SU1759934A1

SU1759934A1 - Method of producing cast iron base composite antifriction material

Info

Publication number: SU1759934A1
Application number: SU894747564A
Authority: SU
Inventors: Андрей Петрович Мириленко; Валентина Васильевна Можаровская; Илья Меерович Пикус; Сергей Васильевич Попко; Сергей Федорович Прежин
Original assignee: Белорусское республиканское научно-производственное объединение порошковой металлургии
Priority date: 1989-10-09
Filing date: 1989-10-09
Publication date: 1992-09-07

Abstract

Сущность изобретени : способ включает подготовку порошковой шихты из чугуна и медьсодержащей добавки, прессование и спекание. При этом в качестве медьсодержащей добавки используют фосфористую медь. Подготовку шихты провод т совместным расплавлением чугуна и фосфористой меди и распылением расплава после сегрегации его компонентов в виде медно-фосфористых гранул с включени ми чугуна при отношении размера гранул к размеру включений, равном 3-8. 1 табл.SUMMARY OF THE INVENTION: The method includes the preparation of a powder mixture of cast iron and a copper-containing additive, pressing and sintering. At the same time, phosphorous copper is used as a copper-containing additive. Preparation of the charge is carried out by joint melting of cast iron and phosphorous copper and spraying the melt after segregation of its components in the form of copper-phosphorous granules with inclusions of cast iron with a ratio of the size of the granules to the size of the inclusions equal to 3-8. 1 tab.

Description

Изобретение относитс к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов, которые могут быть использованы в т желонагруженных узлах трени .This invention relates to powder metallurgy, in particular to the production of composite materials that can be used in heavy duty friction units.

Известен способ получени композиционного материала на основе железа (см. а.с. СССР N 912767 М кл3 С 22 с 38/16. С 22 /с 33/02, F 16 с 33/12), включающий смешивание гранул чугуна с железным порошком, прессование, вакуумное спекание с пропиткой смесью порошков меди , кремни и марганца, закалку о масле и отпуск.A known method for producing a composite material based on iron (see A.S. USSR N 912767 M cl3 C 22 s 38/16. C 22 / s 33/02, F 16 s 33/12), which involves mixing of iron granules with iron powder , pressing, vacuum sintering with impregnation with a mixture of copper, silicon and manganese powders, oil quenching and tempering.

Недостатком данного способа вл етс необходимость использовани сложного технологического оборудовани , невозможность достижени высокого процентного содержани включений чугуна и невысока несуща способность.The disadvantage of this method is the need to use complex technological equipment, the impossibility of achieving a high percentage of inclusions of cast iron and low carrying capacity.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу вл етс способ изготовлени спеченных прессовок (Япони , а.з. 58-10459 МКМ: С 22 с 33/02,The closest in technical essence to the proposed method is a method of manufacturing sintered compacts (Japan, as. 58-10459 MKM: C 22 s 33/02,

В 22 F 3/12, С 22 с 33/08), включающий смешивание медного порошка (2%) с литейным чугуном, прессование и спекание.B 22 F 3/12, C 22 C 33/08), which includes mixing copper powder (2%) with cast iron, pressing and sintering.

Однако слаба адгези медной матрицы к включени м чугуна после спекани из-за ограниченной растворимости меди в железе в случае использовани крупнодисперсных включений, характерных дл макрогетеро- генных материалов, используемых дл работы в особо жестких услови х, приводит к выкрашиванию включений при мехобработ- ке.However, the weak adhesion of the copper matrix to the incorporation of pig iron after sintering due to the limited solubility of copper in iron in the case of using coarse-dispersed inclusions characteristic of macroheterogeneous materials used for working under particularly harsh conditions leads to chipping of inclusions during machining.

Целью изобретени вл етс повышение несущей способности материала и его качества за счет предотвращени выкрашивани включений чугуна.The aim of the invention is to increase the carrying capacity of the material and its quality by preventing chipping of pig iron inclusions.

Дл этого исходную порошковую композицию формируют в виде сплошных медно- фосфористых гранул с распределенными в них крупнодисперсными включени ми чугуна при отношении размера гранул к размеру включений 3-8, причем в качестве медьсодержащей добавки используют фосфористую медь.For this, the initial powder composition is formed in the form of solid copper-phosphorous granules with coarse-dispersed pig iron distributed in them with the ratio of granule size to the size of inclusions 3-8, with phosphorous copper being used as the copper-containing additive.

шsh

GOGO

При формировании гранулы обеспечиваетс получение полукогерентной границы между медно-фосфористой матрицей и включением чугуна, следствием его вл етс высока прочность сцеплени между ними. При последующих прессовании и спекании прочность композиционного материала определ етс взаимодействием гранул по внешним медно-фосфористым границам.When a granule is formed, a semi-coherent border is obtained between the copper-phosphorous matrix and the inclusion of cast iron, which results in a high adhesion strength between them. On subsequent pressing and sintering, the strength of the composite material is determined by the interaction of the granules along the outer copper-phosphorous boundaries.

