержит К в средней концентрации 0,0001-1 процент от массы;
(30) спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, внутренняя часть которого состоит из спеченного тела сплава на основе железа, которое имеет следующий состав: С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1-10 процентов от массы; кроме того, одно из веществ среди Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca и S или же два и более из них: всего 0,1-3 процента от массы; Р: 0,05 или менее процента от массы (до 0% включительно); в остальной части - Fe и неизбежные примеси, поверхностный слой которого имеет среднюю концентрацию Р на 0,01-1 процент от массы выше концентрации Р во внутренней части сплава, а также содержит Na в средней концентрации 0,0001-1 процент от массы;
(31) спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, внутренняя часть которого состоит из спеченного тела сплава на основе железа, которое имеет следующий состав: С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1-10 процентов от массы; кроме того, одно из веществ среди Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca и S или же два и более из них: всего 0,1-3 процента от массы; Р: 0,05 или менее процента от массы (до 0% включительно); в остальной части - Fe и неизбежные примеси,
поверхностный слой которого имеет среднюю концентрацию Р на 0,01-1 процент от массы выше концентрации Р во внутренней части сплава, а также содержит К и Na, общая средняя концентрация которых составляет 0,0001-1 процент от массы.
В поверхностном слое описанного выше в пунктах (20)-(31) спеченного сплава на основе железа, составляющего данное изобретение, вследствие восстановления поверхностной части прессованной заготовки, а также ее спекания в жидкой фазе и в альфа-фазе, происходит уплотнение поверхности, количество пор, в особенности открытых пор (сообщающихся пор, проходящих от поверхности спеченного сплава до его внутренней части), на его поверхности резко уменьшается, и открытая пористость падает до 5% и ниже. Таким образом, данное изобретение имеет особенность, состоящую в том, что (32) оно является одним из описанных выше в пунктах (20), (21), (22), (23), (24), (25), (26), (27), (28), (29), (30) или (31) спеченных сплавов на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, открытая пористость в поверхностном слое которого составляет 5 или менее процентов.
Чем меньше открытая пористость, тем предпочтительнее, такими образом, пористость в 2% и ниже более предпочтительна, а пористость в 1% и ниже еще более предпочтительна.
Описанный выше спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, представленный в данном изобретении, может быть использован в качестве материала для изготовления различных деталей машин, особенно предпочтительно его использование а производстве таких деталей, к которым предъявляются особые требования по твердости и которые легко изнашиваются в результате трения, например, цепных колес, шестерней, роторов, внутренних и внешних колец подшипников. Таким образом, данное изобретение содержит следующие особенности:
(33) детали машин, изготовленные из описанного выше спеченного сплава на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью;
(34) детали машин, являющиеся цепными колесами;
(35) детали машин, являющиеся шестернями;
(36) детали машин, являющиеся роторами;
(37) детали машин, являющиеся внутренними кольцами подшипников;
(38) детали машин, являющиеся внешними кольцами подшипников.
«Поверхностный слой» спеченного сплава на основе железа, составляющего данное изобретение, представляет собой часть сплава от его поверхности до глубины в пределах 1 мкм - 2 мм. При толщине поверхностного слоя менее 1 мкм не наблюдается особенного эффекта по повышению поверхностного уплотнения и поверхностной твердости. С другой стороны, если толщина поверхностного слоя превышает 2 мм, спекание в жидкой фазе и в альфа-фазе распространится и на внутреннюю часть сплава, что приведет к таким нежелательным эффектам, как понижение точности при определении размеров заготовок, а также облегчение разрушения при спекании.
«Внутренняя часть» спеченного сплава на основе железа, составляющего данное изобретение, представляет собой часть сплава, залегающую глубже его поверхностного слоя, имеющего толщину от поверхности сплава в пределах 1 мкм - 2 мм.
Содержание К и Na, одного из этих веществ или же обоих, в поверхностном слое составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью установлено на уровне общей средней концентрации в 0,0001 процента массы или более по следующей причине. Если общая средняя концентрация этих составляющих будет ниже 0,0001 процента массы, эффект восстановления и активирования поверхностной оксидной пленки на исходном порошковом материале спеченного сплава на основе железа будет недостаточен, что не позволит получить уплотненный поверхностный слой. С другой стороны, повышение средней концентрации этих составляющих в поверхностном слое до уровня более 1 процента от массы невозможно при нормальных условиях спекания, да и не привело бы к особенному повышению поверхностной уплотненности. Следовательно, содержание К и Na, одного из этих веществ или же обоих, в поверхностном слое составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью устанавливается на уровне общей средней концентрации 0,0001-1 процента от массы. Если же придерживаться общей средней концентрации Na или К, одного из этих веществ или же обоих, в поверхностном слое составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью в пределах 0,02-0,5 процента от массы, производство облегчится, и эти величины наиболее желательны с точки зрения эффективности производства.
В составляющем данное изобретение спеченном сплаве на основе железа, имеющем уникальные характеристики по поверхностному уплотнению, поверхностной твердости и коррозионной стойкости, средняя концентрация Р в поверхностном слое установлена на 0,01 или более процента от массы выше концентрации Р во внутренней части сплава по следующей причине. Если разница между средней концентрацией Р в поверхностном слое сплава и концентрацией Р во внутренней его части будет менее 0,01 процента от массы, то, исходя из того, что обычно содержание Р во внутренней части спеченного сплава на основе железа крайне мало, и разница между содержанием Р в поверхностном слое и во внутренней части практически исчезнет, из-за малого содержания Р в поверхностном слое не проявится эффекта спекания поверхностного слоя в жидкой фазе и в альфа-фазе, а следовательно, поверхность сплава не станет уплотненной, и высокая твердость не будет достигнута.
С другой стороны, разница между средней концентрацией Р в поверхностном слое сплава и средней концентрацией Р во внутренней его части установлена на уровне 1 процента от массы или менее по следующим причинам. Повышение концентрации Р в поверхностном слое до такой степени, что разница средних концентраций Р превысит 1 процент от массы, невозможно при нормальных условиях спекания. Кроме того, даже если повысить концентрацию Р в поверхностном слое до такой степени, что разница между средней концентрацией Р в поверхностном слое и концентрацией Р во внутренней части превысит 1 процент от массы, это не приведет к какому бы то ни было особенному повышению поверхностной уплотненности и поверхностной твердости. Если же придерживаться средней концентрации Р в поверхностном слое сплава, большей, чем концентрация Р во внутренней его части, на 0,02-0,5 процента от массы, производство облегчится, и эти величины наиболее желательны с точки зрения эффективности производства.
Кроме того, содержание К и Na, одного из этих веществ или же обоих, в поверхностном слое составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью установлено на уровне общей средней концентрации в 0,0001 процента массы или более по следующей причине. Если общая средняя концентрация этих составляющих будет ниже 0,0001 процента массы, эффект восстановления и активирования поверхностной оксидной пленки на исходном порошковом материале спеченного сплава на основе железа будет недостаточен, что не позволит получить уплотненный поверхностный слой. С другой стороны, повышение средней концентрации этих составляющих в поверхностном слое до уровня более 1 процента от массы невозможно при нормальных условиях спекания, да и не привело бы к особенному повышению поверхностной уплотненности. Следовательно, содержание К и Na, одного из этих веществ или же обоих, в поверхностном слое составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью устанавливается на уровне общей средней концентрации 0,0001-1 процента от массы. Если же придерживаться общей средней концентрации Na или К, одного из этих веществ или же обоих, в поверхностном слое составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью в пределах 0,02-0,5 процента от массы, производство облегчится, и эти величины наиболее желательны с точки зрения эффективности производства.
