способ изготовления биметаллических спеченных износостойких изделий

Формула изобретения

Способ изготовления биметаллического спеченного износостойкого изделия на основе железа, включающий приготовление порошковой смеси поверхностного слоя, прессование биметаллического изделия, содержащего корпус и поверхностный слой, спекание и термообработку, отличающийся тем, что прессуют биметаллическое изделие, содержащее корпус из порошка железа и поверхностный слой из смеси, приготовленной смешиванием 60 мас.% порошка железа и 40 мас.% смеси порошков карбида бора и феррохрома в соотношении 1:1 или 1:1,5, или смешиванием 82-85 мас.% порошка железа и 15-18 мас.% порошка карбида хрома, спекание проводят в два этапа, при этом на первом этапе прессовки спекают в камерной печи при температуре 1150-1200°С в течение 100-200 мин в защитной среде, на втором этапе осуществляют высокотемпературное спекание поверхностного слоя токами высокой частоты при 1300-1400°С в течение 10-40 с на глубину 3-4 мм, а в качестве термообработки проводят закалку в жидкой среде.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению биметаллических износостойких изделий с повышенной износостойкостью для различных условий трения и износа.

Известен способ нагрева спеченных заготовок из ферромагнитного материала, включающий нагрев поверхности заготовки с помощью индуктора до заданной температуры (патент РФ № 2112328 C1).

Недостатком известного способа является то, что при спекании ферромагнитных изделий из-за недостаточного удельного электрического сопротивления глубина проникновения тока в металл мала и нагрев слоя заданной толщины осуществляется в этом случае за счет теплопроводности. Применение смеси порошков железа, феррохрома, карбидов бора или хрома позволяет добиться повышения удельного электрического сопротивления спекаемого износостойкого слоя, а следовательно, увеличить интенсивность нагрева этого слоя.

Известен способ изготовления коррозионно- и износостойких изделий из порошка железа с добавлением порошков нержавеющей стали, карбида хрома и графита, в котором осуществляют спекание при ступенчатом режиме с нагревом от 250 до 1250°С с выдержкой через каждые 100-150°С в течение 1 часа (патент РФ № 2051197(13) С1).

Недостатком известного способа является большая продолжительность технологического процесса, так как прессовки спекают в камерных печах и то, что получаемые изделия обладают недостаточной износостойкостью при различных условиях трения.

Известен способ изготовления слоистого материала для молотка кормодробильной машины, включающий приготовление шихты армирующего и несущего слоев, послойную их засыпку в полость матрицы, горячую штамповку, причем горячую штамповку проводят при 1050-1100°С, после чего термообрабатывают материал путем нагрева токами высокой частоты до 1180-1220°С. Шихту армирующего слоя готовят при следующем соотношении компонентов, мас.%: карбид хрома 30-60, графит 0,5-2, железо - остальное. Шихта несущего слоя содержит, мас.%: карбид хрома 2-5, графит 0,3-0,5, железо - остальное (AC SU 1729698 А1).

Недостатком известного способа является то, что послойная засыпка ограничивает область применения материалов, исключает автоматизацию и механизацию процесса изготовления прессовки, низкая температура нагрева токами высокой частоты не обеспечивает требуемые свойства износостойкого слоя из-за недостаточного диффузионного взаимодействия компонентов шихты, образованием рыхлых зон под слоем износа, при содержании карбида хрома мас.% 30-60 в шихте армирующего слоя формующие элементы штампа, применение горячей штамповки усложняет технологический процесс изготовления заготовок, приводит к снижению удельного электрического сопротивления и глубины проникновения тока в прессовку, а следовательно, интенсивности нагрева ТВЧ.

Задачей изобретения является получение изделий, обладающих высокой износостойкостью, а также повышение экономической составляющей и производительности за счет сокращения времени при спекании и термообработке, увеличения эффективности индукционного нагрева и сокращения расхода дорогих материалов, за счет того, что приготовление смеси износостойкого слоя осуществляют перемешиванием порошков железа, феррохрома, карбидов бора или хрома, осуществляют прессование биметаллического изделия, содержащего корпус и поверхностный слой, спекание проводят в две стадии: сначала в камерной печи в защитной среде в течение 100-120 мин с нагревом до 1150-1200°С для достижения требуемых свойств корпуса детали, затем токами высокой частоты с нагревом до 1300-1400°С в течение 10-40 с, на глубину 3-4 мм, для достижения плотности и износостойкости рабочего слоя.

