RU2677166C1 - Антифрикционный порошковый материал на основе меди и способ его получения - Google Patents

Антифрикционный порошковый материал на основе меди и способ его получения Download PDF

Info

Publication number
RU2677166C1
RU2677166C1 RU2018106578A RU2018106578A RU2677166C1 RU 2677166 C1 RU2677166 C1 RU 2677166C1 RU 2018106578 A RU2018106578 A RU 2018106578A RU 2018106578 A RU2018106578 A RU 2018106578A RU 2677166 C1 RU2677166 C1 RU 2677166C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
powder
copper
antifriction
ferroaluminide
lead
Prior art date
Application number
RU2018106578A
Other languages
English (en)
Inventor
Юрий Васильевич Концевой
Анна Григорьевна Мейлах
Алексей Борисович Шубин
Павел Валерьевич Котенков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН)
Priority to RU2018106578A priority Critical patent/RU2677166C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2677166C1 publication Critical patent/RU2677166C1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C9/00Alloys based on copper
    • C22C9/08Alloys based on copper with lead as the next major constituent
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12Both compacting and sintering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C32/00Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Изобретения относятся к области порошковой металлургии, в частности к получению антифрикционных материалов из металлических порошков, и могут быть использованы для изготовления узлов трения высоконагруженных деталей различных механизмов. Способ получения антифрикционного порошкового материала включает подготовку исходной шихты, содержащей 14-16 мас.% композитного порошка ферроалюминида, состоящего из железной сердцевины (66 мас.%) и ферроалюминидной (FeAl) оболочки (34 мас.%) дисперсностью 60-70 мкм, 9-11 мас.% порошка свинца ≤40 мкм и меди - остальное, прокатку шихты при давлении 400-500 МПа, спекание при температуре 720-750°С в атмосфере водорода в течение 15-30 мин и охлаждение в той же атмосфере вместе с печью. Изобретение обеспечивает повышение прочностных свойств и стойкость к контактному разрушению антифрикционного порошкового материала. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