Описанный выше в пунктах (1), (4), (7) или (10) спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью возможно производить следующим образом. На внутренней поверхности полости металлической формы формируется пленка из используемых в качестве смазочного вещества сернокалиевых* солей, состоящая из одного или двух и более нижеперечисленных веществ: сульфат калия, сульфит калия, тиосульфат калия, додецилсульфат калия, додецилбензолсульфат калия, пищевой синий краситель №1 (синий блестящий FCF) и эстер* сульфат аскорбинат калия. Затем полость формы заполняется исходным порошковым материалом для спеченного сплава на основе железа и путем формования под прессом изготавливается прессованная заготовка с присоединенными к поверхности сернокалиевыми* солями и содержащая в поверхности К. Полученная прессованная заготовка подвергается спеканию при температуре 1000-1300°С.
Для того чтобы сформировать на внутренней поверхности полости металлической формы вышеупомянутую пленку из сернокалиевых* солей, раствор сернокалиевых* солей в растворителе (например, в воде) наносят на нагретую внутреннюю поверхность полости формы, растворитель (например, вода) испаряется, и используемые в качестве смазочного вещества сернокалиевые* соли кристаллизуются. При этом температура нагрева формы должна достигать температуры испарения растворителя (например, воды), поэтому форму необходимо нагреть до 100°С или выше.
Описанный выше в пунктах (2), (5), (8) или (11) спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью возможно производить следующим образом. На внутренней поверхности полости металлической формы формируется пленка из используемых в качестве смазочного вещества сернонатриевых* солей, состоящая из одного или двух и более нижеперечисленных веществ: сульфат натрия, сульфит натрия, тиосульфат натрия, додецилсульфат натрия, додецилбензолсульфат натрия, пищевой желтый краситель №5 (желтый "солнечный закат" FCF) и эстер* сульфат аскорбинат натрия. Затем полость формы заполняется исходным порошковым материалом для спеченного сплава на основе железа и путем формования под прессом изготавливается прессованная заготовка с присоединенными к поверхности сернонатриевыми* солями и содержащая в поверхности Na. Полученная прессованная заготовка подвергается спеканию при температуре 1000-1300°С.
Для того чтобы сформировать на внутренней поверхности полости металлической формы вышеупомянутую пленку из сернонатриевых* солей, раствор сернонатриевых* солей в растворителе (например, в воде) наносят на нагретую внутреннюю поверхность полости формы, растворитель (например, вода) испаряется, и используемые в качестве смазочного вещества сернрнатриевые* соли кристаллизуются. При этом температура нагрева формы должна достигать температуры испарения растворителя (например, воды), поэтому форму необходимо нагреть до 100°С или выше. Описанный выше в пунктах (3), (6), (9) или (12) спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью возможно производить следующим образом. На внутренней поверхности полости металлической формы формируется смешанная солевая пленка из используемых в качестве смазочного вещества вышеупомянутых сернокалиевых* и сернонатриевых* солей. Затем полость формы заполняется исходным порошковым материалом для спеченного сплава на основе железа и путем формования под прессом изготавливается прессованная заготовка с присоединенными к поверхности сернокалиевыми* и сернонатриевыми* солями и содержащая в поверхности К и Na в высокой общей концентрации. Полученная прессованная заготовка подвергается спеканию при температуре 1000-1300°С.
Для того чтобы сформировать на внутренней поверхности полости металлической формы смешанную солевую пленку из вышеупомянутых сернркалиевых* и сернонатриевых* солей, раствор смеси сернокалиевых* и сернонатриевых* солей в растворителе (например, в воде) наносят на нагретую внутреннюю поверхность полости формы, растворитель (например, вода) испаряется, и используемая в качестве смазочного вещества смесь сернокалиевых* и сернонатриевых* солей кристаллизуется. При этом температура нагрева формы должна достигать температуры испарения растворителя (например, воды), поэтому форму необходимо нагреть до 100°С или выше.
[0023] Детали машин из описанного в пункте (13) составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, а также из описанных в пунктах (14)-(19) составляющих данное изобретение спеченных сплавов на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью возможно производить тем же методом, которым производится вышеописанный составляющий данное изобретение спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью.
[0024] Общеизвестны используемые в качестве исходного порошкового материала при изготовлении таких деталей машин, как цепные колеса, шестерни, роторы, внутренние и внешние кольца подшипников, где требуется устойчивость поверхности к износу в результате трения, порошки сплавов на основе железа, имеющие следующий состав. С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1 - 10 процентов от массы; кроме того, в зависимости от необходимости, одно из веществ среди Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca и S или же два и более из них: всего 0,1-3 процента от массы; остальная часть - Fe и неизбежные примеси. Для того чтобы регулировать относительно этих общеизвестных порошков содержание С в исходном порошковом материале, используемом при производстве составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, в зависимости от необходимости используют порошковую смесь с добавлением порошка С.
[0025] Описанный выше в пунктах (20), (23), (26) или (29) спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью возможно производить следующим образом. На внутренней поверхности полости металлической формы формируется пленка из используемых в качестве смазочного вещества фосфатов калия, состоящая из одного или двух и более нижеперечисленных веществ: гидроортофосфат калия, ортофосфат калия, полифосфат калия или рибофлавин фосфат калия. Затем полость формы заполняется исходным порошковым материалом для спеченного сплава на основе железа и путем формования под прессом изготавливается прессованная заготовка с присоединенными к поверхности фосфатами калия, имеющая на поверхности концентрацию Р, более высокую, чем концентрация Р во внутренней части, а также содержащая в поверхности К. Полученная прессованная заготовка подвергается спеканию при температуре 1000-1300°С.
Для того чтобы сформировать на внутренней поверхности полости металлической формы вышеупомянутую пленку из фосфатов калия, раствор фосфатов калия в растворителе (например, в воде) наносят на нагретую внутреннюю поверхность полости формы, растворитель (например, вода) испаряется, и используемые в качестве смазочного вещества фосфаты калия кристаллизуются. При этом температура нагрева формы должна достигать температуры испарения растворителя (например, воды), поэтому форму необходимо нагреть до 100°С или выше.
[0026] Описанный выше в пунктах (21), (24), (27) или (30) спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью возможно производить следующим образом. На внутренней поверхности полости металлической формы формируется пленка из используемых в качестве смазочного вещества фосфатов натрия, состоящая из одного или двух и более нижеперечисленных веществ: гидроортофосфат натрия, ортофосфат натрия, полифосфат натрия или рибофлавин фосфат натрия. Затем полость формы заполняется исходным порошковым материалом для спеченного сплава на основе железа и путем формования под прессом изготавливается прессованная заготовка с присоединенными к поверхности фосфатами натрия, имеющая на поверхности концентрацию Р, более высокую, чем концентрация Р во внутренней части, а также содержащая в поверхности Na. Полученная прессованная заготовка подвергается спеканию при температуре 1000-1300°С. Для того чтобы сформировать на внутренней поверхности полости металлической формы вышеупомянутую пленку из фосфатов натрия, раствор фосфатов натрия в растворителе (например, в воде) наносят на нагретую внутреннюю поверхность полости формы, растворитель (например, вода) испаряется, и используемые в качестве смазочного вещества фосфаты натрия кристаллизуются. При этом температура нагрева формы должна достигать температуры испарения растворителя (например, воды), поэтому форму необходимо нагреть до 100°С или выше.
[0027] Описанный выше в пунктах (22), (25), (28) или (31) спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью возможно производить следующим образом. На внутренней поверхности полости металлической формы формируется смешанная солевая пленка из используемых в качестве смазочного вещества вышеупомянутых фосфатов калия и фосфатов натрия. Затем полость формы заполняется исходным порошковым материалом для спеченного сплава на основе железа и путем формования под прессом изготавливается прессованная заготовка с присоединенной к поверхности смесью фосфатов калия с фосфатами натрия, имеющая на поверхности концентрацию Р, более высокую, чем концентрация Р во внутренней части, а также содержащая в поверхности К и Na. Полученная прессованная заготовка подвергается спеканию при температуре 1000-1300°С.
