механоактивированный спеченный железографитовый композит для пресс-матриц совмещенного литья и прокатки прессования

Классы МПК:C22C33/02 порошковой металлургией 
C22C1/05 смеси металлического порошка с неметаллическим
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-11-07
публикация патента:

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным антифрикционным материалам на основе железа. Может использоваться для изготовления деталей, используемых в узлах трения, а также для изготовления антифрикционных вставок в пресс-матрицы совмещенного литья и прокатки прессования. Спеченный железографитовый композит содержит, мас.%: железо - 96,5-98,5 литейный графит - 0,2-0,8 скрытокристаллический графит - 1,3-1,8. Композит обладает высокими физико-механическими свойствами при удешевлении стоимости шихты и сокращении длительности технологического процесса и расхода материалов. 1 табл.

Формула изобретения

Механоактивированный спеченный железографитовый композит для пресс-матриц совмещенного литья и прокатки прессования на основе железа и углеродсодержащего компонента, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего компонента он содержит литейный и скрытокристаллический графиты при следующем соотношении компонентов, мас.%:

железо96,5-98,5
литейный графит 0,2-0,8
скрытокристаллический графит1,3-1,8

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к порошковой и цветной металлургии, в частности к спеченным антифрикционным материалам на основе железа, предназначенным для изготовления деталей, используемых в узлах трения при ограниченной подаче смазки. Благодаря низкой пористости и повышенной твердости полученного композита он может использоваться как антифрикционная вставка в пресс-матрицы, используемые в технологическом процессе совмещенного литья и прокатки прессования.

Известна шихта для изготовления спеченных изделий на основе железа следующего состава, мас.%: стальной порошок - 10-40; углерод - 0,9-1,5; медь - 1,5-4,0; остальное железо. Полученные на данном составе образцы имеют повышенную пористость (более 10%) и твердость - 156-170 НВ, а также низкие антифрикционные свойства и поэтому не могут применяться в качестве антифрикционных вставок для пресс-матриц (см. авторское свидетельство SU 955726 от 30.12.1980, опубл. 30.08.1990).

Известен порошковый материал на основе железа следующего состава, мас.%: хром 1,07-1,44, углерод 1,00-3,00, кремний 0,27-0,67, марганец 0,46-0,77, медь 3,00-8,00, железо - остальное. В данном составе высокие физико-механические свойства достигаются за счет использования дорогих добавок (хром), а также за счет многоступенчатого процесса обработки композита, включающего прессование при давлении в 700 МПа и последующего спекания в атмосфере диссоциированного аммиака при 1150ºС в течение 90 мин (см. патент RU 2101380). Т.е. общая продолжительность технологического процесса изготовления изделий требуемого качества занимает свыше 2 ч, а также требует дорогостоящего оборудования, способного обеспечить достаточную герметичность для создания защитной атмосферы при спекании образцов.

Задача изобретения: сохранение высоких физико-механические свойств спеченного изделия при удешевлении используемой порошковой композиции, а также упрощение технологического процесса путем исключения необходимости в защитной атмосфере во время спекания.

Для реализации указанной задачи были выбраны следующие материалы: в качестве основного компонента железный порошок марки ПЖВ3 по ГОСТ 9849-86, в качестве основного модификатора для упрочнения железной матрицы графит литейный скрытокристаллический марки ГЛС-2 по ГОСТ 5420-74, в качестве твердой смазки графит литейный кристаллический марки ГЛ-1 по ГОСТ 5279-74. Графит марки ГЛС-2 вследствие своей аморфной структуры очень хорошо растворяется в металлической матрице, модифицируя ее и повышая прочность, а также хорошо уплотняется и образует с железным порошком однородную композицию. При содержании ГЛС-2 менее 1,3% не достигается необходимый модифицирующий эффект, а следовательно, и требуемые механические свойства. Содержание графита ГЛС-2 выше 1,8% приводит к значительному снижению твердости композита, а также к его расслоению вследствие того, что скрытокристаллический графит не успевает раствориться в металлический матрице, тем самым понижая взаимную спекаемость частиц железного порошка. Помимо модифицирующего эффекта графит марки ГЛС-2 служит в качестве связующего между графитом ГЛ-1, который плохо растворим в железной матрице, и железным порошком. При содержании ГЛ-1 более 0,8% происходит понижение твердости полученных изделий, при содержании менее 0,2% не достигаются необходимые антифрикционные свойства. Стоит отметить, что повышение твердости антифрикционных композитов достигается вследствие того, что не успевший раствориться в железной матрице скрытокристаллический графит марки ГЛС-2 частично выгорает в процессе спекания и горячей допрессовки. Поэтому поверхностный слой композита представляет собой насыщенную углеродом железную матрицу, обеспечивающую высокие механические свойства, с включениями кристаллического графита ГЛ-1, обеспечивающего антифрикционные свойства.