Description

Изобретения относятся к области порошковой металлургии, в частности к получению антифрикционных материалов из металлических порошков, и могут быть использованы для изготовления узлов трения высоконагруженных деталей различных механизмов.
В современных условиях, эксплуатационная надежность техники и оборудования является их важнейшим показателем качества. Наиболее подвержены износу и разрушению агрегаты, работающие в тяжелых условиях трения и контактных нагрузок. В этой связи разработка новых антифрикционных материалов, обладающих повышенными прочностью и износостойкостью, является актуальной задачей сегодняшнего материаловедения.
Известен порошковый антифрикционный композиционный материал на основе меди (патент РФ №2223341, МПК С22С 9/02 (2000.1), С22С 1/05 (2000.1), опуб. 10.02.2004 г.), содержащий олово, графит и твердые включения, отличающийся тем, что в качестве твердых включений он содержит молибденоборосиликатное стекло при следующем соотношении компонентов, мас. %: графит 1-3, олово 6-10, молибденоборосиликатное стекло 3-10, остальное медь.
Недостатками данного материала являются:
1. Сложность гомогенизации порошковой смеси принципиально разных по морфологии, плотности и природе порошков;
2. Весьма низкая пластичность спеченного антифрикционного материала.
Также известен порошковый антифрикционный материал на основе меди (патент РФ №2026397, МПК С22С 9/08 (1995.01), С22С 1/05 (1995.01), опуб., 09.01.1995), содержащий свинец и цинк, отличающийся тем, что он дополнительно содержит дисперсное силикатное вещество разупорядоченной кристаллической структуры с удельной поверхностью не менее 10000 м2/кг при следующем соотношении компонентов, мас. %: дисперсное силикатное вещество разупорядоченной кристаллической структуры 0,5-3,5, свинец 2,0-12,0, цинк 2,0-17,0, медь - остальное. Недостатками данного материала являются:
1. Низкое сопротивление деформации спеченного антифрикционного материала;
2. Недостаточная твердость.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому решению является антифрикционный порошковый материал основе меди (патент РФ №2396144, МПК B22F 1/00, С22С 1/05, F16C 33/12, С22С 9/02 (2006.1), опуб. 10.08.2010 - прототип), полученный из шихты, содержащей порошок олова, порошок свинца, порошок меди и графит, при следующем соотношении компонентов, мас. %: порошок олова 9,5-10, порошок свинца 0,5-1,0, графит 0,3-0,5, порошок меди - остальное.
Недостатками данного материала являются:
1. Низкая твердость и прочностные свойства антифрикционного материала, поскольку твердость и прочность обеспечивается соединением меди и олова, максимальная твердость которого 70-80 НВ.
2. Использование большого количества дорогостоящего материала - олова.
Указанный антифрикционный порошковый материал на основе меди получают путем термической обработки, включающей прессование и спекание исходной шихты при последовательном увеличении температуры от 20 до 600°С с выдержкой 1,5 часа и дальнейшим увеличением температуры до (660±5)°С с выдержкой 1,5 часа и последующее охлаждение на воздухе путем обдува в потоке диссоциированного аммиака, с последующей калибровкой при удельном давлении, равном давлению прессования, и повторное спекание путем последовательного увеличения температуры от 20 до (680±5)°С с выдержкой 1,5 часа и охлаждение на воздухе (патент РФ №2396144, МПК B22F 1/00, С22С 1/05, F16C 33/12, С22С 9/02 (2006.1), опуб. 10.08.2010 - прототип). Недостатками данного способа являются:
3. Многоступенчатость процесса получения;
4. Сложность термической обработки.
Предлагаемый способ предназначен для получения антифрикционного порошкового материала на основе меди.
Техническим результатом данного изобретения является получение антифрикционного порошкового материала на основе меди, обладающего повышенными прочностными свойствами, износостойкостью и стойкостью к контактному разрушению с использованием легкодоступных и сравнительно недорогих исходных материалов и упрощение способа его получения.
1. Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемый антифрикционный порошковый материал на основе меди, содержащий свинец, согласно изобретению, дополнительно содержит композитный порошок ферроалюминида, состоящий из железной сердцевины (66 масс. %) и ферроалюминидной (Fe2Al5) оболочки (34 масс. %) дисперсностью 60-70 мкм, порошок свинца -<40 мкм и порошок меди, при следующем соотношении компонентов, мас. %: композитный порошок ферроалюминида - 14-16, порошок свинца 9-11 и остальное - медный порошок.
2. Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения антифрикционного порошкового материала на основе меди, включающем подготовку исходной шихты, обработку давлением, спекание и охлаждение, согласно изобретению исходную шихту, содержащую композитный порошок ферроалюминида, состоящего из железной сердцевины (66 масс. %) и ферроалюминидной (Fe2Al5) оболочки (34 масс. %) дисперсностью 60-70 мкм, порошок свинца -≤40 мкм и меди, при следующем соотношении компонентов, мас. %: композитный порошок ферроалюминида - 14-16, свинца - 9-11 и меди - остальное, подвергают прокатке при давлении 400-500 Мпа и спекают при температуре 720-750°С в атмосфере водорода в течение 15-30 мин и охлаждают в той же атмосфере вместе с печью.
Указанные признаки, характеризующие состав антифрикционного материала: состав исходной шихты, дисперсность и массовые соотношения входящих компонентов, являются необходимыми для достижения указанного технического результата, т.е. для получения антифрикционного порошкового материала, обладающего повышенными прочностными свойствами, износостойкостью и стойкостью к контактному разрушению с использованием рядовых исходных материалов.
Сущность данных признаков заключается в следующем:
- композиционный порошок ферроалюминида, состоящий из железной сердцевины (66 мас. %) и ферроалюминидной (Fe2Al5) оболочки (34 мас. %) дисперсностью 60-70 мкм, при описанной выше обработке давлением распадается на железный порошок (~50 мкм) и порошок ферроалюминида (Fe2Al5), который, в процессе обработки давлением, разрушается до ультрадисперсного состояния (≤1 мкм) и обеспечивает упрочнение матрицы (повышение твердости). Железный же порошок в процессе обработки давлением деформируется и образует упрочняющие волокна. Использование композитного порошка с другим соотношением железной сердцевины и интерметаллидной оболочки приводит либо к малой твердости получаемого материала, либо к ослаблению его стойкости к контактному разрушению. Количество композитного порошка менее 14% не обеспечивает заданной твердости, прочности и стойкости к контактному разрушению, а выше 16% приводит к снижению плотности антифрикционного материала;
- порошок свинца дисперсностью ≤40 мкм обеспечивает повышенные антифрикционные свойства получаемого материала и стабильность размеров после спекания. Использование порошков свинца с дисперсностью выше 40 мкм ведет к снижению прочностных свойств получаемого антифрикционного материала. Содержание свинцового порошка менее 9 мас. % приводит к недостаточному смазывающему эффекту (повышению коэффициента трения), а - выше 11 мас. % к снижению прочностных свойств.
Указанные признаки, характеризующие способ получения антифрикционного порошкового материала на основе меди, характеризующие вид и усилие механической обработки путем прокатки исходной шихты, а также условия спекания скомпактированного материала являются необходимыми для достижения указанного технического результата, т.е. для осуществления наиболее простого способа получения антифрикционного порошкового материала на основе меди, обладающего повышенными прочностными свойствами, износостойкостью и стойкостью к контактному разрушению с использованием рядовых исходных материалов.
Сущность заявляемого способа заключается в следующем:
- обработка исходной порошковой смеси прокаткой с давлением 400-500 Мпа обеспечивает формование антифрикционного материала с относительной плотностью 0,97-0,99, заданное разрушение композиционного порошка, измельчение интерметаллического порошка до ультрадисперсного состояния и создание волокнистой структуры антифрикционного материала, необходимой для повышения его прочностных свойств и стойкости к контактному разрушению;
- прокатка при давлении ниже 400 МПа не обеспечивает заданной плотности получаемого материала, необходимого измельчения интерметаллидных частиц композита и недостаточно деформирует железные частицы для создания волокнистой структуры. Прокатка с давлением выше 500 Мпа не дает положительного эффекта при формовании, а ведет к неоправданным энергетическим затратам и повышенному износу оборудования;
- нагрев до температуры 720-750°С в атмосфере водорода обеспечивает очистку металлических дисперсоидов от оксидов и качественное спекание порошков. Нагрев ниже 720°С не гарантирует полного спекания, а - выше 750°С нецелесообразен.
Пример конкретного осуществления.
Экспериментальную проверку предлагаемых антифрикционного порошкового материала и способа его получения проводили в лабораторных условиях в Институте металлургии УрО РАН по следующей технологии:
Композитный порошок ферроалюминида, состоящий из железной сердцевины (66 масс. %) и ферроалюминидной (Fe2Al5) оболочки (34 масс. %) дисперсностью 60-70 мкм, порошок свинца -≤40 мкм и порошок меди, при следующем их соотношении, мас. %: композиционный порошок - 14-16, порошок свинца - 9-11, остальное медный порошок смешивали в виброаэрационном смесителе в течение 3 мин, затем полученную шихту помещали в бункер подачи лабораторного прокатного стана МЛС - 82 ИМЕТ УрО РАН и прокатывали с давлением 400-500 МПа. Полученную таким образом полосу помещали в камерную электрическую печь с атмосферой водорода и нагревали со скоростью 5 град/мин до температуры 720-750°С, затем проводили изотермическую выдержку при этой температуре в течение 15-30 мин и охлаждали в той же атмосфере вместе с печью. Результаты эксперимента приведены в таблице.
При экспериментальной проверке использовали композитный порошок, полученный в плакираторе способом, описанным в патенте РФ №2629416 (смесь порошков железа и алюминия подвергали термомеханической обработке), порошок свинцовый ПС - 1 и медный порошок ПМС - 1.
Figure 00000001
Figure 00000002

