RU2554263C1 - Lead-based matrix alloy for production of composite materials by impregnation - Google Patents
Lead-based matrix alloy for production of composite materials by impregnation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2554263C1 RU2554263C1 RU2014124749/02A RU2014124749A RU2554263C1 RU 2554263 C1 RU2554263 C1 RU 2554263C1 RU 2014124749/02 A RU2014124749/02 A RU 2014124749/02A RU 2014124749 A RU2014124749 A RU 2014124749A RU 2554263 C1 RU2554263 C1 RU 2554263C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- lead
- composite materials
- impregnation
- tin
- Prior art date
Links
Landscapes
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии и получения армированных композиционных материалов и отливок и может быть использовано для получения пропиткой композиционных материалов, имеющих армирующий углеграфитовый каркас, которые работают в агрессивных средах в качестве торцовых уплотнителей, подшипников скольжения, направляющих и т.п. деталей.The invention relates to the field of metallurgy and the production of reinforced composite materials and castings and can be used to impregnate composite materials having a carbon-graphite reinforcing cage that operate in aggressive environments as mechanical seals, sliding bearings, guides, etc. details.
Известен полученный методом порошковой металлургии сплав на основе свинца, используемый в качестве защитных покрытий металлических деталей, работающих в агрессивных жидкостях. Сплав на основе свинца содержит, мас. %: сурьма 6.0-8.0; висмут 7.8-8.8; литий 0.1-0.16; олово 0.7-2.4; порошок молибдена 0.2-0.3; свинец остальное (а.с. SU №1468950, Μ. кл. С22С 11/10, опубл. 30.03.1989). Предложенный сплав имеет хорошую растекаемость по поверхности стали и обладает более высокой коррозионной стойкостью в агрессивных средах, чем раннее известный сплав, легированный одной сурьмой. Но известно, что висмут понижает кислотоупорность свинца. Добавка лития к свинцу придает сплаву более мелкозернистую структуру, повышает твердость, замедляет его рекристаллизацию. Литий повышает твердость сплава при высоких температурах, сопротивление деформации и износоустойчивость, снижает коэффициент трения и устраняет «задирание» подшипников. Недостатком данного изобретения является высокая стоимость элементов сплава, что затрудняет его получение в массовом производстве.A lead-based alloy obtained by powder metallurgy is known to be used as a protective coating for metal parts operating in aggressive liquids. The lead-based alloy contains, by weight. %: antimony 6.0-8.0; bismuth 7.8-8.8; lithium 0.1-0.16; tin 0.7-2.4; molybdenum powder 0.2-0.3; lead the rest (and.with. SU No. 1468950, Μ. class. C22C 11/10, publ. 30.03.1989). The proposed alloy has good spreadability on the surface of the steel and has a higher corrosion resistance in aggressive environments than the earlier known alloy doped with antimony alone. But it is known that bismuth lowers the acid resistance of lead. The addition of lithium to lead gives the alloy a finer-grained structure, increases hardness, and slows down its recrystallization. Lithium increases the alloy hardness at high temperatures, deformation resistance and wear resistance, reduces the friction coefficient and eliminates the "sticking" of the bearings. The disadvantage of this invention is the high cost of the elements of the alloy, which makes it difficult to obtain in mass production.
Известен антифрикционный сплав на свинцовой основе, применяемый для биметаллических тонкостенных подшипников, составом: олово 3.0-10.0%; сурьма 3.0-7.0%; медь до 1.0%; теллур до 0.2% и остальное свинец. (а.с. SU №108500, Μ. кл. C22C 11/10, 27.04.1953). В этом сплаве достигается значительное снижение модуля упругости и соответствующее повышение сопротивления циклической деформации. Медь улучшает устойчивость свинца против действия серной кислоты и повышает предел ползучести. Теллур и олово повышают твердость и сопротивление усталости свинца.Known antifriction lead-based alloy used for bimetallic thin-walled bearings, composition: tin 3.0-10.0%; antimony 3.0-7.0%; copper up to 1.0%; tellurium is up to 0.2% and the rest is lead. (A.S. SU No. 108500, Μ. cl. C22C 11/10, 04/27/1953). In this alloy, a significant decrease in the elastic modulus and a corresponding increase in the resistance to cyclic deformation are achieved. Copper improves lead resistance against sulfuric acid and increases the creep limit. Tellurium and tin increase the hardness and fatigue resistance of lead.
