RU2203972C2

RU2203972C2 - Method of production of copper-based anti-friction materials

Info

Publication number: RU2203972C2
Application number: RU99111549/02A
Authority: RU
Inventors: В.А. Ягуткин; С.Д. Куимов; А.В. Филонов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Ревдинский завод по обработке цветных металлов"
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 1999-06-03
Publication date: 2003-05-10

Abstract

FIELD: powder metallurgy; methods of production of copper-based anti-friction materials for manufacture of tribotechnical parts (self-lubricating wear-resistant sliding bearings in friction units). SUBSTANCE: proposed method includes preparation of powder mixture by mechano-chemical alloying at addition of solid lubricant and getter, cold molding, sintering and hot extrusion; after hot extrusion, material is subjected to hardening at temperature of 850±30^°C, cooling in bath filled with water and aging at temperature of 400±50^°C followed by cooling together with furnace. EFFECT: increased percentage of solid lubricants; enhanced strength characteristics. 1 tbl

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления антифрикционных материалов с твердыми смазками на основе меди, предназначенных для получения деталей триботехнического назначения (самосмазывающихся износостойких подшипников скольжения в узлах трения). The invention relates to powder metallurgy, in particular to methods for the manufacture of antifriction materials with solid lubricants based on copper, intended for the production of tribological components (self-lubricating wear-resistant sliding bearings in friction units).

Известен способ получения антифрикционных материалов на медной основе (патент Швеции 52673, 1970 г.), включающий приготовление порошковой смеси, холодное прессование, спекание, пропитку пористого изделия смазочным веществом в виде суспензии и последующую допрессовку, приготовление порошковой смеси производят путем простого смешивания компонентов. A known method for producing antifriction materials on a copper basis (Swedish patent 52673, 1970), including the preparation of a powder mixture, cold pressing, sintering, impregnation of a porous product with a lubricant in the form of a suspension and subsequent compression, preparation of the powder mixture is carried out by simple mixing of the components.

Недостатком данного способа являются низкая механическая прочность получаемого материала, недостаточное количество твердой смазки в его объеме. The disadvantage of this method is the low mechanical strength of the obtained material, an insufficient amount of solid lubricant in its volume.

Наиболее близким способом по достижению технического результата является "Способ получения дисперсно-упрочненного композиционного материала на основе меди", включающий приготовление порошковой смеси путем механического легирования с добавлением твердой смазки (порошка графита) и геттера (порошка гидрида титана), холодное компактирование в брикеты, термическую обработку, горячую деформацию (экструзию). The closest way to achieve a technical result is the "Method of obtaining a dispersion-hardened composite material based on copper", including the preparation of a powder mixture by mechanical alloying with the addition of solid lubricant (graphite powder) and getter (titanium hydride powder), cold compaction in briquettes, thermal processing, hot deformation (extrusion).

Известный способ используется для получения дисперсно-упрочненного композиционного материала на основе меди электротехнического значения с малым процентным содержанием легирующих элементов и не позволяет получить достаточно упрочняющих фаз от используемых легирующих добавок, т.к. упрочнение медной основы происходит только за счет микрочастиц оксидов, карбидов и нитридов (RU 2117062 С1, МПК 7 С 22 С 1/04, 1998). The known method is used to obtain a dispersion-hardened composite material based on copper of electrical value with a low percentage of alloying elements and does not allow to obtain sufficiently strengthening phases from the alloying additives used, because hardening of the copper base occurs only due to microparticles of oxides, carbides and nitrides (RU 2117062 C1, IPC 7 C 22 C 1/04, 1998).