Для того чтобы сформировать на внутренней поверхности полости металлической формы вышеупомянутую смешанную солевую пленку из фосфатов калия и фосфатов натрия, раствор смеси фосфатов калия и фосфатов натрия в растворителе (например, в воде) наносят на нагретую внутреннюю поверхность полости формы, растворитель (например, вода) испаряется, и используемая в качестве смазочного вещества смесь фосфатов калия и фосфатов натрия кристаллизуются. При этом температура нагрева формы должна достигать температуры испарения растворителя (например, воды), поэтому форму необходимо нагреть до 100°С или выше.
[0028] Детали машин из описанного в пункте (32) составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, а также из описанных в пунктах (33)-(38) составляющих данное изобретение спеченных сплавов на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью возможно производить тем же методом, которым производится вышеописанный составляющий данное изобретение спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью.
[0029] Общеизвестны используемые в качестве порошкового материала при изготовлении таких деталей машин, как цепные колеса, шестерни, роторы, внутренние и внешние кольца подшипников, где требуется устойчивость поверхности к износу в результате трения, порошки сплавов на основе железа, имеющие следующий состав. С: 0,1-0,9 процента от массы; одно из веществ среди Мо, Ni, Cr и Cu или же два и более из них: всего 0,1-10 процентов от массы; Р: 0,05 или менее процента от массы (до 0% включительно); кроме того, в зависимости от необходимости, одно из веществ среди Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca и S или же два и более из них: всего 0,1-3 процента от массы; остальная часть - Fe и неизбежные примеси. Для того чтобы регулировать относительно этих общеизвестных порошков содержание С в исходном порошковом материале, используемом при производстве составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, в зависимости от необходимости используют порошковую смесь с добавлением порошка С.
Как уже было сказано выше, составляющий данное изобретение спеченный сплав на основе железа по сравнению с известными до сих пор и имеющими идентичный состав спеченными сплавами на основе железа обладает более высокой твердостью поверхности и, кроме того, более низкой открытой пористостью, что облегчает такие виды обработки поверхности, как нанесение гальванического покрытия, и позволяет использовать его в качестве материала для различных деталей машин, где требуется устойчивость к износу в результате трения. Таким образом, данное изобретение может послужить большим вкладом в развитие машиностроения.
Заявленное изобретение может быть реализовано следующим образом. Приготовлена металлическая форма с полостью диаметром 11 мм и высотой 40 мм, на которой предусмотрена возможность нагревать внутреннюю поверхность полости до установленной температуры. В качестве исходного порошкового материала были приготовлены порошок сплава на основе железа Fe - 1,5% Мо со средним диаметром частиц 90 мкм, а также порошок С со средним диаметром частиц 20 мкм, из которых в V-образном смесителе (блендере) была изготовлена порошковая смесь в соотношении Fe - 1,5% Мо - 0,3% С.
Кроме того, из сернокалиевых* солей были заготовлены сульфат калия, сульфит калия, тиосульфат калия, додецилсульфат калия, додецилбензолсульфат калия, пищевой синий краситель №1 (синий блестящий FCF) и эстер* сульфат аскорбинат калия, а также из сернонатриевых* солей были заготовлены сульфат натрия, сульфит натрия, тиосульфат натрия, додецилсульфат натрия, додедилбензолсульфат натрия, пищевой желтый краситель №5 (желтый "солнечный закат" FCF) и эстер* сульфат аскорбинат натрия. Путем растворения этих веществ в воде в различной концентрации были приготовлены смазочные вещества А - U и а - f, указанные в таблице 1-1.
| [Таблица 1-1] | |||
| Тип вещества | Состав (в процентах от массы) | ||
| Добавочные компоненты | Остаточная часть | ||
| Смазочное вещество | A | Сульфат калия: 1 | Вода |
| В | Сульфит калия: 1 | ||
| С | Тиосульфат калия: 1 | ||
| D | Додецилсульфат калия: 1 | ||
| E | Пищевой синий краситель №1 (синий блестящий FCF): 1 | ||
| F | Додецилбензолсульфат калия: 1 | ||
| G | Эстер* сульфат аскорбинат калия: 1 | ||
| a | Сульфат калия: 0,001 | ||
| b | Сульфат калия: 3 | ||
| H | Сульфат натрия: 1 | ||
| I | Сульфит натрия: 1 | ||
| J | Тиосульфат натрия: 1 | ||
| К | Додецилсульфат натрия: 1 | ||
| L | Пищевой желтый краситель №5 (желтый "солнечный закат" FCF): 1 | ||
| M | Додецилбензолсульфат натрия: 1 | ||
| N | Эстер* сульфат аскорбинат натрия: 1 | ||
| с | Сульфат натрия: 0,001 | ||
| d | Сульфат натрия: 3 | ||
| O | Сульфат калия: 0,5, сульфат натрия: 0,5 | ||
| P | Сульфит калия: 0,5, сульфит натрия: 0,5 | ||
| Q | Тиосульфат калия: 0,5, тиосульфат натрия: 0,5 | ||
| R | Додецилсульфат калия: 0,5, Додецилсульфат натрия: 0,5 | ||
| S | Пищевой синий краситель №1 (синий блестящий FCF): 0,5, пищевой желтый краситель №5 (желтый "солнечный закат" FCF): 0,5 | ||
| Т | Додецилбензолсульфат калия: 0,5, | ||
| Додецилбензолсульфат натрия: 0,5 | |||
| U | Эстер* сульфат аскорбинат калия: 0,5, | ||
| эстер* сульфат аскорбинат натрия: 0,5 | |||
| e | Сульфат калия: 0,0005, сульфат натрия: 0,0005 | ||
| f | Сульфат калия: 1,5, сульфат натрия: 1,5 |
Пример осуществления 1-1
Температура внутренней поверхности полости металлической формы была заранее доведена до 150°С и поддерживалась на этой отметке. Затем на внутреннюю поверхность полости различной толщиной наносились указанные в таблице 1-1 смазочные вещества А-G и a-b, и за счет испарения воды на внутренней поверхности полости сформировывался имеющий различную толщину кристаллизованный слой, состоящий из сульфата калия, сульфита калия, тиосульфата калия, додецилсульфата калия, додецилбензолсульфата калия, пищевого синего красителя №1 (синий блестящий FCF) и эстер* сульфат аскорбината калия.
Далее, внутрь полости металлической формы, где сформировался кристаллизованный слой, загружалась являющаяся исходным порошковым материалом смесь порошка сплава на основе железа Fe - 1,5% Мо и порошка С, изготовленная в V-образном смесителе (блендере) в соотношении Fe - 1,5% Мо - 0,3% С. Путем формования под прессом под давлением 800 МПа были изготовлены прессованные заготовки, имеющие на поверхности слой с высокой концентрацией К. Полученные таким способом прессованные заготовки, имеющие на поверхности слой с высокой концентрацией К, подвергали спеканию в газовой среде 5% Н2-N2 при температуре 1150°С, затем производили науглероживание и отпуск и изготовили образцы 1-7 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа, содержащего К в поверхностном слое, а также сравнительные образцы спеченного сплава на основе железа 1-4.
Общеизвестный пример 1-1
На нагретую до 150°С внутреннюю поверхность полости приготовленной в Примере осуществления 1 формы было нанесено смазочное вещество, полученное путем дисперсии в ацетоне порошка стеарата лития со средним диаметром частиц 5 мкм. За счет испарения ацетона на внутренней поверхности полости сформировался слой стеарата лития. Затем внутрь полости была загружена приготовленная в Примере осуществления 1 смесь порошка сплава на основе железа, имеющая состав Fe - 1,5% Мо - 0,3% С. Путем формования под прессом под давлением 800 МПа были изготовлены прессованные заготовки. Они были извлечены и подвергнуты спеканию в газовой среде 5% Н2-N2 при температуре 1150°С, в результате чего был изготовлен образец 1 известного ранее спеченного сплава на основе железа.