Недостатком данного изобретения является малая номенклатура изделий, для которых можно применить данный сплав.The disadvantage of this invention is the small range of products for which this alloy can be used.
Разработан сплав из свинца (около 70-75%), сурьмы (15-25%) и олова (около 3-6%) с добавлением 1-3% никеля и 0.6-1.5% меди (а.с. SU №7229, Μ. кл. C22C 11/00, опубл. 31.12.1928), обладающий повышенной механической прочностью и твердостью. Однако этот сплав не обладает достаточной коррозионной стойкостью.An alloy of lead (about 70-75%), antimony (15-25%) and tin (about 3-6%) with the addition of 1-3% nickel and 0.6-1.5% copper (a.s. SU No. 7229, (Cl. C22C 11/00, publ. 12/31/1928), which has increased mechanical strength and hardness. However, this alloy does not have sufficient corrosion resistance.
Подшипниковый сплав на свинцовой основе, состоящий из 69-68%) свинца, 25% сурьмы, 5% олова и 1-2% мышьяка (а.с. SU №9344, Μ. кл. С22С 11/00, опубл. 31.05.1929). За счет небольшого количества олова сплав получается доступным. Показатели твердости и сопротивления сжатию отвечают требованиям. Однако этот сплав не обладает достаточной изностойкостью.Bearing-based alloy of lead, consisting of 69-68%) lead, 25% antimony, 5% tin and 1-2% arsenic (A.S. SU No. 9344, Cl. C22C 11/00, publ. 31.05. 1929). Due to the small amount of tin, the alloy is available. Hardness and compressive strength met the requirements. However, this alloy does not have sufficient wear resistance.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является сплав на основе свинца, для получения композиционных материалов пропиткой, содержащий 5% олова (Композиционные материалы, получаемые методом пропитки, Тучинский Л.И. - М.: Металлургия, 1986 г., 208 с. - 197 с.). Матричный сплав указанного состава обладает высокими механическими свойствами, хорошей коррозионной стойкостью и прочностью.Closest to the proposed invention is a lead-based alloy for producing composite materials by impregnation containing 5% tin (Composite materials obtained by the method of impregnation, Tuchinsky LI - M .: Metallurgy, 1986, 208 pp. - 197 s .). The matrix alloy of this composition has high mechanical properties, good corrosion resistance and strength.
Недостатком данного сплава является низкая жидкотекучесть, он обладает большим углом смачивания, что затрудняет проникновение сплава в поры углеграфитового каркаса, и низкие антифрикционные свойства.The disadvantage of this alloy is its low fluidity, it has a large wetting angle, which complicates the penetration of the alloy into the pores of the carbon-graphite frame, and low antifriction properties.
Задачей изобретения является создание матричного сплава с повышенными литейными свойствами и повышенной коррозионной стойкостью.The objective of the invention is the creation of a matrix alloy with high casting properties and high corrosion resistance.
Техническим результатом данного изобретения является композиционный материал, обладающий повышенной износостойкостью и коррозионной стойкостью в агрессивных средах.The technical result of this invention is a composite material having increased wear resistance and corrosion resistance in aggressive environments.
