Способ изготовления спеченных антифрикционных изделий

,ЯО 1092009 СОЮЗ ССВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИХ Зов В 22 Р 3 26 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ЩЯЬЩФ фщ еле:ч ннонощОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯн нотонснонн свситссьотнт(72) Ю. Г, Дорофеев, А.И.,Малеванный, В.И.Мнрошников и Б.М.Снмилейскнй (71) Новочеркасский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт нм, Серго Орджоникидзе (53) 621.762.4:621,762.5(088.8) (56) 1. Баблоянц Р.К.Исследование влияния свободного углерода на свойства порошковых подшипннковых Материалов. Автореф. канд. дис, Ростов на-Дону, 1973, с.21.2. Дорофеев Ю.Г. и др. Легированные износостойкне материалы, полученные методом ДГП,-В кн.: Горячее прессованне в порошковой металлургии. Материалы Ш Всесоюзной научно-технической конференции. Новочеркасск, 1978, с. 7-О.(54) (5 У) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕБИ СПЕЧКННЫХ АНТИФРЮЩИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ, включающий смешивание исходных порошков, .прессоваине пористых заготовок, ихспекание, нагрев в защитной атмосфере и последующее динамическое горячее рессование, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения антиФрикционных свойств, после спеканияповерхностей слой заготовки насыщают твердой смазкой,. а нагрев переддинамическим горячим прессованиемосуществляют в течение 20-140 с.Ф 1092009 3 Изобретение относится к порошковой . пребывания при высо металлургии и может быть испольэова- спекания распадаетс ио ддя изготовпения антифрь.кционных. ких смазывающих сво порошковых изделий, содержащих в по- го, при нагреве эаг верхностном рабочем слое твердую течение 5 мин также смазку, струкция (частичная) Известен способ получения мето- даже.прн отсутствии дом динамического горячего прессова- спекания заготовок,ния высокоплотных порошковых. анти- случае оставшихся в фрикционвых материалов на железной 1 б дой смазки, располо основе, содержащих О вес.Х твер" объему детали, осла дой смазки (графита). Способ включа ский каркас, пониж ет приготовление шихты смешиванием кие характеристики. железного и графитового. порошков, Цель изобретения прессование пористых заготовок ,их 15 тифрикцнонных свойс нагрев в течение 10"15 мин 1,для про" делий. грева заготовок и,получения требуе-Поставленная цел мой структуры металлического каркаса тем, что согласно с с последующим динамическим прессо" ления спеченных а ванием С 1 ь. 20 изделий, включающем Недостаток известного способа - ходных порошков, пр низкие антифрикционные свойства по- тых заготовок, их с лучаемых изделий. защитной атмосфере Наиболее близким к предлагаемо- , ,намическое горячее му по технической сущности и достига ле спекання поверхн емому результату является способ . готовки насйщают тв изготовления спеченных антифрик- нагрев перед динами ционных изделий, включающий смешива- прессованнем осущес ние исходных порошков, прессование ньье 20-140 с. пористых заготовок, их спекание, ЗО Спекание в защит нагрев в защитной атмосфере и после- социированный аммна дующее динамическое горячее прессо- гон н т,п,) порошко ванне. Нагрев в защитной атмосфере содержащих недостат проводят в течение 5 мин 1.21, кую твердую смазкуНедостаток известного способа - нйзкие антифрикционные свойства полу. чаемых изделий,Изделия, полученные известным способом, обладая повышенными механическими характеристиками н износо О стойкостью, имеют высокие значения коэффициента трения, и вследствие этого - низкую несущую способность в условиях сухого трения. Это связано с тем, что материал не имеет в своем составе твердой,смазки,обеспечивающей снижение коэФфициента трения Известный способ не позволяет получать порошковые материалы, содержащие недостаточно термостойкие, ЗО но обладающие высокими антифрикциоиюми свойствами твердые смазки (например дисульфнд молибдена). Это связано с тем, что последовательность технологических операций способа и Я их исполнение не обеспечивают пре" дотвращения деструкции твердой смаз ки, которая в процессе длительного кой температурея с потерей высойств. Кроме тоотовок перед ДГП вцпроисходит детвердой смазки,предварительногоа наличие в этомключений твер"женных по всемубляет металличеая его механнчес - повышение антв получаемых изь достигаетсяпособу изготовнтифрикционныху смешивание исессование пориспекание, нагрев ви последующее дипрессование, пос.