Полученные образцы 1-7 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа, сравнительные образцы спеченного сплава на основе железа 1-4, а также образец 1 известного ранее спеченного сплава на основе железа были подвергнуты анализу методом ЕРМА для измерения толщины их поверхностного слоя, а также средней концентрации К. Результаты этих измерений приведены в Таблице 1-2. Кроме того, на поверхности этих сплавов было произведено определение твердости по Роквеллу, измерение открытой пористости, а также плотности сплавов. Результаты этих измерений также приведены в Таблице 1-2.
| [Таблица 1-2] | |||||||
| Образец спеченного сплава на основе Fe | Смазочное вещество из Таблицы 1 | Поверхностный слой спеченного сплава на основе Fe | Плотность сплава (Мг/м3) | ||||
| Толщина (мм) | Средняя концентрация К в поверхностном слое (% от массы) | Твердость поверхности по Роквеллу (HRA) | Открытая пористость (%) | ||||
| Данное изобретение | 1 | А | 0,008 | 0,0008 (или 0,0003?) | 83 | 4,9 | 7,4 |
| 2 | В | 0,07 | 0,06 | 84 | 2,5 | 7,4 | |
| 3 | С | 0,3 | 0,3 | 86 | 0,8 | 7,41 | |
| 4 | D | 0,5 | 0,5 | 86 | 0,6 | 7,4 | |
| 5 | Е | 1,2 | 1,2 | 84 | 0,3 | 7,39 | |
| 6 | F | 1,8 | 1,8 | 83 | 0,1 | 7,41 | |
| 7 | G | 0,15 | 0,15 | 86 | 1,0 | 7,4 | |
| Сравнительный | 1 | а | 1 | Менее 0,0001* | 76 | 7,0 | 7,41 |
| 2 | b | 1 | 1,2 | 70 | 0,9 | 7,4 | |
| 3 | А | 0,0005* | 0,5 | 75 | 6,5 | 7,39 | |
| 4 | А | 2,2* | 0,5 | 71 | 1,8 | 7,41 | |
| Известный ранее 1 | 76 | 7,1 | 7,41 | ||||
| * звездочкой отмечены величины, выходящие за пределы данного изобретения. |
Если по приведенным в Таблице 1-2 результатам измерений сравнить характеристики изготовленных с использованием в качестве смазочных веществ растворенных в растворителе сернокалиевых* солей образцов 1-7 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа с характеристиками образца 1 известного ранее спеченного сплава на основе железа, изготовленного с использованием в качестве смазочного вещества взвешенного в ацетоне стеарата лития, то становится видно, что при практически одинаковой плотности любой из образцов 1-7 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа имеет более высокую твердость поверхности, а также на порядок меньшую открытую пористость, из чего можно сделать вывод, что их поверхность уплотнена и обладает выдающейся стойкостью к износу в результате трения. Следует также отметить, что сравнительные образцы спеченного сплава на основе железа 1-4, имеющие характеристики, выходящие за пределы данного изобретения, частично демонстрируют нежелательные особенности.
Пример осуществления 1-2
Температура внутренней поверхности полости металлической формы была заранее доведена до 150°С и поддерживалась на этой отметке. Затем на внутреннюю поверхность полости различной толщиной наносились указанные в таблице 1-1 смазочные вещества Н-N и с-d, и за счет испарения воды на внутренней поверхности полости сформировывался имеющий различную толщину кристаллизованный слой, состоящий из сульфата натрия, сульфита натрия, тиосульфата натрия, додецилсульфата натрия, додецилбензолсульфата натрия, пищевого желтого красителя №5 (желтый "солнечный закат" FCF) и эстер* сульфат аскорбината натрия.
Далее, внутрь полости металлической формы, где сформировался кристаллизованный слой, загружалась являющаяся исходным порошковым материалом смесь порошка сплава на основе железа Fe - 1,5% Мо и порошка С, изготовленная в V-образном смесителе (блендере) в соотношении Fe - 1,5% Мо - 0,3% С. Путем формования под прессом под давлением 800 МПа были изготовлены прессованные заготовки, имеющие на поверхности слой с высокой концентрацией Na. Полученные таким способом прессованные заготовки, имеющие на поверхности слой с высокой концентрацией Na, подвергали спеканию в газовой среде 5% Н2-N2 при температуре 1150°С, затем производили науглероживание и отпуск и изготовили образцы 8-14 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа, имеющие указанную в Таблице 1-3 среднюю концентрацию Na в поверхностном слое, а также сравнительные образцы спеченного сплава на основе железа 5-8.
Полученные образцы 8-14 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа, а также сравнительные образцы спеченного сплава на основе железа 5-8 были подвергнуты анализу методом ЕРМА для измерения толщины их поверхностного слоя, а также средней концентрации Na. Результаты этих измерений приведены в Таблице 1-3. Кроме того, на поверхности этих сплавов было произведено определение твердости по Роквеллу, измерение открытой пористости, а также плотности сплавов. Результаты этих измерений также приведены в Таблице 1-3.
| [Таблица 1-3] | |||||||
| Образец спеченного сплава на основе Fe | Смазочное вещество из Таблицы 1 | Поверхностный слой спеченного сплава на основе Fe | Плотность сплава (Мг/м3) | ||||
| Толщина (мм) | Средняя концентрация Na в поверхностном слое (% от массы) | Твердость поверхности по Роквеллу (HRA) | Открытая пористость (%) | ||||
| Данное изобретение | 8 | Н | 0,003 | 0,003 | 83 | 4,2 | 7,4 |
| 9 | I | 0,07 | 0,06 | 84 | 1,8 | 7,42 | |
| 10 | J | 0,3 | 0,3 | 86 | 0,8 | 7,39 | |
| 11 | К | 0,5 | 0,5 | 87 | 0,4 | 7,39 | |
| 12 | L | 1,2 | 1,2 | 85 | 0,2 | 7,39 | |
| 13 | М | 1,8 | 1,8 | 84 | 0,1 | 7,4 | |
| 14 | N | 0,15 | 0,15 | 86 | 0,9 | 7,41 | |
| Сравнительный | 5 | c | 1 | Менее 0,0001* | 75 | 7,4 | 7,39 |
| 6 | d | 1 | 1,2* | 72 | 0,6 | 7,39 | |
| 7 | Н | 0,0005* | 0,5 | 74 | 6,6 | 7,4 | |
| 8 | Н | 2,2* | 0,5 | 70 | 0,5 | 7,39 | |
| * звездочкой отмечены величины, выходящие за пределы данного изобретения. |
Если по приведенным в Таблице 1-3 результатам измерений сравнить характеристики изготовленных с использованием в качестве смазочных веществ растворенных в растворителе сернонатриевых* солей образцов 8-14 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа с характеристиками приведенного в Таблице 1-1 образца 1 известного ранее спеченного сплава на основе железа, изготовленного с использованием в качестве смазочного вещества взвешенного в ацетоне стеарата лития, то становится видно, что при практически одинаковой плотности любой из образцов 8-14 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа имеет более высокую твердость поверхности, а также на порядок меньшую открытую пористость, из чего можно сделать вывод, что их поверхность уплотнена и обладает выдающейся стойкостью к износу в результате трения. Следует также отметить, что сравнительные образцы спеченного сплава на основе железа 5-8, имеющие характеристики, выходящие за пределы данного изобретения, частично демонстрируют нежелательные особенности.