Технический результат достигается тем, что матричный сплав на основе свинца для получения композиционных материалов пропиткой, содержащий олово, при этом дополнительно содержит медь и серу в качестве поверхностно-активного вещества при следующем соотношении компонентов, мас. %:The technical result is achieved by the fact that a lead-based matrix alloy for producing composite materials by impregnation containing tin, while additionally containing copper and sulfur as a surfactant in the following ratio of components, wt. %:
Введение в состав сплава олова в указанном диапазоне концентраций приводит к уменьшению пористости и хрупкости сплава, повышает сопротивляемость истиранию композиционного материала, обеспечивает его высокую усталостную прочность и хорошую коррозионную стойкость в агрессивных средах.The introduction of tin in the composition of the concentration range leads to a decrease in the porosity and brittleness of the alloy, increases the abrasion resistance of the composite material, provides its high fatigue strength and good corrosion resistance in aggressive environments.
При введении в сплав олова менее 4.0 мас.% не достигается достаточных эксплуатационных характеристик сплава и снижаются антифрикционные свойства сплава и композиционного материала (КМ).When tin is introduced into the alloy of less than 4.0 wt.%, Sufficient operational characteristics of the alloy are not achieved and the antifriction properties of the alloy and composite material (KM) are reduced.
Введение в сплав олова более 8.0 мас.% приводит к перерасходу легирующей добавки, при отсутствии значительного увеличения свойств сплава и получаемого с его помощью КМ.The introduction of more than 8.0 wt.% In tin alloy leads to an over consumption of the dopant, in the absence of a significant increase in the properties of the alloy and CM obtained with its help.
Введение в состав сплава меди приводит к улучшению литейных свойств сплава, обеспечивая хорошую заполняемость открытых пор углеграфитового каркаса. При введении в сплав меди менее 0.5 мас.% не достигаются необходимые для пропитки свойства, а именно не достигаются необходимые значения поверхностного натяжения сплава. Введение в сплав меди более 3.0 мас.%, приводит к неравномерному ее распределению ввиду ограниченной растворимости в сплаве.The introduction of copper into the alloy leads to an improvement in the casting properties of the alloy, providing good fillability of the open pores of the carbon-graphite frame. When copper is introduced into the alloy less than 0.5 wt.%, The properties necessary for impregnation are not achieved, namely, the necessary values of the surface tension of the alloy are not achieved. Introduction to the alloy of copper more than 3.0 wt.%, Leads to its uneven distribution due to the limited solubility in the alloy.
Введение в состав сплава серы приводит к значительному увеличению литейных свойств сплава, при этом сера уменьшает его поверхностное натяжение, позволяет глубже проникать в поры углеграфитового каркаса, в результате чего повышаются прочностные свойства композиционного материала, его износостойкость.The introduction of sulfur into the alloy leads to a significant increase in the casting properties of the alloy, while sulfur reduces its surface tension, allows it to penetrate deeper into the pores of the carbon-graphite frame, which increases the strength properties of the composite material and its wear resistance.
Введение в сплав серы менее 4.5 мас.% не приводит к достижению нужной жидкотекучести сплава и его проникающей способности. Введение в сплав серы более 20.5 мас.% нерационально, так как увеличение концентрации серы хоть и увеличивает проникающую способность сплава, но приводит к снижению эксплуатационных характеристик сплава и композита в целом.The introduction of sulfur alloy less than 4.5 wt.% Does not lead to the achievement of the desired fluidity of the alloy and its penetrating ability. The introduction of more than 20.5 wt.% Sulfur into the alloy is irrational, since an increase in sulfur concentration although increases the penetrating ability of the alloy, but leads to a decrease in the operational characteristics of the alloy and the composite as a whole.
Предлагаемый сплав обладает высокой коррозионной стойкостью в агрессивных средах и проникающей способностью, что при пропитке им углеграфитового каркаса обеспечивает его высокую плотность. В результате полученный пропиткой КМ обладает повышенными прочностными свойствами и коррозионной стойкостью, повышенной износостойкостью.The proposed alloy has high corrosion resistance in aggressive environments and penetrating ability, which, when impregnated with a carbon-graphite cage, ensures its high density. As a result, KM obtained by impregnation has increased strength properties and corrosion resistance, increased wear resistance.