Предложенное изобретение позволяет сократить технологические операции спекания и термообработки биметаллических порошковых изделий до 122-125 мин, снизить расход легирующих добавок, так как корпус деталей изготовляется из порошка железа, а рабочий слой из смеси порошков, что снижает себестоимость производства изделий при достижении требуемых механических и эксплуатационных свойств. Добавление в шихту рабочего слоя порошка феррохрома, наряду с порошками карбидов и железа, позволяет снижать пористость рабочего слоя до 10-14%, что в то же время обеспечивает рост удельного электрического сопротивления и глубины проникновения тока в биметалл.

Для получения указанного результата предложен способ изготовления биметаллических износостойких изделий на железной основе, включающий приготовление смеси износостойкого слоя путем перемешивания порошков железа, феррохрома, карбидов бора или хрома в конусном смесителе в течение 150-160 мин. Статическое холодное прессование биметаллического изделия, содержащего корпус и поверхностный слой под давлением 450-600 МПа. Для получения наружного слоя заданной толщины используются специальный смеситель и новая технология формования (AC SU 1569079 А1). На первом этапе прессовки спекали в камерной при температуре 1150-1180°С в течение 100-120 мин в среде диссоциированного аммиака. На втором этапе осуществляли высокотемпературное спекание токами высокой частоты с последующей закалкой в жидкой среде.

Пример 1. В штучном и мелкосерийном производстве при реализации предложенного способа при формовании биметаллических изделий применяется устройство, содержащее матрицу с загрузочной полостью, составной пуансон и загрузочную камеру с разделительной перегородкой. Загрузочная камера данного устройства выполнена с регулируемыми телескопическими патрубками с загрузочными отверстиями на их внутренних боковых поверхностях, а перегородка камеры жестко закреплена относительно ее вертикальной оси, что обеспечивает увеличение выхода годных изделий и регулирование толщины слоев изделия (AC SU 1569079 А1).

Пример 2. В крупносерийном и массовом производстве реализация предложенного способа возможна применением при формовании пресс-формы, включающей матрицу, верхний и нижний пуансоны и подвижный центральный стержень, который выполнен составным и состоит из корпуса, иглы с фланцем, накидной гайки и установленной между иглой и корпусом пружины, накидная гайка установлена на корпусе с возможностью взаимодействия с фланцем иглы и с нижним пуансоном (AC SU 131513 А1).

Пример 3. Для повышения износостойкости по предложенному способу изготовляли биметаллические изделия на железной основе с составом поверхностного слоя по массе: 40% смесь порошков карбида бора и феррохрома, в соотношении 1:1, и 60% порошок железа ПЖВ3 - 160. На первом этапе прессовки полученные статическим холодным прессованием корпуса и поверхностного слоя под давлением 450 МПа спекали в камерной печи в течение 100-120 мин в среде диссоциированного аммиака. На втором этапе осуществляли высокотемпературное спекания токами высокой частоты в течение 45 с с последующей закалкой в жидкой среде. В результате получили, что пористость заготовок составляет 14%, твердость поверхностного слоя - 68 HRC, коэффициент относительной износостойкости при трении об абразивную электрокорундовую шкурку по эталону из стали У8 - 2,1.

Пример 4. То же, что и в примере 3, только состав поверхностного слоя по массе состоит из 40% смеси порошков карбида бора и феррохрома, в соотношении 1:1,5, и 60% порошка железа ПЖВ3 - 160. В результате установлено, что пористость составляет 12%, твердость поверхностного слоя 69 HRC, коэффициент относительной износостойкости при трении об абразивную электрокорундовую шкурку по эталону из стали У8 - 2,4.

Пример 5. То же, что и в примере 3, только состав поверхностного слоя по массе состоит из 20% порошка карбида хрома и 80% порошка железа ПЖВ3 - 160. В результате установлено, что пористость составляет 12%, а твердость поверхностного слоя 66 HRC, коэффициент относительной износостойкости при трении об абразивную электрокорундовую шкурку по эталону из стали У8 - 2,5.

Пример 6. То же, что и в примере 3, только состав поверхностного слоя по массе состоит из 15% порошка карбида хрома и 85% порошка железа ПЖВ3 - 160. В результате установлено, что пористость составляет 14%, а твердость поверхностного слоя 65 HRC, коэффициент относительной износостойкости при трении об абразивную электрокорундовую шкурку по эталону из стали У8 - 2,12.

Пример 7. То же, что и в примере 3, только состав поверхностного слоя по массе состоит из 10% порошка карбида хрома и 90% порошка железа ПЖВ3 - 160. В результате установлено, что пористость составляет 12%, а твердость поверхностного слоя 65 HRC, коэффициент относительной износостойкости при трении об абразивную электрокорундовую шкурку по эталону из стали У8 - 2,1.

Изготовленные по предлагаемой технологии биметаллические материалы на железной основе, поверхностный слой которых легирован порошками ферросплавов, карбидов и других соединений, обладают повышенной износостойкостью этого слоя при различных условиях трения.