RU2760688C1 - Способ изготовления заготовок из антифрикционной бронзы литьем с последующей экструзией - Google Patents
Способ изготовления заготовок из антифрикционной бронзы литьем с последующей экструзией Download PDFInfo
- Publication number
- RU2760688C1 RU2760688C1 RU2021116847A RU2021116847A RU2760688C1 RU 2760688 C1 RU2760688 C1 RU 2760688C1 RU 2021116847 A RU2021116847 A RU 2021116847A RU 2021116847 A RU2021116847 A RU 2021116847A RU 2760688 C1 RU2760688 C1 RU 2760688C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- billets
- casting
- cast
- bronze
- blanks
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
- B21C23/02—Making uncoated products
- B21C23/04—Making uncoated products by direct extrusion
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
Abstract
Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к получению литых заготовок из антифрикционных оловянно-свинцовых бронз типа БрО10С2Н3. Осуществляют экструдирование заготовок на вертикальном или горизонтальном гидравлическом прессе методом прямого прессования со скоростью 1-5 мм/с через матрицу, обеспечивающую степень обжатия от 2 до 10, с использованием метода горячей экструзии. Заготовки без предварительной термической обработки нагревают до 500-600°С, а матрицу - до 450-550°С. Изобретение позволяет получить свободные от рыхлот и пористости заготовки из антифрикционной бронзы для диффузионной сварки со сталью, при этом значительно измельчаются структурные составляющие сплава и повышается равномерность распределения эвтектических выделений и плотность заготовки. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Область техники
Способ относится к области металлургии цветных металлов, в частности к способам получения литых заготовок из антифрикционных оловянно-свинцовых бронз типа БрО10С2Н3, предназначенных для диффузионной сварки со сталью, для создания узлов трения средней нагрузки и скоростей скольжения.
Уровень техники
Одним из способов изготовления антифрикционных пар сталь-бронза является диффузионная сварка. По сравнению с другими методами она обладает рядом преимуществ: возможностью сваривать готовые изделия, прошедшие термообработку, минимизацией воздействия на микроструктуру свариваемых материалов, низкими термическими напряжениями. Для лучшего протекания диффузионных процессов необходимо высокое качество подготовки поверхности свариваемых материалов.
Известен способ получения бронзовых заготовок для диффузионной сварки методами наполнительного литья (Белов В.Д., Герасименко Е.А., Гусева В.В., Коновалов А.Н. Влияние условий затвердевания заготовок из оловянистой бронзы БрО10С2Н3 на её структуру // Литейное производство. 2016. № 2. С. 26-33). При наполнительном литье оловянных бронз наблюдается зональная ликвация, приводящая к тому, что содержание олова в центре слитка ниже, чем среднее содержание в сплаве, а вблизи его поверхности выше, чем среднее содержание. Причины этого заключаются в конвекции, питании объёмной усадки и осаждении зёрен. Также проблемой является неоднородное распределение свинца, связанное с гравитационной ликвацией.
Недостатками данного способа является усадочная пористость по всему объему слитка из-за широкого интервала кристаллизации сплава БРО10С2Н3. Для снижения пористости необходимо увеличить скорость охлаждения при затвердевании и обеспечить направленное затвердевание.
Также известен способ получения оловянно-свинцовых бронз (SU 1502646 A1, 06.08.1987), включающий расплавление шихты, перемешивание расплава и вытягивание заготовки, отличающийся тем, что с целью повышения механических свойств за счет улучшения распределения олова и свинца в сплаве и его структуры, в расплав дополнительно вводят 0,05-0,1 мас.% церия и 0,01-0,03 мас.% циркония при температуре расплава 1120-1150°С.
Недостатками данного способа является необходимость использования дорогостоящих добавок церия и циркония, а также возможное формирование усадочной пористости, зональная ликвация олова, образование трещин и газовых пор.
Наиболее близким к заявляемому способу является поддающийся механической обработке сплав на основе меди и способ его производства (RU 2348720 С2, 05.04.2004) (прототип), который включает способ, с помощью которого заготовку получают непрерывным литьем с последующей ковкой или заливкой в форму, или распылительным формованием, или полунепрерывным литьем с последующей экструзией.
Недостатками данного способа является необходимость термической обработки заготовки гомогенизацией при температуре существования однофазной структуры с охлаждением со скоростью, обеспечивающей предотвращение растрескивания и ограничение образования двухфазной структуры. Сплавы типа БРО10С2Н3 практически плохо поддаются пластической деформации из-за чего их используют в литом состоянии.
