Способ получения антифрикционного композиционного материала на основе чугуна

(51) 5 МИТЕТОТКРЫТИЯМ ОСУДАРСТВЕННЫЙО ИЗОБРЕТЕНИЯМРИ ГКНТ СССР ПИСА ЕТЕН У СВИДЕТЕЛЬСТ К АВТ ЦИ- РИнеобходтехнолоность дсодержанесущаяНаи остипособЯпони(71) Белорусское республиканское научнопроизводственное объединение порошковой металлургии(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АНТИФРИКОННОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕАЛА НА ОСНОВЕ ЧУГУНА. Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов, которые могут быть использованы в тяжелонагруженных узлах трения.Известен способ получения композиционного материала на основе железа (см. а.с, СССР М 912767 М кл С 22 с 38/16, С 22 /с 33/02, Е 16 с ЗЗ/12), включающий смешивание гранул чугуна с железным порошком, прессование, вакуумное спекание с пропиткой смесью порошков меди, кремния и марганца, закалку о масле и отпуск,остатком данного способа является имость использования сложного ического оборудования, невозможостижения высокого процентного ния включений чугуна и невысокая способность.более близким по технической сущпредлагаемому способу является зготовления спеченных прессовок а.э. 58-10459 МКМ; С 22 с 33/02,(57) Сущность изобретения: способ включает подготовку порошковой шихты из чугуна и медьсодержащей добавки, прессование . и спекание, При этом в качестве медьсодержащей добавки используют фасфористую медь. Подготовку шихты проводят совместным расплавлением чугуна и фосфористой меди и распылением расплава после сегрегации его компонентов,в виде медно-фосфористых гранул с включениями чугуна при отношении размера гранул к размеру включений, равном 3 - 8.1 табл. В 22 Р 3/12, С 22 с 33/08), вкл смешивание медного порошка ( тейным чугуном, прессование и спОднако слабая адгезия медно 1 к включениям чугуна после спека ограниченной растворимости меди в случае использоаания крупноди включений, характерных для мак генных материалов, испольэуемы боты в особо жестких условиях, и выкрашиванию включений при ме ючающии оь) с лиекание. матрицы ния из-за в железе сперсных рогетерох для раиводит к обработке.Целью изобретения является повышение несущей способности материала и его качества за счет предотвращения выкрашивания включений чугуна,Для этого исходную порошковую композицию формирую 1 в виде сплошных меднофосфористых гранул с распределенными в них крупнодисперсными включениями чугуна при отношении размера гранул к размеру включений 3 - 8, причем в качестве медьсодержащей добавки используют фосфористую медь.При формировании гранулы обеспечивается получение полукогерентной границы между медно-фосфористай матрицей и включением чугуна, следстнием его является высокая прочность сцепления между ними. При последующих прессовании и спекании прочность композиционного материала определяется взаимодействием гранул по внешним медно-фосфористым границам;Способ осуществляют следующим образом,Исходную порошковую композицию получают н виде сплошных гранул путем распыления совместно расплавленных чугуна и фосфористой цеди с обеспечением сегрегации компонентов. Размеры включений определяются сегрегацией фаз, которая начинается после выключения индукционного нагрева, диспергирующего расплав, Кроме того, на процессы сегрегации влияют время выдержки расплава, температура перегрева расплава, расстояние от сопла да ванны с водой, давление распыляющега газа. За-. тем осуществляют прессанание и спекание. При содержании чугуна до 40 прессавание мажет быть осуществлено статическими методами, При содержании включений более 400, резко ухудшается прессуемость материала. В этом случае целесообразно применение нэрыннога прессования. В контейнер помещают прессуемые гранупы, герметизируют контейнер, устанавливают заряд взрывчатого вещества, средства подрыва и производят взрывное прессование, Затем осуществляют спекание и механическую обработку заготовок,В качестве медьсодержащей добавки используют фасфористую медь. Это связано с тем, что введение фосфора, повышающего жидкотекучесть расплава, позволяет получать гранулы парашка размером 200- 1000 мкм, в та время как расплавление состава Ее-Си-Сг-С, несодержащего фосфора, затруднено, и иэ-эа высокой вязкости расплава выход фракций 200."