Claims (3)

1. Антифрикционный порошковый материал на основе меди, содержащий свинец, отличающийся тем, что дополнительно содержит композитный порошок ферроалюминида, состоящий из железной сердцевины (66 мас.%) и ферроалюминидной (Fe2Al5) оболочки (34 мас.%) дисперсностью 60-70 мкм, порошок свинца ≤40 мкм и меди при следующем их соотношении, мас.%:
композитный порошок ферроалюминида 14-16 порошок свинца 9-11 порошок меди остальное
2. Способ получения антифрикционного порошкового материала на основе меди, включающий подготовку исходной шихты, обработку давлением, спекание и охлаждение, отличающийся тем, что исходную шихту, содержащую композитный порошок ферроалюминида, состоящий из железной сердцевины (66 мас.%) и ферроалюминидной (Fe2Al5) оболочки (34 мас.%) дисперсностью 60-70 мкм, порошок свинца ≤40 мкм и меди при следующем соотношении компонентов, мас.%: композитный порошок ферроалюминида - 14-16, свинца - 9-11 и меди - остальное, подвергают прокатке при давлении 400-500 МПа, спекают при температуре 720-750°С в атмосфере водорода в течение 15-30 мин и охлаждают в той же атмосфере вместе с печью.
RU2018106578A 2018-02-21 2018-02-21 Антифрикционный порошковый материал на основе меди и способ его получения RU2677166C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018106578A RU2677166C1 (ru) 2018-02-21 2018-02-21 Антифрикционный порошковый материал на основе меди и способ его получения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018106578A RU2677166C1 (ru) 2018-02-21 2018-02-21 Антифрикционный порошковый материал на основе меди и способ его получения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2677166C1 true RU2677166C1 (ru) 2019-01-15

