СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1995 года по МПК B22F3/12 C22C1/04 

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способу изготовления спеченных пористых материалов и изделий из них, и может быть использовано для изготовления порошковых металлических деталей втулок подшипников скольжения, фильтров и др.

Известны способы спекания материалов и изделий из металлических порошков, включающие приготовление шихты, прессование и спекание в режиме горения. Теплота спекания образуется благодаря экзотермическим реакциям взаимодействия порошков основы материала и порошков-инициаторов горения, воспламеняющих прессовку. Процесс воспламенения горения-спекания инициируется за счет воспламенения прессованного изделия путем локального его нагрева в месте соприкосновения с раскаленной электроспиралью, лучом светового генератора и т.п. Прессовка, как правило, горит в защитной газовой атмосфере, накачиваемой под давлением в газостат, или образуемой при сгорании воспламеняющих добавок. Чтобы уменьшить теплоотвод в окружающую среду, сконцентрировать необходимое для зажигания тепло, облегчить процесс воспламенения, иногда прессовку искусственно подогревают в реакторах горения (обогреваемые газостаты).

Недостаток известных способов узкая определяемость температур дополнительного подогрева указанные температуры относятся либо к конкретным веществам, либо недостаточны для более широкого класса воспламеняемых материалов. Локальный способ нагрева прессовки для воспламенения в реакторах горения с применением защитных, восстановительных сред слишком усложняет аппаратурное оформление технологического процесса в целом, даже по сравнению с обычными методами печного спекания.

Наиболее близким является способ спекания порошковых металлических изделий в режиме горения с использованием воспламеняющей добавки, образующей защитную газовую среду.

Цель изобретения упрощение способа изготовления порошковых металлических материалов и изделий на основе меди, никеля, кобальта, хрома, титана с воспламеняющими добавками металлов из группы алюминий, цирконий, магний, железо, титан, никель (одноименные добавки и основы взаимоисключаются).

Поставленная цель достигается за счет упрощения аппаратурного оформления процесса спекания указанных выше материалов с применением для воспламенения более простого метода подогрева с использованием общего интервала температур предварительного нагрева прессовок перед их воспламенением.

Сущность изобретения заключается в следующем. Ввиду того, что указанные выше материалы на основе меди, никеля, кобальта, хрома, титана являются жаростойкими, то их можно спекать в режиме горения в воздушной среде субмикротонкие защитные окисные пленки не препятствуют диффузионным процессам консолидации, спекания в контактах, о чем можно судить по прочности на сжатие, износостойкости по сравнению с материалами-аналогами, cпеченными в восстановительных, защитных средах. Это позволяет избавиться от осуществления режима горения в сложной аппаратуре реакторах горения, а производить процесс экзотермического спекания в камерах обычных печей, на воздухе. Нет нужды применять ненадежный локальный разогрев прессовки в одном месте гораздо проще вместо локального объемный разогрев прессовки в камере предварительно нагретой печи. Установлено, что все указанные выше материалы с добавками воспламеняются на воздухе при их нагреве в печи 600-1000^оС. При рекомендуемом количестве воспламенителей 5-20% при интервале нагрева 600-1000^оС прессовки в режиме горения-спекания не расплавляются, держат форму и размеры. В случае непредвиденных выбросов экзотермического тепла (что маловероятно процессы термодинамически управляемы) печь может автоматически отключаться при достижении предельно допустимой температуры. Так как речь идет преимущественно о спекании порошковых материалов триботехнического назначения, дальнейшее упрощение возможно за счет сброса горячих после спекания прессовок в масляную ванну, что совмещает, ускоряет операцию охлаждения-пропитки спеченных пористых изделий. Обычно детали после спекания медленно остывают, а потом нагреваются повторно в масляной ванне с целью пропитки маслом.

П р и м е р. Порошковую смесь оптимального химсостава смешивают в шаровой мельнице в течение 4 ч. Из готовой шихты при усилиях прессования 5 т/см² прессуют цилиндры размером 10х15 мм, затем помещают в нагретую до температуры 900^оС печь с воздушной атмосферой. По истечении 2-3 мин процессы спекания в режиме горения заканчиваются, что можно видеть по уравнению интенсивности светового фона прессовки и камеры печи, после чего раскаленные образцы сбрасываются в масляную ванну для охлаждения закалки, пропитки в масле. Спеченные образцы испытывались на трение и изнашивание при нагрузках 2-20 МПа, при скорости скольжения 1 м/с в режиме самосмазывания (смазка пары трения за счет масла, выступающего из пор спеченного материала после пропитки).

Предлагаемый способ может быть использован на любом металлообрабатывающем предприятии, имеющем кузнечно-прессовый и термический участки.

Использование: для изготовления спеченных пористых материалов на основе меди, никеля, титана, хрома, кобальта для деталей типа втулок подшипников скольжения, фильтров и т.п. Поставленная цель достигается за счет упрощения приемов воспламенения прессовок путем их объемного разогрева в камере печи, в воздушной среде, с предварительным разогревом прессовки до воспламенения в оптимальных пределах температур, а также за счет совмещения операций охлаждения и пропитки в масле. Способ может быть осуществлен на любом металлообрабатывающем предприятии, имеющем кузнечно-прессовый и термический участки. 5 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ, включающий приготовление шихты из порошков на основе меди, или никеля, или титана, или хрома, или кобальта с добавками, прессование, нагрев и спекание в режиме горения, отличающийся тем, что в качестве добавки вводят металлы, выбранные из группы алюминий, цирконий, титан, свинец, железо, хром, никель, нагрев до воспламенения проводят в предварительно нагретой камере печи, а после спекания осуществляют пропитку маслом. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что добавку металлов вводят в количестве 5 20 мас. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительный нагрев камеры печи осуществляют до 550 900^oС. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что спекание проводят в воздушной среде. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после спекания проводят закалку в масле. 6. Способ по пп. 1 и 5, отличающийся тем, что закалку и пропитку проводят одновременно путем погружения спеченного материала после завершения горения в масляную ванну.