остный слой заердой смазкой,аческим горячимтвляют в теченых среттэх ( диск, водород, арвых заготовоь,очно термостой(например днсульфид молибдена), приводит к разложению последней и потере ее высоких антифрикционных свойств. Однако спекание порошковой заготовкинеобходимо для обеспечения растворения компонентов, составляющих металлическую основу детали, котороетребуется для образования гомогенной структуры и получения после кратковременного нагрева и динамического горячего прессования требуемого комплекса механических характеристик материала несущей частиизделия, а также для придания заготовке необходимой технологическойпрочности. Введение твердой смазки вповерхностный слой пористой заготовки после операции спекания, позволя-ет избежать длительного пребывания антифрикционной составляющей привысоких температурах, а,следовательно, предотвратить ее разложение.Продолжительность нахождения твердойсмазки при высоких температурах попредлагаемому способу ограниченаДинамическое горячее прессованйе нагретой пористой заготовки осуществляют иа кривошипном прессе при давлении 800 ИПа в закрытом штампе, обеспечивающим двустороннюю схему нагружения, Ийструмент (игла), формукщий внутреннюю рабочую поверхность втулки, имеет цилиндрическую Э 109200 только временем прогрева спеченной ааготовки до температуры 1050-1100 оС необходимой для качественного формования изделия при динамическом горячем прессовании. Для предотвращения деструкции твердой смазки (например дисульфида молибдена),с с целью сохранения ее высокой смазывающей способйости, время нагрева заготовки до 050-1100 С не долж- она превышать 40 с. Большее время нагрева вызывает частичное или полное,разложение твердой смазки. Поэтому согласно предлагаемому способу верхний Йредел интервала времени нагрева составляет 140. с, Достижение рекомендуемых теипвратур за зто время можно обеспечить выбором соответствующего, в зависимости от материала металлической основы, массы и раз-, меров детали, способа нагреваПри использовании режимов, обеспечивающих нагрев внутренних слоев порошковых заготовок менее чем на 20 с невозможно достигнуть их доста 2 д точно равномерного прогрева по сечению. Поверхность заготовки приэтом перегревается, достигая температуры более 1300 С, тогда как внутренние слои втулки имеют температу-, ру, недостаточную для получения качественного сращивания при динамическом горячем прессовании. Времянагрева пористой заготовки 20-140 собеспечивает качественное формованиевысокоплотного иэделия и формирова- З 5 ние структуры его материала при динамическом горячем прессовании с одно временным предотвращением распада, твердой смазки в поверхностном рабочем слое, глубина которого может 40 достигать 1 мм. При этом последнийсодержит равномерно распределенные и надежно закрепленные в металлической основе включения твердой смазки, обьем которой составляет более 40.Дос- б таточная площадь твердосмазочных(включений, выходящих на рабочую поверхность прочной высокоплотной металли-. ческой матрицы иэделия 1 обеспечивает низкий коэффициент трения, подшипника 50 .скольжения в условиях сухого трения. Наличие включений твердой смазки только в поверхностном рабочем .слое соэдае г положительный градиент проЧ- ности от поверхиости трения к несу- М щей части иэделия, что определяет по" вишенную несущую способность подпщпии" ка сколыкения. 9 4Получение антифрикционцых порошковых высокоппотншх иэделий предлагаемым способом осуществляют путем последовательного выполнения следующих ттехнологических операций: приготовление порошковой шнхты, прессонаииепористой заготовки, ее спекание, насыщение поверхностного слоя заготовки(открытых пор или других специальновыполненных углублений) твердой смазкой, кратковременный нагрев заготовкив защитной атмосфере и ее динамическое горячее прессование,П р и м е р 1. Иэготавливлют пнтифрикционную втулку массой 95 г столщиной стенки 4 мм. Приготавливаютшнхту смешиванием 93,4 мас,Х железного порошка ПЖ 4 МЗ 0,6 мас.3 карандашного графита и 2 мас.