Сущность изобретения
Технической задачей предлагаемого способа является получение плотных экструдированных заготовок из бронз типа БрО10С2Н3 с минимальным количеством дефектов, высокими механическими и трибологическими свойствами и минимальными материальными затратами без вносения изменения в состав сплава.
Поставленная задача решалась подбором режимов горячего экструдирования этих заготовок без предварительной термической обработки. Недостатком антифрикционной бронзы типа БрО10С2Н3 является очень плохая деформируемость из-за невозможности нагрева до температуры близкой к температуре плавления медного твердого раствора за счет присутствия в структуре легкоплавких включений свинца. В силу этого деформация должна проводиться при относительно низкой температуре. Сравнительное изучение поведения бронз различного состава показало, что прямой связи между механическими свойствами сплава, такими как твёрдость, прочность и относительное удлинение, с износостойкостью нет. На износостойкость влияют морфология и размер структурных составляющих в бронзе. Поэтому отсутствие предварительной термической обработки перед диффузионной сваркой со сталью также объясняется необходимостью предотвратить растворение включений интерметаллических фаз, обеспечивающих трибологические свойства сплава. Предлагается изготавливать бронзовые заготовки методом горячей экструзии для обеспечения получения мелкозернистой структуры с включениями интерметаллидов и свинцовой фазы, снижения пористости и повышения механических и трибологических свойств. Наличие текстуры в экструдированных заготовках должно положительно повлиять на их трибологические свойства.
Техническим результатом является получение свободных от рыхлот и пористости заготовок из антифрикционной бронзы типа БрО10С2Н3 для диффузионной сварки со сталью, при котором значительно (по сравнению с заготовками, полученными наполнительным и непрерывным литьем) измельчаются структурные составляющие сплава и повышается равномерность распределения эвтектических выделений и плотность заготовки.
Технический результат достигается экструдированием заготовок на вертикальном или горизонтальном гидравлическом прессе методом прямого прессования со скоростью 1-5 мм/с через матрицу, обеспечивающую степень обжатия от 2 до 10, с использованием метода горячей экструзии. Заготовки без предварительной термической обработки нагревались до 500-600°С, а матрица до 450-550°С. После экструзии микроструктура сплавов состоит из медного твёрдого раствора (Cu), интерметаллидной фазы γ-Cu3Sn и твёрдого раствора на основе свинца (Pb).
Сущность изобретения заключается в следующем.
Литую заготовку в виде цилиндра вытачивают из слитка антифрикционной бронзы, полученного методом непрерывного или наполнительного литья. При этом, если заготовку отливают методом наполнительного литья, важно, чтобы ее формирование происходило в условиях направленной кристаллизации, для чего литье осуществляют в форму с водоохлаждаемым днищем и подогреваемыми боковыми стенками формы, причем их температура в процессе литья находится в интервале от температуры солидус заливаемой бронзы до температуры солидус минус 300°С.
Диаметр и высота заготовки определятся размерами используемой камеры прессования. После этого заготовку нагревают до температуры 500-600°С и помещают в разогретую до температуры 450-550°С камеру прессования гидравлического пресса. Предлагаемые температурные режимы нагрева заготовки и камеры прессования препятствуют образованию прослоек жидкой фазы между зернами твердого раствора на основе меди (Cu), что приводит к межкристаллитному растрескиванию заготовок в процессе деформации. Экструзию проводят методом прямого прессования со скоростью 1-5 мм/с через матрицу, обеспечивающую степень обжатия от 2 до 10. Такая медленная скорость прессования способствует пластической деформации металла и препятствует появлению трещин на поверхности прутка. Также в процессе деформации исчезает пористость, характерная для литого металла. После экструдирования полученный пруток остужают на воздухе и режут на необходимые мерные заготовки. Дополнительной термообработке до диффузионной сварки со сталью сплав не подвергается. Из-за малого времени нагрева фазовый состав сплава не изменяется, что приводит к сохранению необходимого количества эвтектических фаз в структуре. Предлагаемый способ позволяет получить однородную мелкозернистую микроструктуру с диспергированными частицами интерметаллических фаз и свинца, имеющую ярко выраженную текстуру, без заметной пористости или ликвации компонентов.
Отличием предлагаемого способа от прототипа является получение плотных заготовок, свободных от пор и рыхлот для диффузионной сваркой со сталью с измельченной микроструктурой и высокими механическими и трибологическими свойствами.