Примеры конкретного изготовления.Examples of specific manufacturing.
ПРИМЕР 1EXAMPLE 1
Сплав с содержанием ингредиентов: (мас. %: Sn - 6.0; Cu - 2.0; S - 12.0; Pb - остальное).Alloy containing the ingredients: (wt.%: Sn - 6.0; Cu - 2.0; S - 12.0; Pb - the rest).
Приготовление сплава производится следующим образом: в устройство для пропитки к гранулированной сере в количестве 12.0 мас.% добавляют расплав 80 мас.% свинца нагретый до температуры 400°C. Как правило для этого необходимо трехкратное плавление, с кристаллизацией, размолом и переплавом, а медь марки M1 в количестве 2.0 мас.% и олово 6.0 мас.% соответственно, присаживают после полного растворения серы в свинце, и предварительного нагрева сплава до температуры 500°C. Плавление осуществляется в печи сопротивления СНОЛ 2.5.The preparation of the alloy is as follows: in a device for impregnation to the granular sulfur in an amount of 12.0 wt.% Add a melt of 80 wt.% Lead heated to a temperature of 400 ° C. As a rule, this requires three times melting, with crystallization, grinding and remelting, and M1 grade copper in an amount of 2.0 wt.% And tin of 6.0 wt.%, Respectively, are seated after complete dissolution of sulfur in lead and preliminary heating of the alloy to a temperature of 500 ° C . Melting is carried out in a resistance furnace SNOL 2.5.
Изготовление КМ производится пропиткой каркаса из углеграфита марки АГ-1500 матричным сплавом под давлением 12 МПа при температуре 700°C и выдержке под давлением 15 мин.KM is made by impregnating a frame from carbon graphite of the brand AG-1500 with a matrix alloy under a pressure of 12 MPa at a temperature of 700 ° C and holding under pressure for 15 minutes.
В качестве технологических характеристик сплава исследовались его поверхностное натяжение по отношению к углеграфитовому каркасу в воздушной среде, жидкотекучесть, твердость и коррозионная стойкость в агрессивных средах.As the technological characteristics of the alloy, its surface tension with respect to the carbon-graphite frame in air, fluidity, hardness and corrosion resistance in aggressive environments were investigated.
В качестве технологических характеристик КМ определялись плотность и прочность на сжатие.As the technological characteristics of CM, the density and compressive strength were determined.
Для определения поверхностного натяжения сплавов изготавливались углеграфитовые подложки, на которые помещались навески сплава. Подложки с навесками в свою очередь помещались в алундовую трубку для нагрева в трубчатой печи. Затем по контуру капли рассчитывали поверхностное натяжение методом Дарси. Измерение поверхностного натяжения производили при температуре 400°C.To determine the surface tension of the alloys, carbon-graphite substrates were made on which alloy samples were placed. The weighed substrates, in turn, were placed in an alundum tube for heating in a tubular furnace. Then, the surface tension was calculated by the Darcy method from the drop contour. The surface tension was measured at a temperature of 400 ° C.
Жидкотекучесть сплава по отношению к углеграфитовому каркасу определялась по глубине затекания сплава в отверстия диаметром 1.0 мм, выполненные в дне углеграфитового стакана. Для этого в графитовый стакан с конусным основанием вставляли углеграфитовый стакан меньшего диаметра, внутренние размеры: высота 65 мм диаметр 22 мм с выполненными в нем 4 отверстиями. Таким образом, капли расплава, протекшего через отверстия, собирались на дне внешнего графитового стакана. Капли взвешивали и рассчитывали объем металла, протекший через отверстия. Затем рассчитывали глубину затекания сплава в отверстия.The fluidity of the alloy with respect to the carbon-graphite frame was determined by the depth of flowing of the alloy into the holes with a diameter of 1.0 mm, made in the bottom of the carbon-graphite glass. For this, a carbon-graphite glass of smaller diameter was inserted into a graphite glass with a conical base, internal dimensions: height 65 mm, diameter 22 mm with 4 holes made in it. Thus, drops of the melt flowing through the holes were collected at the bottom of the outer graphite cup. Drops were weighed and the volume of metal flowing through the holes was calculated. Then calculated the depth of flowing of the alloy into the holes.