Пример осуществления 1-3
Температура внутренней поверхности полости металлической формы была заранее доведена до 150°С и поддерживалась на этой отметке. Затем на внутреннюю поверхность полости различной толщиной наносились указанные в таблице 1-1 смазочные вещества O-U и e-f, и за счет испарения воды на внутренней поверхности полости сформировывался кристаллизованный слой, состоящий из смеси сернокалиевых* и сернонатриевых* солей.
Далее, внутрь полости металлической формы, где сформировался кристаллизованный слой, загружалась являющаяся исходным порошковым материалом смесь порошка сплава на основе железа Fe - 1,5% Мо и порошка С, изготовленная в V-образном смесителе (блендере) в соотношении Fe - 1,5% Мо - 0,3% С. Путем формования под прессом под давлением 800 МПа были изготовлены прессованные заготовки, имеющие на поверхности слой с высокой концентрацией К и Na. Полученные таким способом прессованные заготовки, имеющие на поверхности слой с высокой концентрацией К и Na, подвергали спеканию в газовой среде 5% Н2-N2 при температуре 1150°С, затем производили науглероживание и отпуск и изготовили образцы 15-21 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа с высокой концентрацией К и Na в поверхностном слое, а также сравнительные образцы спеченного сплава на основе железа 9-12.
Полученные образцы 15-21 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа, а также сравнительные образцы спеченного сплава на основе железа 9-12 были подвергнуты анализу методом ЕРМА для измерения толщины их поверхностного слоя, а также средней концентрации К и средней концентрации Na. Результаты этих измерений приведены в Таблице 1-4. Кроме того, на поверхности этих сплавов было произведено определение твердости по Роквеллу, измерение открытой пористости, а также плотности сплавов. Результаты этих измерений также приведены в Таблице 1-4.
| [Таблица 1-4] | ||||||||
| Образец спеченного сплава на основе Fe | Смазочное вещество из Таблицы 1 | Поверхностный слой спеченного сплава на основе Fe | Плотность сплава (Мг/м3) | |||||
| Толщина (мм) | Средняя концентрация в поверхностном слое (% от массы) | Твердость поверхности по Роквеллу (HRA) | Открытая пористость (%) | |||||
| К | Na | |||||||
| Данное изобретение | 15 | O | 0,008 | 0,0015 | 0,0015 | 83 | 7,4 | 7,41 |
| 16 | Р | 0,07 | 0,03 | 0,03 | 85 | 1,9 | 7,41 | |
| 17 | Q | 0,3 | 0,15 | 0,15 | 86 | 0,4 | 7,38 | |
| 18 | R | 0,5 | 0,25 | 0,25 | 87 | 0,3 | 7,39 | |
| 19 | S | 1,2 | 0,3 | 0,3 | 84 | 0,2 | 7,4 | |
| 20 | Т | 1,8 | 0,45 | 0,45 | 83 | 0,1 | 7,41 | |
| 21 | U | 0,9 | 0,075 | 0,075 | 87 | 1,3 | 7,42 | |
| Сравнительный | 9 | e | 1 | Менее 0,0001* | Менее 0,0001* | 75 | 7,2 | 7,4 |
| 10 | f | 1 | 0,6* | 0,6* | 72 | 0,2 | 7,4 | |
| 11 | O | 0,0005* | 0,25 | 0,25 | 74 | 6,8 | 7,4 | |
| 12 | O | 2,2* | 0,25 | 0,25 | 71 | 0,1 | 7,41 | |
| * звездочкой отмечены величины, выходящие за пределы данного изобретения. |
[0045] Если по приведенным в Таблице 1-4 результатам измерений сравнить характеристики изготовленных с использованием в качестве смазочных веществ растворенных в растворителе смесей сернокалиевых* и сернонатриевых* солей образцов 15-21 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа с характеристиками приведенного в Таблице 1-1 образца 1 известного ранее спеченного сплава на основе железа, изготовленного с использованием в качестве смазочного вещества взвешенного в ацетоне стеарата лития, то становится видно, что при практически одинаковой плотности любой из образцов 15-21 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа имеет более высокую твердость поверхности, а также на порядок меньшую открытую пористость, из чего можно сделать вывод, что их поверхность уплотнена и обладает выдающейся стойкостью к износу в результате трения. Следует также отметить, что сравнительные образцы спеченного сплава на основе железа 9-12, имеющие характеристики, выходящие за пределы данного изобретения, частично демонстрируют нежелательные особенности.
Форма осуществления 2
Приготовлена металлическая форма с полостью диаметром 11 мм и высотой 40 мм, на которой предусмотрена возможность нагревать внутреннюю поверхность полости до установленной температуры. В качестве исходного порошкового материала были приготовлены порошок сплава на основе железа Fe - 1,5% Мо со средним диаметром частиц 90 мкм, а также порошок С со средним диаметром частиц 20 мкм, из которых в V-образном смесителе (блендере) была изготовлена порошковая смесь в соотношении Fe - 1,5% Мо - 0,3% С. Содержание Р в этой смеси было 0,01%.
Кроме того, были заготовлены гидроортофосфат калия, ортофосфат калия, полифосфат калия, рибофлавин фосфат калия, гидроортофосфат натрия, ортофосфат натрия, полифосфат натрия, рибофлавин фосфат натрия. Путем растворения этих веществ в воде в различной концентрации были приготовлены указанные в таблице 1-1 смазочные вещества А-L и а-f.
| [Таблица 2-1] | |||
| Тип вещества | Состав (в процентах от массы) | ||
| Добавочные компоненты | Остаточная часть | ||
| Смазочное вещество | A | Гидроортофосфат калия: 0,1 | Вода |
| В | Ортофосфат калия: 0,5 | ||
| С | Полифосфат калия: 1 | ||
| D | Рибофлавин фосфат калия: 10 | ||
| a | Гидроортофосфат калия: 0,001 | ||
| b | Ортофосфат калия: 20 | ||
| E | Гидроортофосфат натрия: 0,1 | ||
| F | Ортофосфат натрия: 0,5 | ||
| G | Полифосфат натрия: 1 | ||
| H | Рибофлавин фосфат натрия: 10 | ||
| с | Гидроортофосфат натрия: 0,001 | ||
| d | Ортофосфат натрия: 30 | ||
| I | Гидроортофосфат калия: 0,3 | ||
| Ортофосфат натрия: 0,3 | |||
| J | Ортофосфат калия: 0,5 | ||
| Рибофлавин фосфат натрия: 0,5 | |||
| К | Рибофлавин фосфат калия: 1 | ||
| Полифосфат натрия: 1 | |||
| L | Полифосфат калия: 3 | ||
| Гидроортофосфат натрия: 3 | |||
| e | Гидроортофосфат калия: 0,0005 | ||
| Ортофосфат натрия: 0,0005 | |||
| f | Гидроортофосфат калия: 15 | ||
| Ортофосфат натрия: 15 |
Пример осуществления 2-1
Температура внутренней поверхности полости металлической формы была заранее доведена до 150°С и поддерживалась на этой отметке. Затем на внутреннюю поверхность полости различной толщиной наносились указанные в таблице 2-1 смазочные вещества А-D и а-b, и за счет испарения воды на внутренней поверхности полости сформировывался имеющий различную толщину кристаллизованный слой, состоящий из гидроортофосфата калия, ортофосфата калия, полифосфата калия, рибофлавин фосфата калия.