Х медногопорошка ПМв конусном смесителев течение трех часов.Прессование пористой заготовкиосуществляют в пресс-форме на гидравлическом прессе при давлении 80 МПа.В процессе прессования. заготовкина внутренней поверхности пористой лвтулки формуют шлицевые кянавки,служащие углублениями для последующеговедения твердой смазки .Спекают заготовки прн 1100 С, время выдержки в печи 1,5 ч, защитнаяатмосфера - диссоциированный аммиак. Насыщают углубления (шлицевыеканавки) на внутренней рабочей поверхности спеченных втулок твердойсмазкой путем заполнения их воднойсуспензией дисульфида молибдена с10 мас.Х силиката натрия при помощикраскораспылителя. После этого заготовку просушивают в сушильном шкафу при 120 ОС в течение 20 мин.Кратковременный нагрев загото-,вок перед динамическим горячим преесованием проводят в индукторе всреде осушенного водорода. Режиминдукционного нагрева (частота8 кГц, напряжение 800 В, потребляемая мощность 52 кВт) обеспечиваетпрогрев заготовки до 1070 С в течеоние 20 с.009 5 1092 (гладкую) форму. При уплотнении по-; ристой заготовки в процессе динамического горячего прессования, твердая смазка, находящаяся в шлицевых углублениях заготовки, замимается мем ду соседними металлическими выступами и гладкой иглой, прочно соединяясь в металлической основе иэделия. В результате на изделии образуется гладкая цилиндрическая рабочая поверхность, представляющая собой равномерно чередующиеся участки несущего материала (металла основы) с участками антнфрикционной составляющей (твердой смазкой).Глубина .включе ний дисульфида составляет 0,6 мм.П р и м е р 2. При приготовлении шихты исходные порошки, составляющие металлическую основу иэделия, (99 мас.Х железного порошка ПЖ 4 ИЗ и 20 1 мас,Х карандашного графита) н порообразователь смешивают в течение четы рех часов в конусном смесителе. В качестве порообраэователя применяется соединение СО(ЮН ) в количестве 22 мас.7.Прессование пористой заготовки типа "втулка" осуществляют на гидравлическом прессе при давлении 50 ИПа в пресс-форме, обеспечиваю щей двустороннюю схему нагружения.Спекание пористой заготовки произ" водят по известной технологии в камерной электропечи с силитовыми нагревателями в днссоциированном амЭмиаке. Температура спекания составоляет 100 С, время выдержки в печи 1,5 ч. Спекание обеспечивает удаление порообразователя, растворение углерода в железе с целью получения 4 О необходимой структуры металлического каркаса, а также придает заготовке необходимую технологическую прочность, позволяющую насыщать поверх-; ностный рабочий слой заготовки твер дой смазкой механическими способами. .После спекания заготовка имеет норис тость По 643.4 Насыщенные пористой поверхности заготовки дисульфидом молибдена осу- . ществляют следующим обр.азом,Твердую смазку, предварительно нанесенную на внутреннюю поверхность спеченной втулки вевиде пасты дисуль фида молибдена в толуоле, напрессовывают, в поверхностные поры заготовки при помощи дорна. Кратковременный нагрев заготовки для доуплотнения динамическими нагрузками производятв камерной электропечи с силитовымннагревателями в среде водорода с точкой росы - 35 С. Температура в муфеле печи равняется 100 С. Времянагрева заготовки типа "втулка" смассой 205 г и толщиной стенки 12 ммсоставляет О с, что обеспечиваетнеобходимую . для динамического горячего прессования пластичность материала заготовки н предотвращение деструкции твердой смазки.Динамическое горячее прессованиеосуществляют непосредственно послекратковременного нагрева пористойзаготовки в закрытом штаяпе на кри"вошипном прессе при давлении800 ИПаПолученное антифрикционное порошковое иэделие по предлагаемому способуимеет высокую плотность металличес"кой основы ( остаточная пористостьП 1-ЗЖ ) и специфическую мелкозернис"тую перлитную структуру, которые обеспечивают механические характеристики на уровне свойств компактногоматериала (НВ 66, 68 щ 780 ИПа,Юн = 85 кДм/м , в рабочий поверхносгный слой иэделия глубиной 600 мкм со"дермит равномерно распредел:нные ипрочно соединенные с металлическойматрицей включения дисульфида молиб"дена, объем которых составляет 483,Площадь включений твердой смазки,выходящих на рабочую поверхность изделия, обеспечивает низкий коэффициенттрения Г0,03, а полученная прочность металлической основы в ,высокую несущую способность Р 725 ИПам/сподшипника в условиях сухого тренияскольжения,П р и м е р 3, Деталь "обойма"представляющая собой шайбу диаметром60-8 мм при толщине 19 мм, имеетна верхнем торце сферическое углубление, радиусом 80 мм, служащее поверх-ностью трения для шаровой опоры. Весдетали составлят 270 г.