Проникающая способность определялась как среднее значение глубины затекания из трех опытов. Испытания проводились в атмосфере аргона.Penetration was determined as the average value of the leakage depth from three experiments. The tests were carried out in an argon atmosphere.
Время изотермической выдержки сплава при температуре 450°C составляло 20 мин, постоянство металлостатического давления на дно стакана обеспечивалось заливкой сплава в стаканчик одного уровня.The time of isothermal aging of the alloy at a temperature of 450 ° C was 20 min, the constancy of the metallostatic pressure on the bottom of the glass was ensured by pouring the alloy into the glass of the same level.
Плотность КМ определялась как процент заполнения открытых пор. При этом объем открытых пор определялся на образцах, предварительно пропитанных водой в вакууме, с последующим определением веса и объема заполнившей образец воды. Сходимость результатов находится в пределах погрешности 1%, с определением открытой пористости на ртутном пористомере.CM density was determined as the percentage of filling of open pores. The volume of open pores was determined on samples pre-impregnated with water in a vacuum, with subsequent determination of the weight and volume of the water that filled the sample. The convergence of the results is within an error of 1%, with the determination of open porosity on the mercury porosimeter.
Прочность КМ на сжатие определялись на цилиндрических образцах диаметром 20±0,2 мм и высотой 20 мм при настройке разрывной машины на максимальную нагрузку 10000 Н.The compressive strength of CMs was determined on cylindrical samples with a diameter of 20 ± 0.2 mm and a height of 20 mm when setting the tensile testing machine to a maximum load of 10,000 N.
Коррозионная стойкость в агрессивных средах сплава проверялась по изменению веса цилиндрического образца сплава диаметром 4 мм, высотой 12±0.3 мм после пребывания в агрессивной среде в течение 1200 часов. В качестве агрессивных сред применялись растворы кислот: 10% соляной, 10% серной, 10% азотной, 10% хлористого натрия.Corrosion resistance in aggressive alloy media was checked by changing the weight of a cylindrical alloy sample with a diameter of 4 mm, a height of 12 ± 0.3 mm after being in an aggressive environment for 1200 hours. As aggressive media, acid solutions were used: 10% hydrochloric, 10% sulfuric, 10% nitric, 10% sodium chloride.
Результаты испытаний матричного сплава и композиционного материала на его основе, представлены в таблице.The test results of the matrix alloy and composite material based on it are presented in the table.
ПРИМЕРЫ 2-9EXAMPLES 2-9
Приготовление сплавов и условия их испытаний аналогичны примеру 1.The preparation of alloys and the conditions for their testing are similar to example 1.
Результаты испытаний матричных сплавов и соответствующих им композиционных материалов, представлены в таблице.The test results of matrix alloys and their corresponding composite materials are presented in the table.
