Способ изготовления антифрикционного изделия из композиционного материала на основе железа

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АНТИФРИКЦИОННОГО ИЗДЕЛИЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Дьячкова Лариса Николаевна Керженцева Людмила Федоровна Дмитрович Александр Анатольевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Способ изготовления антифрикционного изделия из композиционного материала на основе железа, включающий приготовление шихты, содержащей 1-2 мас.графита,0,2-1,0 мас.дисульфида молибдена, железо - остальное, засыпание ее в пресс-форму,прессование и пропитку сплавом на основе меди, отличающийся тем, что спрессованное и пропитанное сплавом на основе меди изделие охлаждают до температуры 880 С со скоростью 2 С/мин, затем до температуры 50 С со скоростью 800 С/мин, нагревают до температуры 450-650 С, выдерживают в течение 1 ч и охлаждают до комнатной температуры со скоростью 60-100 С/мин. Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам изготовления антифрикционных композиционных порошковых материалов на основе железа для тяжелонагруженных узлов трения. Известны способы получения антифрикционных изделий из материалов на основе железа, содержащих 1,5-3 углерода 1 или 1-3 графита, 15-25 меди, 6-12 свинца 2, включающие приготовление шихты, прессование и спекание. Однако изделия из таких антифрикционных материалов имеют повышенную пористость, низкие механические свойства и непригодны для тяжелонагруженных узлов трения. Известен также способ получения изделий, включающий прессование легированного порошка на основе железа, содержащего 0,4-0,9 углерода, никель, молибден, спекание прессовок, штамповку, закалку при температуре от 800 до 950 С, высокотемпературный отпуск при температуре от 570 до 700 С, поверхностную закалку, низкотемпературный отпуск при температуре от 160 до 220 С 3. Однако данный материал обладает высоким коэффициентом трения, что не позволяет применять его для тяжелонагруженных узлов трения. Кроме того, способ энергоемкий и требует применения специального прессового и термического оборудования. 17209 1 2013.06.30 В качестве прототипа выбран способ изготовления изделий из антифрикционного композиционного материала, включающий приготовление шихты, содержащей 1-3 графита,0,2-1 дисульфида молибдена, железо - остальное, прессование ее, спекание и пропитку составом на основе меди 4. Недостатком данного способа является то, что триботехнические и механические свойства изделий недостаточны для применения их в тяжелонагруженных узлах трения. При спекании образуется повышенное содержание цементита в структуре материала, что приводит к повышенному износу сопрягаемой детали при трении и невысокому предельному давлению схватывания. Кроме того, материал обладает недостаточной износостойкостью. Техническая задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в повышении механических и триботехнических свойств антифрикционных изделий из композиционного материала на основе железа. Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе изготовления антифрикционного изделия из композиционного материала на основе железа, включающем приготовление шихты, содержащей 1-2 мас.графита, 0,2-1,0 мас.дисульфида молибдена, железо - остальное, засыпание ее в пресс-форму, прессование и пропитку сплавом на основе меди, причем спрессованное и пропитанное сплавом на основе меди изделие охлаждают до температуры 880 С со скорость 2 С/мин, затем до температуры 50 С со скоростью 800 С/мин, нагревают до температуры 450-650 С, выдерживают в течение 1 ч и охлаждают до комнатной температуры со скоростью 60-100 С/мин. В предлагаемом способе исключается операция спекания. Пропитка спрессованного изделия позволяет избежать образования цементитной сетки, образующейся при спекании, так как медь, являясь графитизирующим элементом, замедляет диффузию углерода в железо. Кроме того, дисульфид молибдена, разлагаясь при пропитке, образует как сульфиды железа, так и меди, что обеспечивает снижение коэффициента трения материала. В случае проведения спекания перед пропиткой дисульфид молибдена образует только сульфиды железа. Охлаждение до температуры 880 С со скорость 2 С/мин приводит к образованию в стальной фазе неоднородного по составу твердого раствора меди в железе и в медной фазе твердого раствора железа в меди, что вызывает при охлаждении до температуры 50 С со скоростью 800 С/мин образование в структуре стальной фазы композиционного строения зерен, так называемой корковой структуры наружный слой стального зерна содержит 0,8-1,2 мас.углерода сердцевина зерна содержит 0,6-0,8 мас.углерода. При нагреве материала до температуры 450-650 С и выдержке в течение 1 ч происходит старение в медной фазы и приграничной с медной фазой стальной фазе за счет выделений тройных соединений железо-медь-олово, а охлаждение до комнатной температуры со скоростью 60-100 С/мин обеспечивает сохранение эффекта дисперсионного твердения. При скорости охлаждения более 100 С/мин происходит образование микротрещин, соответственно,механические свойства изделий понижаются, при скорости охлаждения менее 60 С в мин эффект дисперсионного твердения уменьшается, что ухудшает триботехнические свойства изделий. Создание корковой структуры и дисперсионное твердение медной фазы и приграничной с медной фазой стальной фазы обеспечивает существенное повышение механических и триботехнических свойств материала. Сущность предлагаемого изобретения поясняется в примерах. Примеры 1-9. Исходные порошки в количестве (мас. ) графит - 1 дисульфид молибдена - 0,5 железо - остальное, смешивали в лопастном смесителе в течение 0,5 ч. Полученный состав засыпали в пресс-форму и прессовали. Прессовки пропитывали при температуре 1080 С в течение 1 ч в защитно-восстановительной атмосфере эндогаза медно-оловянным сплавом составом (мас. ) олово - 5, графит - 0,5, алюминий - 0,5, железо - 5, остальное - медь,2 17209 1 2013.06.30 охлаждали до температуры 880 С со скорость 2 С/мин, затем до температуры 50 С со скоростью 800 С/мин, нагревали до температуры 400, 450, 550, 650, 700 С, выдерживали в течение 1 ч и охлаждали до комнатной температуры со скоростью 40, 60, 80, 100,120 С/мин. Свойства материала приведены в таблице. По способу-прототипу исходные порошки в количестве (мас. ) графит - 1 дисульфид молибдена - 0,5 железо - остальное, смешивали в лопастном смесителе в течение 0,5 ч. Полученный состав засыпали в пресс-форму, прессовали и спекали в защитновосстановительной атмосфере эндогаза при температуре 1100 С, затем пропитывали составом (мас. ) железо - 5, графит - 0,5, алюминий - 0,5, медь - остальное при температуре 1080 С в защитно-восстановительной атмосфере эндогаза. Свойства материала приведены в таблице. Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить механические и триботехнические свойства антифрикционных композиционных материалов, получаемых пропиткой медным сплавом, так, предел прочности повышается в 1,3-1,7 раза, микротвердость медной фазы - в 2 раза, износостойкость - в 3,5-4,8 раза, предельное давление схватывания в 1,4-2,2 раза, коэффициент трения понижается в 3,9 раза. Источники информации 1. Федорченко И.М., Пугина Л.И. Композиционные спеченные антифрикционные материалы. - Киев Наукова думка, 1980. 2.13052, МПК (2009)22 33/02,22 1/00, 2010. 3.92/02326, МПК 522 3/24,21 9/40,2233/02, 2000. 4.4540, МПК 22 3/12, 3/26, 2002 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3