Осуществление изобретения
В качестве шихты для приготовления бронзы БрО10С2Н3 (ОСТ 1 90054-72) использовали медь М1, олово О1пч, цинк Ц1 и никель Н1. Для удобства введения никеля готовили лигатуру Cu-10 % мас. Ni. Плавку вели в высокочастотной индукционной печи в графитошамотном тигле под покровом графитового боя. Получали слитки методом наполнительного литья для последующего прессования, для этого расплав при температуре 1100°С заливали в изложницы из стали. После заливки заготовки механически обрабатывались до необходимых размеров. Диаметр и высота заготовок под прессование составляли 50 и 150 мм соответственно. Экструзия проводилась на вертикальном гидравлическом прессе с максимальным усилием 300 тс методом прямого прессования. Слитки нагревались до температуры 600°С, а матрица до 530°С. Прессование осуществлялось со скоростью 2 мм/с через матрицу диаметром 20 мм со степенью обжатия 6. Твердость получаемых методом горячей экструзии при 600°С заготовок составляет 152 НВ, предел прочности σB = 446 МПа, предел текучести σ0,2 = 405 МПа и относительное удлинение δ = 8,4 %. Интенсивность изнашивания составляет 0,11×10-6 и коэффициент трения ~ 0,02. Средний размер зерна в образце, полученном методом горячей экструзии, меньше, чем в слитках, полученных наполнительным и непрерывным литьем, и составляет 1,6-1,8 мкм. Доля интерметаллидной фазы γ-Cu3Sn составила порядка 7,7 об. %, доля частиц свинца составила порядка 2 об.%.
Описание иллюстраций
Изобретение поясняется чертежом, где на Фиг. 1 схематически представлена реализация способа изготовления бронзовых антифрикционных заготовок методом горячей экструзии, при котором нагретая до температуры прессования литая заготовка (1), которой путем механической обработки придана форма цилиндра с диаметром соответствующим диаметру внутренней полости камеры прессования (2), помещается внутрь камеры прессования и подвергается давлению со стороны пуансона (3), который движется сверху вниз, при этом литая заготовка деформируется через отверстие матрицы (4) и полученная заготовка (5) опускается вниз, где подвергается разделению на заготовки необходимой длины. На Фиг.2 показана получаемая в результате горячей экструзии структура сплава в плоскости параллельной направлению прессования. На Фиг.3 показана получаемая в результате горячей экструзии структура сплава в плоскости перпендикулярной направлению прессования. Структура сплава состоит из медного твердого раствора (Cu), в котором диспергированы частицы интерметаллидной фазы γ-Cu3Sn и твёрдого раствора на основе свинца (Pb).
Claims (5)
1. Способ изготовления заготовок из антифрикционной бронзы литьем с последующей экструзией, отличающийся тем, что заготовки получают горячим экструдированием литых заготовок без предварительной термической обработки, но нагретых до температуры 500-600°С непосредственно перед помещением в разогретую до температуры 450-550°С камеру прессования, при этом предотвращение растрескивания заготовки обеспечивают скоростью прессования 1-5 мм/с через матрицу, обеспечивающую степень обжатия от 2 до 10.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве заготовок для горячего экструдирования используют литые заготовки, полученные методом непрерывного литья.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве заготовок для горячего экструдирования используют литые заготовки, полученные методом наполнительного литья.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что литую заготовку для горячего экструдирования формируют методом литья в металлической форме с водоохлаждаемым днищем и подогреваемыми боковыми стенками формы, причем их температура в процессе литья находится в интервале от температуры солидус заливаемой бронзы до температуры солидус минус 300°С.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для экструдирования заготовок используют горизонтальный или вертикальный пресс.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021116847A RU2760688C1 (ru) | 2021-06-10 | 2021-06-10 | Способ изготовления заготовок из антифрикционной бронзы литьем с последующей экструзией |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021116847A RU2760688C1 (ru) | 2021-06-10 | 2021-06-10 | Способ изготовления заготовок из антифрикционной бронзы литьем с последующей экструзией |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2760688C1 true RU2760688C1 (ru) | 2021-11-29 |