Family

ID=65025304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018106578A RU2677166C1 (ru) 2018-02-21 2018-02-21 Антифрикционный порошковый материал на основе меди и способ его получения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2677166C1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1831413A3 (ru) * 1989-07-18 1993-07-30 Lanxide Technology Co Ltd Cпocoб пoлучehия komпoзициohhoгo matepиaлa c metaлличeckoй matpицeй
RU2024639C1 (ru) * 1991-01-16 1994-12-15 Совместное советско-британское предприятие "Росбри Интернейшнл Лимитед" Спеченный антифрикционный материал на основе меди
RU2039110C1 (ru) * 1990-10-16 1995-07-09 Совместное советско-британское предприятие "Росбри Интернейшнл Лимитед" Спеченный антифрикционный материал на основе меди
RU94038081A (ru) * 1994-10-10 1997-02-27 Костромской технологический институт Антифрикционный порошковый материал на основе меди
RU95119327A (ru) * 1995-11-16 1997-11-20 В.В. Иваненко Спеченный антифрикционный материал на основе медной стружки
WO2009017501A1 (en) * 2007-07-31 2009-02-05 Federal-Mogul Corporation Wear resistant lead free alloy bushing and method of making

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1831413A3 (ru) * 1989-07-18 1993-07-30 Lanxide Technology Co Ltd Cпocoб пoлучehия komпoзициohhoгo matepиaлa c metaлличeckoй matpицeй
RU2039110C1 (ru) * 1990-10-16 1995-07-09 Совместное советско-британское предприятие "Росбри Интернейшнл Лимитед" Спеченный антифрикционный материал на основе меди
RU2024639C1 (ru) * 1991-01-16 1994-12-15 Совместное советско-британское предприятие "Росбри Интернейшнл Лимитед" Спеченный антифрикционный материал на основе меди
RU94038081A (ru) * 1994-10-10 1997-02-27 Костромской технологический институт Антифрикционный порошковый материал на основе меди
RU95119327A (ru) * 1995-11-16 1997-11-20 В.В. Иваненко Спеченный антифрикционный материал на основе медной стружки
WO2009017501A1 (en) * 2007-07-31 2009-02-05 Federal-Mogul Corporation Wear resistant lead free alloy bushing and method of making

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US2155651A (en) Manufacture of aluminum alloys
US6468468B1 (en) Method for preparation of sintered parts from an aluminum sinter mixture
CN100371483C (zh) 塑性加工用铝合金及其制造方法
JP2017504717A (ja) 焼結部材の製造方法及び焼結部材
SE541758C2 (en) Iron-based alloy powder for powder metallurgy, and sinter-forged member
CN100432267C (zh) 一种高强镁基复合材料及其制备方法
JP2014019945A (ja) チタン合金及びその製造方法
US3694173A (en) Ferrous alloys
JP2546660B2 (ja) セラミックス分散強化型アルミニウム合金の製造方法
CN110983152B (zh) 一种Fe-Mn-Si-Cr-Ni基形状记忆合金及其制备方法
CN109777998A (zh) 一种高强高阻尼Mn-Cu基合金及其制备方法
RU2677166C1 (ru) Антифрикционный порошковый материал на основе меди и способ его получения
JP4397425B1 (ja) Ti粒子分散マグネシウム基複合材料の製造方法
GB2030598A (en) Method of manufacture of sintered parts
JPS5937339B2 (ja) 高ケイ素アルミニウム合金焼結体の製造方法
CN105483478B (zh) 一种高强铝合金的制备方法
JPS60131944A (ja) 超耐熱耐摩耗アルミニウム合金およびその製造用複合粉末
JPH04325648A (ja) アルミニウム焼結合金の製造方法
JP4008597B2 (ja) アルミニウム基複合材およびその製造方法
JP2509052B2 (ja) 窒素化合アルミニウム焼結合金及びその製造方法
JPH029099B2 (ru)
CN113798488A (zh) 铝基粉末冶金材料及其制备方法
CN104674073B (zh) 一种粉末冶金铝合金材料及其制备方法
JP2730284B2 (ja) Al―Si系合金焼結鍛造部材の製造法
JP4704720B2 (ja) 高温疲労特性に優れた耐熱性Al基合金