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в разработке способа получения антифрикционных материалов на основе меди с высокими физико-механическими свойствами, что позволит создавать детали триботехнического назначения с высокими эксплуатационными свойствами, например с повышенной износостойкостью. The problem to which the invention is directed, is to develop a method for producing antifriction materials based on copper with high physical and mechanical properties, which will allow to create tribotechnical parts with high operational properties, for example, with increased wear resistance.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении процентного содержания твердых смазок в объеме материала, что повышает его прочностные характеристики. The technical result obtained by the implementation of the invention is to increase the percentage of solid lubricants in the volume of the material, which increases its strength characteristics.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ получения антифрикционного материала на основе меди включает приготовление порошковой смеси путем механохимического легирования с добавлением твердой смазки и геттера, холодное прессование, спекание и горячую экструзию, при этом после горячей экструзии материал подвергают закалке при температуре 850±30^oС, охлаждают в ванне с водой и подвергают старению при температуре 400±50^oС, после чего охлаждают вместе с печью.The specified technical result is achieved due to the fact that the method of producing an antifriction material based on copper involves the preparation of a powder mixture by mechanochemical alloying with the addition of solid lubricant and getter, cold pressing, sintering and hot extrusion, while after hot extrusion the material is quenched at a temperature of 850 ± 30 ^o C, cooled in a bath of water and subjected to aging at a temperature of 400 ± 50 ^o C, and then cooled with the oven.

Закалка изделий после горячей экструзии в проточной воде повышает деформированность при комнатной температуре, что позволяет стабилизировать фазовый состав материала (высокотемпературную фазу) и эффективнее производить правку и калибровку изделий. Quenching of products after hot extrusion in running water increases the deformation at room temperature, which makes it possible to stabilize the phase composition of the material (high-temperature phase) and more efficiently carry out dressing and calibration of products.

Охлаждение в ванне с водой нагретых под закалку изделий повышает скорость охлаждения материала, что в свою очередь кроме упрочнения медной матрицы микрочастицами позволяет стабилизировать фазовый состав материала (высокотемпературную фазу), упрочняя материал. Cooling in a bath with water of quenched products increases the cooling rate of the material, which in turn, in addition to hardening the copper matrix with microparticles, allows to stabilize the phase composition of the material (high-temperature phase), hardening material.

Охлаждение после старения, проводимое вместе с печью, приводит к выделению ультрадисперсных частиц упрочняющей фазы, что еще больше повышает прочность материала. The cooling after aging, carried out together with the furnace, leads to the release of ultrafine particles of the hardening phase, which further increases the strength of the material.

Способ получения антифрикционного материала на основе меди осуществляется следующим образом. A method of obtaining an antifriction material based on copper is as follows.

Порошковую смесь состава, мас.%:
Олово - 4 - 6
Хром - 2 - 4
Никель - 5 - 7
Гидрид титана - 0,3 - 0,5
Твердые смазки:
Дисульфид молибдена - 0,3 - 0,5
Графит - 0,3 - 0,5
Медь - Остальное
подвергают механохимическому легированию в реакторе механохимического легирования в течение 1-2 часов. В процессе легирования происходит внедрение частиц легирующих элементов, например хрома или никеля, а также их карбидов и оксидов, в частицы медной матрицы.Powder mixture composition, wt.%:
Tin - 4 - 6
Chrome - 2 - 4
Nickel - 5 - 7
Titanium Hydride - 0.3 - 0.5
Solid lubricants:
Molybdenum disulfide - 0.3 - 0.5
Graphite - 0.3 - 0.5
Copper - Else
subjected to mechanochemical alloying in a mechanochemical alloying reactor for 1-2 hours. In the process of alloying, particles of alloying elements, such as chromium or nickel, as well as their carbides and oxides, are introduced into the particles of the copper matrix.

В объем добавляются твердые смазки (например, дисульфид молибдена или графит, или их сочетание). Solid lubricants (for example, molybdenum disulfide or graphite, or a combination thereof) are added to the volume.

Кроме того, добавляют гидрид титана, как поглотитель влаги и газов, для восстановления избыточных оксидов меди. In addition, titanium hydride is added as an absorber of moisture and gases to recover excess copper oxides.

Размер исходного материала составляет около 0,1 мм, а после легирования - около 1 мм. The size of the starting material is about 0.1 mm, and after alloying, about 1 mm.