Способ осуществл ют следующим образом .The method is carried out as follows.

Исходную порошковую композицию получают в виде сплошных гранул путем распылени совместно расплавленных чугуна и фосфористой меди с обеспечением сегрегации компонентов. Размеры включений определ ютс сегрегацией фаз, котора начинаетс после выключени индукционного нагрева, диспергирующего расплав. Кроме того, на процессы сегрегации вчи юг врем выдержки расплава, температура перегрева расплава, рассто ние от сопла до ванны с водой, давление распыл ющего газа. Затем осуществл ют прессование и спекание. При содержании чугуна до 40% прессование может быт ь осуществлено статическими методами. При содержании включений более 40% резко ухудшаетс прессуемосгь материала. В этом случае целесообразно применение взрывного прессовани . В контейнер помещают прессуемые гранулы, герметизируют контейнер, устанавливают зар д взрывчатого вещества, средства подрыва и производ т взрывное прессование. Затем осуществл ют спекание и механическую обработку заготовок,The initial powder composition is obtained in the form of solid granules by spraying jointly molten iron and phosphorous copper, ensuring the segregation of the components. The size of the inclusions is determined by the segregation of the phases, which begins after the induction heating, the dispersing melt, is turned off. In addition, for segregation processes, such as the melt holding time, the temperature of overheating of the melt, the distance from the nozzle to the bath with water, and the pressure of the sputtering gas. Then pressing and sintering are carried out. With a cast iron content of up to 40%, extrusion can be carried out by static methods. When the content of inclusions is more than 40%, the material being pressed is sharply deteriorated. In this case, it is advisable to use explosive pressing. Pressable granules are placed in the container, the container is sealed, the explosive charge and explosives are set, and explosive pressing is performed. Then sintering and machining of the blanks is carried out,

В качестве медьсодержащей добавки используют фосфористую медь. Это св зано с тем, что введение фосфора, повышающего жидкотекучесть расплава, позвол ет получать гранулы порошка размером 200- 1000 мкм, в то врем как расплавление состава Fe-Cu-Cr-C, несодержащего фосфора, затруднено, и из-за высокой в зкости расплава выход фракций 200 -1000 мкм не превышает 30%.Phosphor copper is used as a copper-containing additive. This is due to the fact that the introduction of phosphorus, which increases the fluidity of the melt, makes it possible to obtain granules of a powder with a size of 200-1000 microns, while the melting of the composition of Fe-Cu-Cr-C, which does not contain phosphorus, is difficult, and because of the high melt viscosity yield of fractions 200-1000 microns does not exceed 30%.

Пределы отношени размеров гранул к размеру включений определ ютс экспериментально и объ сн ютс тем, что при отношении , меньшем 3, гранула содержит 2-3 включени чугуна и недостаточно деформируетс при прессовании, что приводит к понижению механической прочности и выкрашиванию материала при обработке резанием. При отношении размера гранул к размеру включений, большем 8, ухудшаютс триботехнические свойства износостойкого композиционного материала, в частности уменьшаетс несуща способность , Это можно объ снить тем, что мелкие включени вдавливаютс в матрицу под действием больших нагрузок, крупные включени распредел ют напр жени вThe limits of the ratio of the size of the granules to the size of the inclusions are determined experimentally and are explained by the fact that at a ratio of less than 3, the granule contains 2-3 inclusions of cast iron and is not sufficiently deformed during pressing, which leads to a decrease in mechanical strength and chipping of the material during machining. When the ratio of the granule size to the size of the inclusions is greater than 8, the tribotechnical properties of the wear-resistant composite material deteriorate, in particular, the carrying capacity decreases. This can be explained by the fact that small inclusions are pressed into the matrix under the action of large loads, large inclusions distribute stresses in

слое, толщина которого соизмерима с размером включений.a layer whose thickness is commensurate with the size of the inclusions.

Пример. Получение порошка осуществл лось на-установке УТР-10. Композиционные гранулы изготавливали изExample. The preparation of the powder was carried out on the UTR-10 installation. Composite granules were made from

0 расплава, полученного совместным плавлением 70 мае.ч, чугуна (Сг 10%, С 30, Fe остальное ) и 30 мае.ч. фосфористой меди (6% Р). Распыление проводилось после сегрегации компонентов через сопло диамет5 ром 6 мм под углом 25° воздухом при давлении 4 атм. Средний размер гранул составил 800 мкм. Варьированием технологических режимов были получены гранулы со средним размером включений чугуна 80,0 melt obtained by joint melting of 70 mach. H, cast iron (Cr 10%, C 30, Fe else) and 30 mach. H. phosphorous copper (6% P). Spraying was carried out after segregation of components through a nozzle with a diameter of 6 mm at an angle of 25 ° with air at a pressure of 4 atm. The average granule size was 800 microns. By varying the technological regimes, granules were obtained with an average size of inclusions of cast iron of 80,

0 100, 160, 270, 400 мкм, что соответствует отношени м размера гранул к размерам включений 10, 8, 5, 3, 2.0 100, 160, 270, 400 microns, which corresponds to the ratios of the size of the granules to the sizes of inclusions 10, 8, 5, 3, 2.