Далее, внутрь полости металлической формы, где сформировался кристаллизованный слой, загружалась являющаяся исходным порошковым материалом смесь порошка сплава на основе железа Fe - 1,5% Мо и порошка С, изготовленная в V-образном смесителе (блендере) в соотношении Fe - 1,5% Мо - 0,3% С. Путем формования под прессом под давлением 800 МПа были изготовлены прессованные заготовки, имеющие на поверхности слой с высокой концентрацией Р и К. Полученные таким способом прессованные заготовки, имеющие на поверхности слой с высокой концентрацией Р и К, подвергали спеканию в газовой среде 5% Н2-N2 при температуре 1150°С, затем производили науглероживание и отпуск и изготовили образцы 1-4 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа с высокой концентрацией Р и К в поверхностном слое, а также сравнительные образцы спеченного сплава на основе железа 1-4.
Общеизвестный пример 2-1
На нагретую до 150°С внутреннюю поверхность полости приготовленной в Примере осуществления 1 формы было нанесено смазочное вещество, полученное путем дисперсии в ацетоне порошка стеарата лития со средним диаметром частиц 5 мкм. За счет испарения ацетона на внутренней поверхности полости сформировался слой стеарата лития. Затем внутрь полости была загружена приготовленная в Примере осуществления 1 смесь порошка сплава на основе железа, имеющая состав Fe - 1,5% Мо - 0,3% С. Путем формования под прессом под давлением 800 МПа были изготовлены прессованные заготовки. Они были извлечены и подвергнуты спеканию в газовой среде 5% Н2-N2 при температуре 1150°С, в результате чего был изготовлен образец 1 известного ранее спеченного сплава на основе железа.
В поверхностном слое полученных образцов 1-4 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа, сравнительных образцов спеченного сплава на основе железа 1-4, а также образца 1 известного ранее спеченного сплава на основе железа были измерены средняя концентрация Р, средняя концентрация К, а также разница в концентрации Р, полученная в результате вычитания из средней величины концентрации Р в поверхностном слое величины концентрации Р во внутренней части сплава. Результаты этих измерений приведены в Таблице 2-2. Кроме того, на поверхности этих сплавов было произведено определение твердости по Роквеллу, измерение открытой пористости, а также плотности сплавов. Результаты этих измерений также приведены в Таблице 2-2.
| [Таблица 2-2] | |||||||||
| Образец спеченного сплава на основе Fe | Смазочное вещество из Таблицы 1 | Поверхностный слой спеченного сплава на основе железа | Плотность сплава (Мг/м3) | ||||||
| Средняя концентрация Р в поверхностном слое (% от массы) | Разность концентраций, полученная вычитанием из средней концентрации Р в поверхностном слое концентрации Р во внутренней части сплава (% от массы) | Средняя концентрация К в поверхностном слое (% от массы) | Толщина (мм) | Твердость поверхности по Роквеллу (HRA) | Открытая пористость (%) | ||||
| Данное изобретение | 1 | А | 0,03 | 0,02 | 0,0002 | 0,03 | 81 | 4,8 | 7,39 |
| 2 | В | 0,14 | 0,13 | 0,021 | 0,6 | 83 | 0,9 | 7,39 | |
| 3 | С | 0,33 | 0,32 | 0,053 | 1,3 | 85 | 0,6 | 7,4 | |
| 4 | D | 0,95 | 0,94 | 0,47 | 1,8 | 86 | 0,2 | 7,4 | |
| Сравнительный | 1 | а | 0,015 | 0,005 | Менее 0,0001* | 0,002 | 74 | 6,5 | 7,4 |
| 2 | b | 1,2 | 1,19 | 1,2 | 1,7 | 67 | 0,2 | 7,41 | |
| 3 | А | 0,03 | 0,02 | 0,011 | 0,0005* | 75 | 7,3 | 7,39 | |
| 4 | А | 0,85 | 0,84 | 0,92 | 2,2* | 69 | 0,1 | 7,4 | |
| Известный ранее 1 | - | 75 | 7,1 | 7,41 | |||||
| * звездочкой отмечены величины, выходящие за пределы данного изобретения. |
[0052] Если по приведенным в Таблице 2-2 результатам измерений сравнить характеристики изготовленных с использованием в качестве смазочных веществ растворенных в растворителе фосфатов калия образцов 1-4 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа с характеристиками образца 1 известного ранее спеченного сплава на основе железа, изготовленного с использованием в качестве смазочного вещества взвешенного в ацетоне стеарата лития, то становится видно, что при практически одинаковой плотности любой из образцов 1-4 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа имеет более высокую твердость поверхности, а также на порядок меньшую открытую пористость, из чего можно сделать вывод, что их поверхность уплотнена и обладает выдающейся стойкостью к износу в результате трения. Следует также отметить, что сравнительные образцы спеченного сплава на основе железа 1-4, имеющие характеристики, выходящие за пределы данного изобретения, частично демонстрируют нежелательные особенности.
Кроме того, в результате измерения по методу ЕРМА содержания Р и К в направлении от поверхности к срединной части в образцах 1-4 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа, а также в сравнительных образцах спеченного сплава на основе железа 1-4, выяснилось, как это и отражено в Таблице 2-2, что средняя величина концентрации Р в поверхностном слое сплава выше концентрации Р во внутренней части сплава, а также что в поверхностном слое сплава содержится К.
Пример осуществления 2-2
Температура внутренней поверхности полости металлической формы была заранее доведена до 150°С и поддерживалась на этой отметке. Затем на внутреннюю поверхность полости различной толщиной наносились указанные в таблице 2-1 смазочные вещества Е-Н и с-d, и за счет испарения воды на внутренней поверхности полости сформировывался имеющий различную толщину кристаллизованный слой, состоящий из гидроортофосфата натрия, ортофосфата натрия, полифосфата натрия, рибофлавин фосфата натрия.
Далее, внутрь полости металлической формы, где сформировался кристаллизованный слой, загружалась являющаяся исходным порошковым материалом смесь порошка сплава на основе железа Fe - 1,5% Мо и порошка С, изготовленная в V-образном смесителе (блендере) в соотношении Fe - 1,5% Мо - 0,3% С. Путем формования под прессом под давлением 800 МПа были изготовлены прессованные заготовки, имеющие на поверхности слой с высокой концентрацией Р и Na. Полученные таким способом прессованные заготовки, имеющие на поверхности слой с высокой концентрацией Р и Na, подвергали спеканию в газовой среде 5% Н2-N2 при температуре 1150°С, затем производили науглероживание и отпуск и изготовили образцы 5-8 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа с высокой концентрацией Р и Na в поверхностном слое, а также сравнительные образцы спеченного сплава на основе железа 5-8.
В поверхностном слое полученных образцов 5-8 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа, а также сравнительных образцов спеченного сплава, на основе железа 5-8 были измерены средняя концентрация Р, средняя концентрация Na, а также разница в концентрации Р, полученная в результате вычитания из средней величины концентрации Р в поверхностном слое величины концентрации Р во внутренней части сплава. Результаты этих измерений приведены в Таблице 2-3. Кроме того, на поверхности этих сплавов было произведено определение твердости по Роквеллу, измерение открытой пористости, а также плотности сплавов. Результаты этих измерений также приведены в Таблице 2-3.