Наилучшими физико-механическими показателями обладают образцы следующего состава, мас.%: железный порошок ПЖВ3 96,5-98,5; литейный графит ГЛ-1 0,2-0,8; скрытокристаллический графит ГЛС-2 1,3-1,8 (табл.1).

Таблица 1
Состав и свойства полученных композитов.
№ п/п Содержание, % масс. Твердость, НВ Пористость, %
Железный порошок ПЖВ3 Литейный графит ГЛ-1 Скрытокристаллический графит ГЛС-2
195-97 0,5-1,52,5-3,5 161 5,05
2 91-93 1-35-7 1546,68
3 96,5-98,50,2-0,8 1,3-1,8 1754,42

Технология изготовления спеченных образцов заключается в следующем. Вначале подготавливается шихта. Для улучшения растворимости графитов в железе, а следовательно, и улучшения спекаемости композитов графиты подвергают механоактивации в течение 10 мин в центробежно-планетарной мельнице АГО-2. Затем полученная порошковая композиция подвергается холодному прессованию на гидравлическом прессе под давлением 299 МПа. Не вынимая образцы из пресс-матрицы, осуществляют их отжиг и спекание при температуре 1000-1100ºС в течение 30-50 мин. Далее их подвергают горячей допрессовке при температуре 500-600ºС и давлении 892 МПа для получения заданной плотности. Полученные изделия представляют собой цилиндры диаметром 20 мм и высотой не более 10 мм. Пористость композитов не превышает 10%. Твердость полученных образцов определяли на приборе Виккерса ТП-7Р-1.

Предложенный состав спеченного железографитового композита позволяет сохранить высокие физико-механические свойства при значительном удешевлении стоимости шихты, а за счет механоактивации графитовых порошков удается значительно сократить длительность технологического процесса и расход материалов, а следовательно, и сопутствующие этому затраты. Также технология изготовления данного композита исключает необходимость создания специальной защитной атмосферы, что снижает требования, предъявляемые к оборудованию и технологическим условиям.

Класс C22C33/02 порошковой металлургией 

композиция, улучшающая обрабатываемость резанием -  патент 2529128 (27.09.2014)
способ получения диффузионно-легированного порошка железа или порошка на основе железа, диффузионно-легированный порошок, композиция, включающая диффузионно-легированный порошок, и прессованная и спеченная деталь, изготовленная из упомянутой композиции -  патент 2524510 (27.07.2014)
порошковый износо- корозионно-стойкий материал на основе железа -  патент 2523648 (20.07.2014)
способ получения дисперсноупрочненной высокоазотистой аустенитной порошковой стали с нанокристаллической структурой -  патент 2513058 (20.04.2014)
способ получения беспористого карбидочугуна для изготовления выглаживателей -  патент 2511226 (10.04.2014)
смазка для композиций порошковой металлургии -  патент 2510707 (10.04.2014)
спеченный материал для сильноточного скользящего электроконтакта -  патент 2506334 (10.02.2014)
способ изготовления стали с упрочняющими наночастицами -  патент 2493282 (20.09.2013)
низколегированный стальной порошок -  патент 2490353 (20.08.2013)
порошок на основе железа и его состав -  патент 2490352 (20.08.2013)

Класс C22C1/05 смеси металлического порошка с неметаллическим

спеченная твердосплавная деталь и способ -  патент 2526627 (27.08.2014)
композиционный электроконтактный материал на основе меди и способ его получения -  патент 2525882 (20.08.2014)
способ получения поликристаллического композиционного материала -  патент 2525005 (10.08.2014)
шихта для изготовления материала для сильноточных электрических контактов и способ изготовления материала -  патент 2523156 (20.07.2014)
твердосплавное тело -  патент 2521937 (10.07.2014)
способ получения беспористого карбидочугуна для изготовления выглаживателей -  патент 2511226 (10.04.2014)
способ получения композиционного материала -  патент 2509818 (20.03.2014)
порошковый композиционный материал -  патент 2509817 (20.03.2014)
спеченный материал для сильноточного скользящего электроконтакта -  патент 2506334 (10.02.2014)
наноструктурный композиционный материал на основе чистого титана и способ его получения -  патент 2492256 (10.09.2013)
Наверх