Размер включений определ ли на автоматическом анализаторе изображени The size of the inclusions was determined on an automatic image analyzer.

5 Квантимет-720 по методике Определение гранулометрического состаьа порошков .5 Quanimet-720 by the method of determination of the particle size distribution of powders.

В контейнер, изготовленный из листовой стали толщиной 2 мм, с внутреннимиIn a container made of sheet steel with a thickness of 2 mm, with internal

0 размерами 55 х 35 х 12 мм помещали полученные гранулы и закрывали его сверху стальным пуансоном толщиной 1 мм. На пуансон помещали плоский зар д ВВ (аммонита № 6ЖВ) толщиной 35 мм, средства0 with dimensions of 55 x 35 x 12 mm were placed the obtained granules and closed it on top of a steel punch with a thickness of 1 mm. On the punch were placed flat charge of explosives (ammonite No. 6 ЖВ) 35 mm thick, means

5 подрыва и производили взрывное прессование . Полученные прессовки спекали в диссоциированном аммиаке при 890°С в течение 2 ч. Затем осуществл ли механическую обработку (фрезерование) поверхно0 сти пластин. Наличие выкрашивани включений определ ли визуально5 explosions and produced explosive pressing. The resulting compacts were sintered in dissociated ammonia at 890 ° C for 2 hours. Then, the surface of the plates was machined (milled). The presence of chipping inclusions determined visually

П р и м е р 2, Образцы по прототипу были получены из шихты, содержащей 30% медного порошка со средним размером ча5 стиц 50 мкм и 70% серого чугуна (3% С) со средним размером частиц 160 мкм.EXAMPLE 2 Prototype samples were obtained from a mixture containing 30% copper powder with an average particle size of 50 μm and 70% gray iron (3% C) with an average particle size of 160 μm.

Затем использовали последовательность операций, приведенную в описании, соблюда те же услови прессовани и спе0 кани , что и в предлагаемом способеThen, the sequence of operations described in the description was used, the same conditions of pressing and speci ﬁ cation were observed as in the proposed method.

ПримерЗ. При соблюдении таких же технологических режимов по примеру 2 были также получены заготовки, химический состав которых аналогичен химическомуExample With the same technological regimes of example 2, billets were also obtained, the chemical composition of which is similar to chemical

5 составу заготовок в предлагаемом способе: исходна шихта 70 мае.ч. чугуна (Сг 10%, С 3%, Fe остальное) со средним размером ча- сгиц 160 мкм и 30 мае ч. порошка фосфористой меди (6% Р) со средним размером частиц 50 мкм.5 the composition of the blanks in the proposed method: the initial mixture of 70 wt.h. pig iron (Cr 10%, C 3%, Fe else) with an average particle size of 160 μm and 30 May of phosphorous copper powder (6% P) with an average particle size of 50 μm.

Несуща способность определ лась на машине трени МТ-3 по трехпзльчиковой схеме при капельной смазке и скорости скольжени 3,4 м/с. Результаты экспериментов сведены в таблицу.The bearing capacity was determined on the MT-3 friction machine using a three-loader scheme with drip lubrication and a sliding speed of 3.4 m / s. The results of the experiments are summarized in the table.

Из таблицы видно, что выкрашивание включений чугуна из матрицы приводит к снижению несущей способности (опыт 7) или невозможности ее определени (опыты 1,6).From the table it can be seen that chipping of inclusions of iron from the matrix leads to a decrease in the carrying capacity (experiment 7) or the impossibility of its determination (experiments 1.6).

Таким образом, экспериментально установлено , что использование предлагаемого способа приводит по сравнению с прототипом (он же базовый объект) к повышению качества изделий за счет исключени выкрашивани включений при механической обработке и несущей способности материала .Thus, it has been established experimentally that the use of the proposed method leads, as compared with the prototype (also known as the basic object), to an increase in the quality of products by eliminating the chipping of inclusions during mechanical processing and the carrying capacity of the material.

Claims

The invention The method of obtaining an antifriction composite material based on cast iron, including the preparation of the mixture of

iron and copper-containing additives, pressing and sintering, characterized in that, in order to increase the carrying capacity of the material and its quality by preventing chipping inclusions

iron, copper phosphate is used as a copper-containing additive, and preparation of the charge is carried out by joint melting of iron and copper phosphorous and spraying the melt after segregation

its components are in the form of copper-phosphorous granules with inclusions of cast iron with a ratio of the size of the granules to the size of inclusions equal to 3-8.