| [Таблица 2-3] | |||||||||
| Образец спеченного сплава на основе Fe | Смазочное вещество из Таблицы 1 | Поверхностный слой спеченного сплава на основе Fe | Плотность сплава (Мг/м3) | ||||||
| Средняя концентрация Р в поверхностном слое (% от массы) | Разность концентраций Р, полученная вычитанием из средней концентрации Р в поверхностном слое концентрации Р во внутренней части сплава (% от массы) | Средняя концентрация Na в поверхностном слое (% от массы) | Толщина (мм) | Твердость поверхности по Роквеллу (HRA) | Открытая пористость (%) | ||||
| Данное изобретение | 5 | Е | 0,05 | 0,04 | 0,0006 | 1,2 | 86 | 3,1 | 7,41 |
| 6 | F | 0,21 | 0,20 | 0,054 | 1,8 | 87 | 0,9 | 7,4 | |
| 7 | G | 0,43 | 0,42 | 0,29 | 0,15 | 85 | 0,4 | 7,41 | |
| 8 | H | 0,96 | 0,95 | 0,94 | 0,42 | 85 | 0,1 | 7,39 | |
| Сравнительный | 5 | с | 0,15 | 0,0005* | Менее 0,0001 | 0,002 | 74 | 6,5 | 7,4 |
| 6 | d | 1,2 | 1,19* | 1,4 | 1,7 | 67 | 0,2 | 7,41 | |
| 7 | D | 0,03 | 0.02 | 0,002 | 0,0005* | 75 | 7,3 | 7,39 | |
| 8 | D | 0,85 | 0,84 | 0,85 | 2,2* | 69 | 0,1 | 7,4 | |
| * звездочкой отмечены величины, выходящие за пределы данного изобретения. |
[0056] Если по приведенным в Таблице 2-3 результатам измерений сравнить характеристики изготовленных с использованием в качестве смазочных веществ растворенных в растворителе фосфатов натрия образцов 5-8 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа с характеристиками указанного в Таблице 2-1 образца 1 известного ранее спеченного сплава на основе железа, изготовленного с использованием в качестве смазочного вещества взвешенного в ацетоне стеарата лития, то становится видно, что при практически одинаковой плотности любой из образцов 5-8 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа имеет более высокую твердость поверхности, а также на порядок меньшую открытую пористость, из чего можно сделать вывод, что их поверхность уплотнена и обладает выдающейся стойкостью к износу в результате трения. Следует также отметить, что сравнительные образцы спеченного сплава на основе железа 5-8, имеющие характеристики, выходящие за пределы данного изобретения, частично демонстрируют нежелательные особенности.
Кроме того, в результате измерения по методу ЕРМА содержания Р и Na в направлении от поверхности к срединной части в образцах 5-8 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа, а также в сравнительных образцах спеченного сплава на основе железа 5-8, выяснилось, как это и отражено в Таблице 2-3, что средняя величина концентрации Р в поверхностном слое сплава выше концентрации Р во внутренней части сплава, а также что в поверхностном слое сплава содержится Na.
Пример осуществления 2-3
Температура внутренней поверхности полости металлической формы была заранее доведена до 150°С и поддерживалась на этой отметке. Затем на внутреннюю поверхность полости различной толщиной наносились указанные в таблице 2-1 смазочные вещества I-L и е-f, и за счет испарения воды на внутренней поверхности полости сформировывался имеющий различную толщину кристаллизованный слой, состоящий из солевой смеси фосфатов натрия и фосфатов калия.
Далее, внутрь полости металлической формы, где сформировался кристаллизованный слой, загружалась являющаяся исходным порошковым материалом смесь порошка сплава на основе железа Fe - 1,5% Мо и порошка С, изготовленная в V-образном смесителе (блендере) в соотношении Fe - 1,5% Мо - 0,3% С. Путем формования под прессом под давлением 800 МПа были изготовлены прессованные заготовки, имеющие на поверхности слой с высокой концентрацией Р, К и Na. Полученные таким способом прессованные заготовки, имеющие на поверхности слой с высокой концентрацией Р, К и Na, подвергали спеканию в газовой среде 5% H2-N2 при температуре 1150°С, затем производили науглероживание и отпуск и изготовили образцы 9-12 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа с высокой концентрацией Р, К и Na в поверхностном слое, а также сравнительные образцы спеченного сплава на основе железа 9-12.
В поверхностном слое полученных образцов 9-12 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа, а также сравнительных образцов спеченного сплава на основе железа 9-12 были измерены средняя концентрация Р, разница в концентрации Р, полученная в результате вычитания из средней величины концентрации Р в поверхностном слое величины концентрации Р во внутренней части сплава. Также были измерены средняя концентрация К и средняя концентрация Na. Результаты этих измерений приведены в Таблице 2-4. Кроме того, на поверхности этих сплавов было произведено определение твердости по Роквеллу, измерение открытой пористости, а также плотности сплавов. Результаты этих измерений также приведены в Таблице 2-4.
| [Таблица 2-4] | ||||||||||
| Образец спеченного сплава на основе Fe | Смазочное вещество из Таблицы 1 | Поверхностный слой спеченного сплава на основе Fe | Плотность сплава (Мг/м3) | |||||||
| Средняя концентрация Р в поверхностном слое (% от массы) | Разность концентраций Р, полученная вычитанием из средней концентрации Р в поверхностном слое концентрации Р во внутренней части сплава (% от массы) | Средняя концентрация (% от массы) | Толщина (мм) | Твердость поверхности по Роквеллу (HRA) | Открытая пористость (%) | |||||
| К | Na | |||||||||
| Данное изобретение | 9 | I | 0,15 | 0,14 | 0,014 | 0,011 | 1,2 | 86 | 0,5 | 7,41 |
| 10 | J | 0,35 | 0,34 | 0,035 | 0,042 | 1,8 | 87 | 0,4 | 7,4 | |
| 11 | К | 0,49 | 0,48 | 0,21 | 0,18 | 0,15 | 85 | 0,2 | 7,41 | |
| 12 | L | 0,75 | 0,74 | 0,45 | 0,47 | 0,42 | 85 | 0,1 | 7,39 | |
| Сравнительный | 9 | e | 0,015 | 0,0005* | Менее 0,0001* | Менее 0,0001* | 0,002 | 74 | 6,5 | 7.4 |
| 10 | f | 1,2 | 1,19* | 0,63* | 0,63* | 1,7 | 67 | 0,2 | 7,41 | |
| 11 | I | 0,03 | 0,02 | 0,022 | 0,018 | 0,0005* | 75 | 7,3 | 7,39 | |
| 12 | I | 0,85 | 0,83 | 0,92 | 0,94* | 2,2* | 69 | 0,1 | 7,4 | |
| * звездочкой отмечены величины, выходящие за пределы данного изобретения. |
Если по приведенным в Таблице 2-4 результатам измерений сравнить характеристики изготовленных с использованием в качестве смазочных веществ растворенных в растворителе фосфатов калия и фосфатов натрия образцов 9-12 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа с характеристиками указанного в Таблице 2-1 образца 1 известного ранее спеченного сплава на основе железа, изготовленного с использованием в качестве смазочного вещества взвешенного в ацетоне стеарата лития, то становится видно, что при практически одинаковой плотности любой из образцов 9-12 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа имеет более высокую твердость поверхности, а также на порядок меньшую открытую пористость, из чего можно сделать вывод, что их поверхность уплотнена и обладает выдающейся стойкостью к износу в результате трения. Следует также отметить, что сравнительные образцы спеченного сплава на основе железа 9-12, имеющие характеристики, выходящие за пределы данного изобретения, частично демонстрируют нежелательные особенности.
Кроме того, в результате измерения по методу ЕРМА содержания Р, К и Na в направлении от поверхности к срединной части в образцах 9-12 составляющего данное изобретение спеченного сплава на основе железа, а также в сравнительных образцах спеченного сплава на основе железа 9-12, выяснилось, как это и отражено в Таблице 2-4, что средняя величина концентрации Р в поверхностном слое сплава выше концентрации Р во внутренней части сплава, а также что в поверхностном слое сплава содержатся К и Na.
1. Спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, состоящий из поверхностного слоя и внутренней части, отличающийся тем, что поверхностный слой содержит 0,0001-1 мас.% калия и/или натрия и имеет толщину от 1 мкм до 2 мм.
2. Спеченный сплав по п.1, отличающийся тем, что открытая пористость в поверхностном слое составляет не более 5%.
3. Спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, состоящий из поверхностного слоя и внутренней части, отличающийся тем, что внутренняя часть содержит, мас.%: 0,1-0,9 углерода; 0,1-10 по меньшей мере одного из Мо, Ni, Cr и Cu; железо и неизбежные примеси остальное, а поверхностный слой содержит, мас.%: 0,1-0,9 углерода; 0,1-10 по меньшей мере одного из Мо, Ni, Cr и Cu; 0,0001-1 калия и/или натрия, железо и неизбежные примеси остальное.
4. Спеченный сплав по п.3, отличающийся тем, что открытая пористость в поверхностном слое составляет не более 5%.
5. Спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, состоящий из поверхностного слоя и внутренней части, отличающийся тем, что внутренняя часть содержит, мас.%: 0,1-0,9 углерода; 0,1-10 по меньшей мере одного из Мо, Ni, Cr и Cu; 0,1-3 по меньшей мере одного из Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca и S; железо и неизбежные примеси остальное, а поверхностный слой содержит, мас.%: 0,1-0,9 углерода; 0,1-10 по меньшей мере одного из Мо, Ni, Cr и Cu; 0,1-3 по меньшей мере одного из Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca и S; 0,0001-1 калия и/или натрия, железо и неизбежные примеси остальное.
6. Спеченный сплав по п.5, отличающийся тем, что открытая пористость в поверхностном слое составляет не более 5%.
7. Деталь из спеченного сплава на основе железа, отличающаяся тем, что она изготовлена из спеченного сплава на основе железа по любому из пп.1-6.
8. Деталь по п.7, отличающаяся тем, что она является цепным колесом.
9. Деталь по п.7, отличающаяся тем, что она является шестерней.
10. Деталь по п.7, отличающаяся тем, что она является ротором.
11. Деталь по п.7, отличающаяся тем, что она является внутренними кольцами подшипников.
12. Деталь по п.7, отличающаяся тем, что она является внешним кольцом подшипников.
13. Спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, состоящий из поверхностного слоя и внутренней части, отличающийся тем, что поверхностный слой толщиной от 1 мкм до 2 мм содержит 0,001-1 мас.% калия и/или натрия и фосфор, концентрация которого выше, чем концентрация фосфора во внутренней части сплава.
14. Спеченный сплав по п.13, отличающийся тем, что концентрация фосфора в поверхностном слое на 0,01-1 мас.% выше концентрации фосфора во внутренней части.
15. Спеченный сплав по п.13 или 14, отличающийся тем, что открытая пористость в поверхностном слое составляет не более 5%.
16. Спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, состоящий из поверхностного слоя и внутренней части, отличающийся тем, что внутренняя часть содержит, мас.%: 0,1-0,9 углерода; 0,1-10 по меньшей мере одного из Мо, Ni, Cr и Cu; не более 0,05 фосфора (включая 0), железо и неизбежные примеси остальное, а поверхностный слой сплава содержит 0,0001-1 мас.% калия и/или натрия и фосфор в количестве на 0,01-1 мас.% выше концентрации фосфора во внутренней части.
17. Спеченный сплав по п.16, отличающийся тем, что открытая пористость в поверхностном слое составляет не более 5%.
18. Спеченный сплав на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, состоящий из поверхностного слоя и внутренней части, отличающийся тем, что внутренняя часть содержит, мас.%: 0,1-0,9 углерода; 0,1-10 по меньшей мере одного из Мо, Ni, Cr и Cu; 0,1-3 по меньшей мере одного из Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca и S; не более 0,05 фосфора (включая 0), железо и неизбежные примеси остальное, а поверхностный слой сплава содержит 0,0001-1 мас.% калия и/или натрия и фосфор в количестве на 0,01-1 мас.% выше концентрации фосфора во внутренней части.
19. Спеченный сплав по п.18, отличающийся тем, что открытая пористость в поверхностном слое составляет не более 5%.
20. Деталь из спеченного сплава на основе железа, отличающаяся тем, что она изготовлена из спеченного сплава на основе железа по любому из пп.13-19.
21. Деталь по п.20, отличающаяся тем, что она является цепным колесом.
22. Деталь по п.20, отличающаяся тем, что она является шестерней.
23. Деталь по п.20, отличающаяся тем, что она является ротором.
24. Деталь по п.20, отличающаяся тем, что она является внутренними кольцами подшипников.
25. Деталь по п.20, отличающаяся тем, что она является внешним кольцом подшипников.
26. Способ производства спеченного сплава на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, отличающийся тем, что на внутренней поверхности полости металлической формы формируют пленку из используемых в качестве смазочного вещества серно-калиевых солей, состоящую по меньшей мере из одного вещества, выбранного из группы, содержащей сульфат калия, сульфит калия, тиосульфат калия, додецилсульфат калия, додецилбензолсульфат калия, синий блестящий FCF и эстер сульфат аскорбат калия, затем полость формы заполняют исходным порошковым материалом для спеченного сплава на основе железа и изготавливают прессованную заготовку формованием под прессом, содержащую в поверхностном слое калий, а затем прессованную заготовку подвергают спеканию.
27. Способ производства спеченного сплава на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, отличающийся тем, что на внутренней поверхности полости металлической формы формируют пленку из используемых в качестве смазочного вещества серно-натриевых солей, состоящую по меньшей мере из одного вещества, выбранного из группы, содержащей сульфат натрия, сульфит натрия, тиосульфат натрия, додецилсульфат натрия, додецилбензолсульфат натрия, желтый "солнечный закат" FCF и эстер сульфат аскорбат натрия, затем полость формы заполняют исходным порошковым материалом для спеченного сплава на основе железа и путем формования под прессом изготавливают прессованную заготовку, содержащую в поверхностном слое натрий, а затем прессованную заготовку подвергают спеканию.
28. Способ производства спеченного сплава на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, отличающийся тем, что на внутренней поверхности полости металлической формы формируют смешанную солевую пленку из используемых в качестве смазочного вещества серно-калиевых и серно-натриевых солей, затем полость формы заполняют исходным порошковым материалом для спеченного сплава на основе железа и путем формования под прессом изготавливают прессованную заготовку, содержащую в поверхностном слое калий и натрий, а затем прессованную заготовку подвергают спеканию.
29. Способ производства спеченного сплава на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, отличающийся тем, что на внутренней поверхности полости металлической формы формируют пленку из используемых в качестве смазочного вещества фосфатов калия, состоящую по меньшей мере из одного вещества, выбранного из группы, содержащей гидроортофосфат калия, ортофосфат калия, полифосфат калия или рибофлавин фосфат калия, затем полость формы заполняют исходным порошковым материалом для спеченного сплава на основе железа и путем формования под прессом изготавливают прессованную заготовку с присоединенными к поверхности фосфатами калия, а затем прессованную заготовку подвергают спеканию.
30. Способ производства спеченного сплава на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, отличающийся тем, что на внутренней поверхности полости металлической формы формируют пленку из используемых в качестве смазочного вещества фосфатов натрия, состоящую по меньшей мере из одного вещества, выбранного из группы, содержащей гидроортофосфат натрия, ортофосфат натрия, полифосфат натрия или рибофлавин фосфат натрия, затем полость формы заполняют исходным порошковым материалом для спеченного сплава на основе железа и путем формования под прессом изготавливают прессованную заготовку с присоединенными к поверхности фосфатами натрия, а затем прессованную заготовку подвергают спеканию.
31. Способ производства спеченного сплава на основе железа с высоким поверхностным уплотнением и высокой поверхностной твердостью, отличающийся тем, что на внутренней поверхности полости металлической формы формируют смешанную солевую пленку из используемых в качестве смазочного вещества фосфатов калия и фосфатов натрия, затем полость формы заполняют исходным порошковым материалом для спеченного сплава на основе железа и путем формования под прессом изготавливают прессованную заготовку с присоединенной к поверхности смесью фосфатов калия с фосфатами натрия, а затем прессованную заготовку подвергают спеканию.