-1000 мкм не превышает 30,4,Пределы отношения размеров гранул к размеру включений определяотся экспериментально и объясняются тем, что при отношении, меньшем 3, гранула садержиг 2-3 включения чугуна и недостаточно деформируется при прессовании, что приводит к понижению механической прочности и выкрашиванию материала при обработке резанием. При отношении размера гранул к размеру включений, большем 8, ухудшаются триботехнические свойства износостойкого композиционного материала, н частности уменьшается несущая способ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ность, Это можно обьяснить тем, что мелкие нклоцения "вдавливаются" в матрицу под дейстнием больших нагрузок, крупные включения распределяют напряжения в слое, толщина которого соизмерима с размерам включений.Г р и м е р 1, Получение порошка осуществлялось на установке УГР. Композиционные гранулы изготавливали из расплава, полученного совместным плавлением 70 мас,ч, чугуна Сг 10, С 30, Ге остальное) и 30 мас.ч, фосфористой меди (6;6 Р), Распыление проводилось после сегрегации компонентов через сопла диаметром 6 мм под углом 25 воздухом при давлении 4 атм. Средний размер гранул составил 800 мкм. Варьированием технологических режимов были получены гранулы со средним размером включений чугуна 80, 100, 160, 270, 400 мкм, что соответствует отношениям размера гранул к размерам включений 10, 8, 5, 3, 2.Размер включений определяли на автоматическом анализаторе изображения "Квантимет - 720" по методике "Определение грануламетрического состава порошков".Б контейнер, изготовленный из листовой стали толщиной 2 мм, с внутренними размерами 55 х 35 х 12 мм помещали полученные гранулы и закрывали его сверху стальным пуансоном толщиной 1 мм. На пуансон помеЩали плоский заряд ВВ (аммонита Р 6 ЖВ) толщиной 35. мм, средства подрыва и производили взрывное прессование. Полученные прессовки спекали н диссоциированном аммиаке при 890 С в течение 2 ч. Затем осуществляли механическую обработку (фрезеронание) поверхности пластин, Наличие выкрашивания включений определяли визуально.П р и м е р 2, Образцы по прототипу были получены иэ шихты, содержащей 300, медного порошка со среднил 1 размерол 1 частиц 50 мкм и 7070 серого чугуна (300 С) со средним размером частиц 160 мкм,Затем использовали последовательность операций, приведенную н описании, соблюдая те же условия прессования и спекания, чта и н предлагаемом способе.П р и м е р 3, При соблюдении таких же технологических режимов по примеру 2 были также получены заготовки, химический состав которых аналогицен химическому составу заготовок в предлагаемом способе: исходная шихта 70 мас,ч. чугуна (Сг 1070, С 30, Ге остальное) со средним размером частиц 160 мкм и 30 мас,ч, порошка фосфористой меди (6, Р) со средним размером частиц 50 мкм,,. 1759934 Средний размер включений, мкм Несущая способность,МПа Примечания Выкра- шивание при фрезе- ровании, +- есть - нет. Температура расплаоС Расстояниее от сопла до ванны,м Время выдержки расплава, сПредлагаемый (пример 1) 10,5 10,3 10,1 8,2 3 5 8 10 270 160 100 80 160 1380 13 ЦО 1420 1420 170 170 120 80 0,75 0,60 0,60 0,60 То же Несплошная поверхность образцовПрототип (пример 2) 6,3 160 Аналог (приме 3 Составитель А. МириленкоРедактор М. Стрельникова Техред М,Моргентал Корректор М, Шароши Заказ 3158 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская нэб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 несущая способность определялась нэ машине трения МТпо трехпальчиковой схеме при капельной смазке и скорости скольжения 3,4 м/с. Результаты экспериментов сведены в таблицу.Из таблицы видно, что выкрашивание включений чугуна из матрицы приводит к снижению несущей способности (опыт 7) или невозможности ее определения (опыты 1, 6),Таким образом, экспериментагьно установлено, что использование предлагаемого способа приводит по сравнению с прототипом(он ке базовый объект) к повышению качества изделий за счет исключения выкрашивания включений при механической обработке и несущей способности материала,Формула изобретения Способ получения антифрикционногокомпозиционного материала на основе чугуна, включающий подготовку шихты из 5 чугуна и медьсодержащей добавки, прессование и спекание, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения несущей способности материала и его качества ээ счет предотвращения выкрашивания включений 10 чугуна, в качестве медьсодержащей добавкииспользуют фосфористую медь, а подготовку шихты проводят совместным расплавлением чугуна и фосфористой меди и распылением расплава после сегрегации 15 его компонентов в виде медно-фосфористых гранул с включениями чугуна при отношении размера гранул к размеру включений, равном 3-8. Отношение размера гранул к размеру включе- ний