Family
ID=79174053
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021116847A RU2760688C1 (ru) | 2021-06-10 | 2021-06-10 | Способ изготовления заготовок из антифрикционной бронзы литьем с последующей экструзией |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2760688C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2778039C1 (ru) * | 2021-12-03 | 2022-08-12 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ модифицирования структуры литых заготовок из антифрикционной бронзы для диффузионной сварки со сталью (варианты) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1502646A1 (ru) * | 1987-08-06 | 1989-08-23 | Предприятие П/Я М-5880 | Способ получени олов нно-свинцовых бронз |
JPH02129328A (ja) * | 1988-11-09 | 1990-05-17 | Nishidai Densen Kogyo Kk | 快削性スピノーダル銅合金 |
SU1713745A1 (ru) * | 1989-03-21 | 1992-02-23 | Ереванский политехнический институт им.К.Маркса | Способ изготовлени длинномерных биметаллических изделий |
JPH08283889A (ja) * | 1995-04-14 | 1996-10-29 | Chuetsu Gokin Chuko Kk | 高強度・高硬度銅合金 |
RU2348720C2 (ru) * | 2004-04-05 | 2009-03-10 | Свиссметал-Юмс Юзин Металлюржик Сюисс Са | Поддающийся механической обработке сплав на основе меди и способ его производства |
-
2021
- 2021-06-10 RU RU2021116847A patent/RU2760688C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1502646A1 (ru) * | 1987-08-06 | 1989-08-23 | Предприятие П/Я М-5880 | Способ получени олов нно-свинцовых бронз |
JPH02129328A (ja) * | 1988-11-09 | 1990-05-17 | Nishidai Densen Kogyo Kk | 快削性スピノーダル銅合金 |
SU1713745A1 (ru) * | 1989-03-21 | 1992-02-23 | Ереванский политехнический институт им.К.Маркса | Способ изготовлени длинномерных биметаллических изделий |
JPH08283889A (ja) * | 1995-04-14 | 1996-10-29 | Chuetsu Gokin Chuko Kk | 高強度・高硬度銅合金 |
RU2348720C2 (ru) * | 2004-04-05 | 2009-03-10 | Свиссметал-Юмс Юзин Металлюржик Сюисс Са | Поддающийся механической обработке сплав на основе меди и способ его производства |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2778039C1 (ru) * | 2021-12-03 | 2022-08-12 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ модифицирования структуры литых заготовок из антифрикционной бронзы для диффузионной сварки со сталью (варианты) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kiuchi et al. | Mushy/semi-solid metal forming technology–Present and Future | |
Maleki et al. | Effects of squeeze casting parameters on density, macrostructure and hardness of LM13 alloy | |
CN103451583B (zh) | 生产飞机机翼长桁用型材的方法 | |
CN1969051B (zh) | 铜合金铸造用中间合金及其铸造方法 | |
US5979534A (en) | Die casting method | |
JP5027844B2 (ja) | アルミニウム合金成形品の製造方法 | |
GUO et al. | Effects of rheoforming on microstructures and mechanical properties of 7075 wrought aluminum alloy | |
Li et al. | Effect of specific pressure on microstructure and mechanical properties of squeeze casting ZA27 alloy | |
JP4359231B2 (ja) | アルミニウム合金成形品の製造方法、およびアルミニウム合金成形品 | |
US4869751A (en) | Thermomechanical processing of rapidly solidified high temperature al-base alloys | |
CN104942271A (zh) | 一种铍铝合金板材及其制备方法 | |
JPH0967635A (ja) | 強度と靱性に優れた高圧鋳造によるアルミニウム合金鋳物とその製造方法 | |
EP0015934B1 (en) | Method of hot pressing particulates | |
RU2760688C1 (ru) | Способ изготовления заготовок из антифрикционной бронзы литьем с последующей экструзией | |
El-Bahloul et al. | Copper-zinc-lead alloys, common defects through production stages and remedy methods | |
US6500284B1 (en) | Processes for continuously producing fine grained metal compositions and for semi-solid forming of shaped articles | |
US20030185701A1 (en) | Process for the production of Al-Fe-V-Si alloys | |
CN110527881B (zh) | 一种快速凝固高性能高锌含量Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金及其制备方法 | |
CN107199321A (zh) | 一种时变控制半固态成形工艺 | |
CN106623938A (zh) | 一种超硬铝锂合金的喷射成形装置 | |
JP2002505375A (ja) | 滑り軸受アルミニウム合金の連続鋳造物の製造方法及び連続鋳造物 | |
CN104694782A (zh) | 一种高强高韧耐磨挤压锌合金的制备方法 | |
Soundararajan et al. | Effect of squeeze casting process parameters on surface roughness of A413 alloy and A413-B4C composites | |
RU2778039C1 (ru) | Способ модифицирования структуры литых заготовок из антифрикционной бронзы для диффузионной сварки со сталью (варианты) | |
RU2762956C1 (ru) | Способ изготовления литых заготовок из антифрикционной бронзы |