Полученный гранулят подвергают холодному прессованию в брикеты (например, размером: диаметр 60 мм, высота 200 мм) при давлении 0,7-0,8 МПа. Спрессованные брикеты с плотностью более 80% от теоретической спекают в электрической печи сопротивления по следующему режиму: предварительный нагрев до 200^oС с выдержкой до 1 часа, окончательный нагрев до 850^oС с выдержкой до 1 часа (в зависимости от массы брикета).The obtained granulate is subjected to cold pressing into briquettes (for example, size: diameter 60 mm, height 200 mm) at a pressure of 0.7-0.8 MPa. Compressed briquettes with a density of more than 80% of theoretical are sintered in a resistance electric furnace in the following mode: preheating up to 200 ^o C with holding for up to 1 hour, final heating up to 850 ^o C with holding for up to 1 hour (depending on the weight of the briquette).

В процессе спекания происходит образование и рост металлического контакта между частицами, и изменение микроскопической плотности пористого тела, связанное с изменением количества и размером пор. In the process of sintering, the formation and growth of a metal contact between particles occurs, and a change in the microscopic density of the porous body is associated with a change in the number and size of pores.

Далее спеченный брикет нагревают в индукционной печи до 850^oС в течение 15 минут и он поступает на операцию горячей деформации - экструзии. Горячая экструзия осуществляется на горизонтальном гидравлическом прессе при давлении не менее 0,8 МПа. В результате из брикета получается пруток диаметром 15 мм или 22 мм. При горячей деформации снижается пористость изделия.Next, the sintered briquette is heated in an induction furnace to 850 ^o C for 15 minutes and he goes to the operation of hot deformation - extrusion. Hot extrusion is carried out on a horizontal hydraulic press at a pressure of at least 0.8 MPa. As a result, a bar with a diameter of 15 mm or 22 mm is obtained from the briquette. With hot deformation, the porosity of the product decreases.

Затем производится закалка с последующим старением. Then hardening is carried out, followed by aging.

Закалку производят в электрических печах сопротивления при температуре 850±30^oС в течение 0,5-1 часа с последующим охлаждением в ванне с водой, после чего изделие хорошо поддается правке и калибровке.Hardening is carried out in electric resistance furnaces at a temperature of 850 ± 30 ^o C for 0.5-1 hours, followed by cooling in a bath with water, after which the product lends itself to dressing and calibration.

Закаленные прутки подвергают старению в электрической печи сопротивления или газовой печи при температуре 400±50^oС в течение 3-4 часов, охлаждение происходит вместе с печью, что увеличивает продолжительность химических реакций в процессе старения.Hardened rods are subjected to aging in an electric resistance furnace or gas furnace at a temperature of 400 ± 50 ^o C for 3-4 hours, cooling occurs together with the furnace, which increases the duration of chemical reactions during aging.

Экспериментальная проверка заявляемого способа показала, что полученные таким способом прутки диаметром 15 мм или 22 мм обладают повышенными физико-механическими характеристиками. An experimental verification of the proposed method showed that the rods obtained in this way with a diameter of 15 mm or 22 mm have improved physical and mechanical characteristics.

Результаты эксперимента приведены в таблице. The experimental results are shown in the table.

Из таблицы видно, что полученный по предлагаемому способу антифрикционный материал приведенного состава имеет прочность на растяжение в 1,45 раза выше, чем у прототипа. The table shows that the obtained by the proposed method antifriction material of the given composition has a tensile strength of 1.45 times higher than that of the prototype.

Использование заявляемого способа получения антифрикционных материалов на основе меди позволит получить материал с хорошими физико-техническими характеристиками, а готовые изделия - с высокими технико-эксплуатационными показателями: высокой износостойкостью, низким коэффициентом трения. Using the proposed method for producing antifriction materials based on copper will allow to obtain a material with good physical and technical characteristics, and finished products with high technical and operational indicators: high wear resistance, low coefficient of friction.

Использование заявляемого способа получения антифрикционных материалов на основе меди позволит получить материал с хорошими физико-механическими свойствами. Using the proposed method for producing antifriction materials based on copper will make it possible to obtain a material with good physical and mechanical properties.

Claims

A method of producing antifriction materials based on copper, including the preparation of a powder mixture by mechanochemical alloying with the addition of solid lubricant and getter, cold pressing, sintering and hot extrusion, characterized in that after hot extrusion the material is quenched at a temperature of 850 ± 30 ^o C, cooled bath with water and subjected to aging at a temperature of 400 ± 50 ^o C, and then cooled together with the oven.