Способ изготовления спеченных антифрикционных деталей на основе железа
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению антифрикционных деталей на основе железа для машиностроения. Шихту на основе железа прессуют и спекают с получением спеченных деталей. Спеченные детали размещают в реакторе над нагретым раствором фосфата цинка, реактор герметизируют и вакуумируют до достижения вакуума до 1 мм рт.ст. Затем детали опускают в раствор фосфата цинка и выдерживают в нем около 1 часа. Перед фосфатированием или после него проводят калибрование. Спеченную антифрикционную деталь, покрытую фосфатом цинка, пропитывают маслом. Способ позволяет повысить ресурс работы антифрикционной детали в режиме самосмазывания. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.
Предлагаемое изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления спеченных антифрикционных износостойких деталей на основе железа машиностроительного назначения.
Известны способы получения антифрикционных деталей на основе меди, включающие приготовление шихты, прессование, спекание, калибровку, пропитку маслом (ГОСТ 26719-85).
Недостатком известных способов являются низкие технологические характеристики шихты, получаемой на основе стандартных порошков меди марок типа ПМС-1 и ПМС (ГОСТ 4960-75), из-за низкой текучести порошков меди указанных марок.
Известен способ получения антифрикционных деталей на основе меди, в котором шихту, для повышения текучести, готовят с подмешиванием крупных частиц бронзы, полученных от размола бронзографитовых подшипников (Патент RU 2285582, опубл. 2006.10.20).
Недостатком известного способа является то, что деталь полностью состоит из дорогостоящих цветных металлов.
Известен способ изготовления антифрикционных деталей из порошкового материала, включающий приготовление шихты с содержанием меди 80%, элемента группы железа 5% и графита 15% (Патент ФРГ 2027902, 1972 г.). Детали, полученные таким способом, имеют высокие антифрикционные свойства в условиях смазки и самосмазывания.
Недостатком известного способа является низкая текучесть и невысокая насыпная плотность шихты, затрудняющие получение стабильных по размеру и плотности деталей.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному является способ изготовления деталей из порошкового материала при следующем соотношении компонентов, мас.%: олово - 2-5; графит - 0 - 2; железо - 30-60; медь - остальное (Патент RU 2163270, опубл. 2001.02.20). Материал имеет хорошие антифрикционные свойства при условии подпитки масла в узел трения.
Недостатком известного способа является наличие в его составе довольно большого процентного содержания дорогостоящих цветных металлов.
Техническим результатом настоящего изобретения является способ получения порошковых спеченных антифрикционных деталей, содержащих минимум дорогостоящих цветных металлов при сохранении ресурса наработки в условиях самосмазывания.
Указанный технический результат достигается тем, что спеченную антифрикционную деталь на основе железа подвергают фосфатированию фосфатом цинка. Для полного фосфатирования глубоких пор детали, перед химическим процессом, ее вакуумируют. Операцию калибрования проводят до фосфатирования или после, в зависимости от назначения и свойств антифрикционной детали. Пористую порошковую антифрикционную деталь, покрытую фосфатом цинка, пропитывают маслом. Цинк обладает повышенной способностью удерживать смазку, поэтому ресурс работы фосфатированой детали в режиме самосмазывания выше, чем не фосфатированой, при одинаковых свойствах и условиях работы.
Способ осуществляют следующим образом. Готовят серийную шихту смешиванием из сравнительно не дорогих порошков на основе железа, по ГОСТ 26802-86. Такая шихта обладает стабильными технологическими свойствами по текучести, поэтому прессование проводят на высокопроизводительных прессах-автоматах. Спекание и калибрование проводят по типичному для выбранного материала режиму. Фосфатирование деталей проводят в специальном реакторе. Детали в корзине размещают над нагретым до 90-100°С раствором фосфата цинка. Реактор герметизируют, из него откачивают воздух. Таким образом высасывается воздух из пор детали. После достижения низкого вакуума ~ до 102 Н/м2 (1 мм рт.ст.), корзину с деталями опускают в раствор фосфата цинка. Раствор беспрепятственно заполняет все свободные от воздуха поры. Происходит химический процесс фосфатирования всей поверхности детали, в том числе внутренних поверхностей пор. Процесс длится около 1 часа. Затем реактор разгерметизируют. Корзину с деталями перемещают в сушильный шкаф. После сушки детали обычно пассивируют в слабом хроматном растворе и снова сушат. Готовые антифрикционные детали пропитывают маслом. Заполнение пор маслом происходит лучше, если детали перед пропиткой вакуумируют. Поэтому пропитку маслом желательно проводить в реакторе, подобном описанному, в процессе фосфатирования. Далее антифрикционную деталь применяют по назначению.
Проведены сравнительные испытания серийно выпускаемых втулок из материала ПА-ЖГрД (состав, мас.%: медь 2,3-3,5; углерод 0,5-1,2; остальное - железо). Эти втулки указаны в таблице под образцом номер 1. Под образцом номер 2 указаны такие же втулки, только фосфатированные фосфатом цинка. Под образцом номер 3 указаны втулки таких же габаритов, но изготовленные из серийного бронзового порошка ПА-БрОГр4 (состав, мас.%: олово 9,0-11,0; углерод 0,5-1,0; основа - медь). Все втулки прошли одновременную вакуумную пропитку индустриальным маслом И-20. Испытания проводили с контртелом - валом из закаленной отполированной стали, с линейной скоростью 3 м/с, при давлении 2 МПа, в режиме самосмазывания. Расход масла определяли взвешиванием и переводили в проценты от первоначального веса пропитки. Износ определяли методом «предустановленных баз», когда на испытываемую поверхность предварительно вдавливали трапециевидные углубления, у которых замеряли катет до испытания и после. Испытания проводили до превышения силы тока в электроприводе, допустимой испытаниям величины. Наработку определяли в часах. Результаты испытаний приведены в таблице. На валах контртел износа не обнаружено.
Из таблицы видно, что у образца номер 2, изготовленного по предложенному способу, ресурс наработки и расход масла сравним с образцом номер 3, изготовленным из порошков цветных металлов. Эти данные позволяют применять спеченные антифрикционные детали на основе железа, фосфатированные по предложенному способу фосфатом цинка, вместо дорогостоящих бронзовых деталей.
| Таблица | |||
| Результаты сравнительных испытаний материалов | |||
| Образец | Наработка | Расход смазки | Износ |
| (час) | (%) | (мкм) | |
| 1 | 4375 | 46 | 15 |
| 2 | 7229 | 17 | 7 |
| 3 | 6874 | 25 | 8 |
1. Способ изготовления спеченных антифрикционных деталей на основе железа, включающий приготовление шихты, прессование, спекание, калибрование и пропитку маслом, отличающийся тем, что спеченные детали размещают в реакторе над нагретым раствором фосфата цинка, реактор герметизируют и вакуумируют до достижения вакуума до 1 мм рт.ст., затем детали опускают в раствор фосфата цинка и выдерживают в нем около 1 ч.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор фосфата цинка нагревают до 90-100°С.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что калибрование осуществляют перед фосфатированием.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что калибрование осуществляют после фосфатирования.