Приготавливают шихту смвпиванием98 мас.Х железного порошка ПЖ 4 МЗ,1 мас.Х карандашного графита и1 мас,3 медного порошка ПИв конусном смесителе в течение 3 ч,Прессование пористой заготовки осуществляют в пресс-форме двустороннего действия нв гидравлическом прессе при давлении 200 ИПа. В процессе прессования на сферической по1092009 Механические свойстваметаллической основы Пример,УРчМПа м/с 220 0,03 0,6 18530 20 26 25 28 0,03 1 О,в0,04 0,5 85 105 66 780 192 910 932 ВЯИПИ Заказ 3175/8 Тираж 775 Подписное филиал ОШ "Паташтф, г.Ужгород, ул.Проектная, 4 верхности заготовки с помощью выступов пуансона формуют концентрические углубления, имеющие в сечении форму усеченного равнобедренного тре" угольника, высотой 1, 5 мм с углом 5 при вершине 30оСпекают аналогично предыдущим примерам в среде диссоциированного аммиака .нри 1100 С в течение 1,5 ч,Насыщают углубления несферической рабочей поверхности твердой смазкой путем заполнения их водной суспенэией дисульфида мочибдена с 10 мас.й силиката натрия при поиощи краскораспылителя. Для удаления 15 воды заготовки сушат в сушильном шкафу при 120 оС в течение 20 мин.Кратковременный нагрев перед динамическим горячим прессованием производят в камерной электропечи в среде 20 осушенного водорода в течение 140 с при 1100 С. Нагретую заготовку подвергают динамической допрессовке в закрытом штампе на кривошипном прес" се при давлении 800 МПа. Пуансон, фор 5 мующий сферическую рабочую часть детали, имеет гладкую поверхность. При осадке пористой заготовки в процессе динамического горячего прессования твердая смазка, находящаяся в ее концентрических углублениях, эажимается между соседними выступами металлической основы детали, прочно соединяясь с последней.Таким образом,на рабочей сферической поверхности изделия образуются объемы твердой смазки в виде концентрических колец, чередующихся с участками металлической основы, которые воспринимают нагрузку при работе узла трения, Соотношение площадей несущей и антифрикционной частей изделия на рабочей поверхности составляет 1:1,а глубина кольцевых включений твердой смазки - 1 им,чеи обеспечивается длительная работа шаровой опоры в тяжелых условиях сухого трения,Механические и антнфрикционные свойства порошковых высокоплотных изделий, полученных предлагаемым способом, представлены в таблице,Использование предлагаемого способа при изготовлении порошковых антифрнкционных изделий предотвращает в процессе изготовления порошкового изделия распад недостаточно термостойких,но обладающих высокиии антифрикционныии свойствами, твердыхсмазок, а также позволяет получитьв поверхностном рабочем слое необходимый объем твердосиазочных включений, обеспечив качественное соединение последних с материалом металической основы изделия; кройе того,обеспечивает положительный градиентпрочности по сечению антнфрикционно.го изделия, а также экономию твердой смазки вследствие наличия ее толь"ко в поверхностном рабочем слоеподшипников скольжения; увеличиваетуровень свойств несущей части антифрикционного порошкового изделияпо сравнению с пористыми и:;-; наполненными твердой смазкой беспористыиипорошковыми подшипниками скольженияв 2-2,5 раза. и обеспечивает благода.ря указанным выше преимуществам низкий коэффициент трения Г0,03при высокой несущей способности изделия Р 7 25 МПа м/с в условиях сухого трения, тогда как порошковыеподшипники скольжения для сухоготрения, полученные известным способом, имеют более высокие, значения коэффициента трения Е0,10-0,25 илименьшую несущую способность РЧщ 5-15 МПа м/с,Антифрикцнонные свойства йзЬелий