Способ изготовления биметаллических изделий из железа и меди

,Й. ТЕН В Т н,амвелян ори ичесГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ(46) 15 . 12 .88 . Бюл. Р 46 (7 1) Ереванский политехнический институт им. К,Маркса(53) 621.762.4.016(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР. В 1234048, кл. В 22 Р 3/20, 1986,Авторское свидетельство СССР В 1206005, кл, В 22 Р 7/00, 1986; (54) СПОСОБ ИЗГОТОБЛЕНИЯ БИМЕТАЛЛИБСКИХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЖЕЛЕЗА И МЕДИ(57) Изобретение относится к ковой металлургии, в частно способам изготовления биметалл ких изделий из железа и меди. Цельизобретения - повышение прочностисцепления. На гидравлическом прессепроизводят статическое холодноепрессование втулки диаметром 30 ммиз железного порошка ПЖ 4 М под давлением 150 МПа и стержня диаметром10 мм из смеси медного порошкаПМСи 5-127 от объема медного порошка кварцевого песка. Бысота втул-ки и стержня 30 ми. Горячую обработку сборной заготовки ведут при температуре 900-1000 С в течение 0,5 ч.После горячей обработки стержень имеет пористость 3-77, а втулка практически беспористая. При таком сочетании пористости температурные коэффициенты линейного расширения втулкии стержня практически равны. 1 табл.Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спо"собам изготовления спеченных биметаллических иэделий из железа и меди,Целью изобретения является повышение прочности сцепления,Способ осуществляют следующим образомНа гидравлическомпрессе производят статическое холодное прессованиевтулки диаметром 30 мм иэ железногопорошка ПИ 4 М под давлением 150 МПадо упора в статическое холодноепрессование стержня диаметром 10 мм 15под давлением 150 МПа из смеси медного порошка ПГСи кварцевого песка(5-12 от объема медного порошкадо пористости ь 20%.Высота втулки и стержня Н = 30 мм, 20Горячую обработку сборной заготовки ведут .по следующему режиму: температура нагрева 900-1000 С, продолжительность нагрева 0,5 ч. Порис тость после горячей обработки составных частей сборной заготовки: стер-жень 3-7 , втулка практическибеспористая, При таком сочетании пористости температурный коэффициентлинейного расширения (т.к.л.р,) втулки и стержня практически равны.Прочность сцепления полученногобиметалла железо-медь после термоциклирования до 700-800 С составляет270-290 МПа, Микроструктурный анализ переходной зоны показывает, чтотрещины или расслоения отсутствуюти разрушение происходит по меди,обеспечивая максимальную прочностьсцепления (см. таблицу), 40Без добавки кварцевого песка иликакого.-либо другого материала нельзя добиться наличия остаточной по."ристости в медном элементе биметалла, так как изделие после прессования подвергается горячей обработкедавлением, в частности экструзии, впроцессе которой пористые элементыбиметалла будут уплотняться до беспористого состояния одновременно. Наличие же кварцевого песка, имеющегокрайне низкий температурный коэффициент линейного рааширения (т.к.л,р.до температуры 1000 С ( о 4 = 0,4 -0,5,10 град ), создает в объемеэлемента изделия микрообъемы, которые могут считаться порами, так какпрактически не изменяют свои размерыи не деформируются (плавятся). Таким образом, наличие 5-12 мас. кварцевого песка создает условиядля получения остаточной пористостив медном элементе биметалла в размере 3 - 7что влияет на т.к.л.р.снижает его значение. Функция кварцевого песка - создание остаточнойпористости, которая, в свою очередь,снижает т.к,л,р.При содержании кварцевого пескав медном стержне меньше 5(пористость П = 2-З ) (т.к.л.р,) медногостержня равен 23,0 ф 10 град. Притермическом воздействии (термоциклирование при 700-800 С) ввиду большой разницы в т.к.л,р. медного стержня и железной втулки (ь.г = 17 0"йге10 град), происходит трещинообразование в переходной. зоне.и практически ее разрушение,При среднем содержании кварцевогопеска в медном стержне (8 ) пористость стержня равна (П = 6-7 ит.к.л.р, медного стержня и железнойвтулки практически равны оС , = 17,510 град , сс е = 1,Ох 10 град.При термическом воздействии (термоциклирование при 700-800 С) ввидупрактического равенства т.к,л.р.стержня в,втулки снижение прочностисцепления слоев биметалла Ге-Сп незначительное; от 300-320 (в исходномсостоянии) до 270-290 Г 1 Па (послетермоциклирования),При содержании кварцевого пескав медном стержне больше 12% (пористость медного стержня более 10 )т.к.л.р. равен 19,0-20,0 10 градТ.к,л.р. беспористой железной втулки(П = 0%) , равен 17,0 10 град ,т.е . опять имеется разница т.к.л.р.(хотя и не такая большая, как в случае с содержанием кварцевого пескаменьше 5 ). При термическом воздействии (термоциклирование при 700800 ОС) прочность сцепления снижается значительно по сравнению с оптимальным содержанием кварцевого песка и составляет 180-190 МПа. Нарядус низким значением прочности сцепления слоев биметалла его механическаяобработка затруднена из-эа значительной пористости медного стержня (более 10%),Кварцевый песок добавляется вмедный элемент биметалла, т.к.л.р.которого очень высок (для достиженияостаточной поригтости н соответствен- г1444083 Пористость, ф/о Прочность сцепления по способу, МПа Термиче ское в оэдейс тв ие Втулка Стержень(железо) (медь) известный предлагаемый При 20 фС 300-320 290-300 0 0 Термоциклирование при150 С Практически разрушен Термоциклирование при700-800 С СтерженьПроизв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная,но снижения значения т.к.л,р.) и который необходимо снизить и довестидо уровня значения т.к.л.р. материала Второго элемента биметалла железа, который находится в беспористомсостоянии,Одновременно введение кварцевогопеска в медный порошок может повысить прочностные свойства биметаллического элемента в результате дисперсионного упрочнения,В качестве вводимого в медныйпорошок соединения, имеющего высокуютемпературу плавления, минимальнонизкий т.к.л.р. и не взаимодействующего с материалом основы, можно использовать также графитовый порошок.Использование предлагаемого способа обеспечит и сохранит высокую прочность сцепления деталей изделия после термического воздействия и может быть использовано в производст" 5ве биметаллических порошковых изделий инструментального и конструкционного назначения на основе железа и меди. 1 О ф о р м у .л а и з о б р е т е н и я Способ изготовления биметаллических изделий иэ железа и меди, включающий прессование заготовок иэ мед ного и железного порошков, их сборкуи горячую экструзию, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения прочности сцепления, перед прес- сованием в медный порошок вводят 5- 2 О 12 мас.% кварцевого песка,