Таким образом, из таблицы видно, что заявляемый матричный сплав на основе свинца для получения композиционных материалов пропиткой, по сравнению с прототипом, обладает большей жидкотекучестью и меньшим поверхностным натяжением, что обеспечивает им лучшую заполняемость, увеличивая тем самым плотность КМ, повышая, таким образом, износостойкость КМ. При этом результаты изменения веса заявляемого сплава в агрессивных средах показывают, что его коррозионная стойкость превосходит таковую у прототипа и, в конечном итоге, улучшает стойкость против коррозии у КМ.Thus, the table shows that the inventive matrix alloy based on lead for obtaining composite materials by impregnation, in comparison with the prototype, has a greater fluidity and lower surface tension, which provides them with better fillability, thereby increasing the density of KM, thereby increasing wear resistance of KM. Moreover, the results of a change in the weight of the inventive alloy in aggressive environments show that its corrosion resistance exceeds that of the prototype and, ultimately, improves the corrosion resistance of KM.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014124749/02A RU2554263C1 (en) | 2014-06-17 | 2014-06-17 | Lead-based matrix alloy for production of composite materials by impregnation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014124749/02A RU2554263C1 (en) | 2014-06-17 | 2014-06-17 | Lead-based matrix alloy for production of composite materials by impregnation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2554263C1 true RU2554263C1 (en) | 2015-06-27 |
Family
ID=53498403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014124749/02A RU2554263C1 (en) | 2014-06-17 | 2014-06-17 | Lead-based matrix alloy for production of composite materials by impregnation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2554263C1 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1759932A1 (en) * | 1990-01-19 | 1992-09-07 | Волгоградский Политехнический Институт | Method of producing composite materials |
-
2014
- 2014-06-17 RU RU2014124749/02A patent/RU2554263C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1759932A1 (en) * | 1990-01-19 | 1992-09-07 | Волгоградский Политехнический Институт | Method of producing composite materials |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГУЛЕВСКИЙ В.А. и др., Разработка матричных сплавов на основе свинца, Университет им.В.И.Вернадского. Специальный выпуск (43), 2012, с.15-19. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yan et al. | Influence of different Al contents on microstructure, tensile and wear properties of Zn-based alloy | |
| CN103834866A (en) | High-strength high-wear resistance high-temperature self-lubricating composite material and preparation method thereof | |
| CN104889405B (en) | A kind of powder metallurgy Langaloy bearing material | |
| RU2554263C1 (en) | Lead-based matrix alloy for production of composite materials by impregnation | |
| Gulevskii et al. | Designing of copper-based alloys for the impregnation of carbon-graphite materials | |
| RU2571248C1 (en) | Copper matrix alloy for production of composite materials by impregnation of graphitized carbon varcass | |
| WO2011069318A1 (en) | Nickel-based bearing holder material and preparing method thereof | |
| RU2466204C1 (en) | Composite material containing coal-graphite frame saturated with matrix copper-based alloy | |
| RU2430983C1 (en) | Composite material containing coal-graphite frame impregnated with matrix alloy on base of copper | |
| RU2555737C1 (en) | Cast alloy based on aluminium to produce by impregnation of composite materials with carbon-graphite framework | |
| RU2318893C1 (en) | Antimony-base matrix alloy for preparing composition materials by impregnation | |
| Balaji et al. | Electrochemical behavior of sintered YAG dispersed 316L stainless steel composites | |
| RU2526356C1 (en) | Stibium-based matrix alloy for impregnation of graphitised carbon | |
| RU2571296C1 (en) | Composite with graphitized carcass impregnated with copper-based matrix alloy | |
| Goodrich | Volume changes during the solidification of metals and alloys of low melting-point | |
| RU2506335C1 (en) | Metal matrix composite | |
| Ramalingaiah et al. | Microstructure and mechanical properties of cast composites of steel wool infiltrated by magnesium and AZ91 alloy | |
| RU2447171C1 (en) | Copper matrix alloy for production of composite materials by impregnation | |
| RU2232826C1 (en) | Antimony-based matrix alloy impregnation-mediated manufacture of composite materials | |
| JP2018172768A (en) | Heat-resistant sintering material having excellent oxidation resistance, high temperature wear resistance, and salt damage resistance, and method for producing the same | |
| Brugnolo et al. | Manufacturing and characterization of AlSi foams as core materials | |
| CN109234559B (en) | Porous self-lubricating Fe2B-Fe metal ceramic composite material and preparation method thereof | |
| CN108262479B (en) | Preparation method of self-lubricating porous titanium-based graphene alloy material | |
| RU2005802C1 (en) | Antimony-base casting alloy for manufacture of composite materials by impregnating graphitized carbon fiber matrix | |
| RU2055926C1 (en) | Antimony-base matrix alloy for obtaining composite materials by impregnation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160618 |