Способ изготовления антифрикционного изделия на основе железа

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АНТИФРИКЦИОННОГО ИЗДЕЛИЯ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Дьячкова Лариса Николаевна Шелехина Виктория Михайловна Исупов Михаил Александрович Горохов Валерий Михайлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Способ изготовления антифрикционного изделия на основе железа, включающий смешивание порошков исходных компонентов, прессование заготовки, ее спекание и пропитку маслом, отличающийся тем, что смешивают 60-80 мас.распыленного порошка железа в исходном состоянии и 20-40 мас.восстановленного порошка железа со средним размером частиц 80-100 мкм. Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам изготовления антифрикционных деталей из порошковых материалов, например самосмазывающихся деталей узлов трения автомобилей, бытовой техники. Известен способ изготовления антифрикционных порошковых изделий, включающий смешивание порошков основы, твердой (дисульфид молибдена, фтористый кальций и др.) и жидкой (бензин, спирт и др.) смазок, прессование заготовок, спекание, пропитку маслом 1. Однако введение жидкой смазки приводит к появлению дополнительной пористости при спекании, а твердой смазки - к снижению прочности материала. Известен способ получения антифрикционных изделий на основе железа, в котором порошок распыленного железа с насыпной плотностью 2,4-2,8 г/см 3 смешивают с 5-10 восстановленного железного порошка с насыпной плотностью 1,5-2,1 г/см 3, что обеспечивает повышение прочности материала на 30 МПа 2. Известен способ получения антифрикционных самосмазывающихся изделий, включающий смешивание порошков исходных компонентов, прессование заготовок, спекание,пропитку маслом, при этом порошки основных металлов размером 5-20 мкм 3. Однако применение порошков такого размера затрудняет процесс пропитки маслом, так как поры в прессовках малого диаметра, что снижает масловпитываемость. Также затруднен процесс прессования и получения плотных прессовок, так как порошки такого размера имеют 14006 1 2011.02.28 низкую текучесть, насыпную плотность и уплотняемость, в результате прочность изделий невысокая из-за высокой пористости. В качестве прототипа выбран способ изготовления спеченных антифрикционных материалов на железной основе, включающий приготовление шихты, прессование, спекание,химико-термическую обработку путем фосфатирования в растворе фосфата марганца при 90-95 С, вакуумирование и пропитку маслом 4. Однако проведение фосфатирования перед пропиткой приводит к образованию фосфатов и оксидов, уменьшающих размер поровых каналов и общую пористость в целом, что снижает масловпитываемость и ухудшает триботехнические свойства изделий. А проведение предварительного вакуумирования требует специального оборудования, повышает энергоемкость технологии и удорожает процесс пропитки. Задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в повышении масловпитываемости антифрикционных изделий, определяющей триботехнические характеристики изделий, при сохранении прочности материала. Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления антифрикционного изделия на основе железа, включающем смешивание порошков исходных компонентов,прессование заготовки, ее спекание и пропитку маслом, смешивают 60-80 мас.распыленного порошка железа в исходном состоянии и 20-40 мас.восстановленного порошка железа со средним размером частиц 80-100 мкм. Экспериментально установлено, что при добавлении к исходному распыленному порошку железа восстановленного порошка железа в количестве 20-40 мас.повышается прочность изделий, а использование восстановленного железного порошка со средним размером частиц 80-100 мкм обеспечивает максимальную масловпитываемость. Введение в распыленный железный порошок восстановленного железного порошка позволяет повысить прочность изделий за счет более развитой поверхности восстановленного порошка и образования большого количества прочных межчастичных контактов. Введение восстановленного порошка железа в количестве большем чем 40 понижает масловпитываемость за счет увеличения потерь на трение при заполнении маслом пор из-за развитой поверхности порошков, а в количестве, меньшем 20 , снижает прочность изделий. Использование восстановленного железного порошка со средним размером частиц менее 80 мкм приводит к образованию мелких пор, препятствующих проникновению масла в поры, а более 100 мкм снижает прочность изделий за счет уменьшения количества межчастичных контактов. Сущность предлагаемого изобретения поясняется в примерах 1-9. Примеры 1-9 Восстановленный порошок железа подвергали просеву для получения среднего размера частиц 60, 80, 90, 100, 120 мкм. Железные порошки, состоящие из смеси исходного распыленного порошка в количестве 100, 80, 70, 60, 40 мас.и восстановленного порошка 0, 20, 30, 40, 60 мас.со средним размером частиц 60, 80, 90, 100, 120 мкм смешивают с 1,5 мас. , порошка графита в лопастном смесителе в течение 0,5 ч. Из полученной шихты прессовали призматические образцы размером 101055 мм до плотности 80 в стальной пресс-форме и спекали в среде эндогаза при температуре 1100 С в конвейерной печи. Образцы после спекания механически обрабатывали для получения образцов для определения временного сопротивления по ГОСТ 1497-84. Испытания на растяжение проводили на испытательной машине при скорости нагружения 2 мм/мин. Результаты испытаний представлены в таблице. Для определения масловпитываемости спеченные образцы пропитывали в индустриальном масле марки И 20 при температуре 70 С в течение 1 ч. Масловпитываемость опрем м деляли по формуле М 2 1 100 , где м 1 - масса образца до пропитки, г м 2 - масса м 2 14006 1 2011.02.28 образца после пропитки, г. Результаты определения масловпитываемости представлены в таблице. По способу-прототипу распыленный порошок железа в исходном состоянии смешивали с 1,5 мас.графита, прессовали призматические образцы и спекали по режимам, указанным выше, после чего проводили фосфатирование при 90-95 С в растворе фосфата марганца в течение 10 мин. Временное сопротивление и масловпитываемость определяли по методикам, указанным выше. Временное сопротивление и масловпитываемость образцов приведены в таблице. Средний размер чаВременное соМасло приме- Состав смеси желез- стиц восстановленнопротивление, впитываемость,ра ных порошков,го железного МПа порошка, мкм 100 распыленного 1 300 1,8 порошка 80 распыленного 2 20 восстановленного 90 340 1,95 порошка 70 распыленного 3 30 восстановленного 60 360 1,95 порошка 70 распыленного 4 30 восстановленного 80 350 2,0 порошка 70 распыленного 5 30 восстановленного 90 340 2,1 порошка 70 распыленного 6 30 восстановленного 100 340 2,05 порошка 70 распыленного 7 30 восстановленного 120 330 2,0 порошка 60 распыленно 8 го 40 восстанов 90 330 1,95 ленного порошка 40 распыленного 9 60 восстановленного 90 360 1,75 порошка По 100 распыленного способу 15 330 1,3 порошка прототипу Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить антифрикционные материалы на основе железа с повышенной прочностью и масловпитываемостью в 1,5-1,6 раза большей по сравнению с прототипом. 14006 1 2011.02.28 Источники информации 1. Кипарисов С.С., Либенсон Г.А. Порошковая металлургия. - . Металлургия, 1991. С. 275-279. 2. Арсентьева И.П., Губенко Б.В., Гуляев И.А., Секачев М.А. Исследование влияния добавок восстановленного порошка железа ПЖВ 2.160.15 на технологические и механические свойства водораспыленного порошка ПЖР 3.200.28 после прессования и спекания / Состояние, проблемы и перспективы развития металлургии и обработки металлов давлением сб. трудов Московского государственного вечернего металлургического института,вып. 5. - . Изд-во МГВМИ, 2005. - С. 82-86. 3.2093308, МПК 22 3/26, 1997. 4.931294, МПК 22 3/24, 3/36, 3/16, 1982 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.