Способ изготовления биметаллических изделий из железа и меди Советский патент 1988 года по МПК B22F7/00 B22F3/20 

4 .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления спеченных биметаллических изделий из железа и меди.

Целью изобретения является повышение прочности сцепления.

Способ осуществляют следующим образом

На гидравлическом«прессе произво- дят статическое холодное прессование втулки диаметром 30 мм из железного порошка Щ4М под давлением 150 МПа до упора в статическое холодное прессование стержня диаметром 10 мм под давлением 150 МПа из смеси медного порошка ПМС-1 и кварцевого песка (5-12% от объема медного порошка . до пористости (20%,

Высота втулки и стержня Н 30 мм Горячую обработку сборной заготовки ведут по, следующему режиму; температура нагрева 900-1000°С, продолжительность нагрева 0,5 ч. Пористость после горячей обработки состав ных частей сборной заготовки: стер- жень 3-7%,; втулка практически беспористая. При таком сочетании пористости температурный коэффициент линейного расширения (т.к,л.р.) втул ки и стержня практически равны.

Прочность сцепления полученного биметалла железо-медь после термо- циклирования до 700-800°С составляет 270-290 Ша, Микроструктурный ана- ЛИЗ переходной зоны показывает, что трещины или расслоения отсутствуют и разрушение происходит по меди, обеспечивая максимальную прочность сцепления (см. таблицу).

Без добавки кварцевого песка или какого-либо другого материала нельзя добиться наличия остаточной пористости в медном элементе биметалла, так как изделие после прессо- вания подвергается горячей обработке давлением, в частности экструзии, в процессе которой пористые элементы биметалла будут уплотняться до беспористого состояния одновременно. На личие же кварцевого песка, имеющего крайне низкий температурный коэффициент линейного раоширения (т.к.л.р до температуры 1000°С ( оС 0,4 - 0,5 10 ), создает в объеме элемента изделия микрообъемы, которые могут считаться порами, так как практически не изменяют свои размеры и не деформируются (плавятся).

Таким образом, наличие 5-12 мае. кварцевого песка создает условия для получения остаточной пористости в медном элемен-це биметалла в размере 3-7%, что влияет на т.к.л.р. - снижает его значение. Функция кварцевого песка - создание остаточной пористости, которая, в свою очередь, снижает т.к.л,р.

При содержании кварцевого песка в медном стержне меньше 5% (пористость П 2-3%) (т.к.л.р.) медного стержня равен 23, . При термическом воздействии (термоцик- лирование при 700-800°С) ввиду большой разницы в т.к.л.р. медного стержня и железной втулки ((fs 17,0 град ), происходит трещинооб- разование в переходной, зоне и практически ее разрушение.

При среднем содержании кварцевого песка в медном стержне (8%) пористость стержня равна (П 6-7% и т.к.л.р, медного стержня и железной втулки практически равны оС (л 17,5 ОО град- 5 17,0x10 град . При термическом воздействии (термо- циклирование при 700-800 С) ввиду практического равенства т.к.л.р, стержня в ,втулки снижение прочности сцепления слоев биметалла Fe-Cu незначительное: от 300-320 (в исходном состоянии) до 270-290 МПа (после термоциклирования),

При содержании кварцевого песка в медном стержне больше 12% (пористость медного стержня более 10%) т.к.л.р, равен 19,0-20,010 град , Т.к.л.р. беспористой железной втулки (П 0%) , равен 17,0-10 град , т,ё, опять имеется разница т.к.л.р, (хотя и не такая большая, как в случае с содержанием кварцевого песка меньше 5%), При термическом воздействии (термоциклирование при 700- ) прочность сцепления снижается значительно по сравнению с оптимальным содержанием кварцевого песка и составляет 180-190 МПа. Наряду с низким значением прочности сцепления слоев биметалла его механическая обработка затруднена из-за значительной по1)истости медного стержня (более 10% ),

Кварцевый песок добавляется в медный элемент биметалла, т.к.л.р, которого очень высок (для достижения остаточной пористости и соответственно сн11жения значения т.к.л.р.) и который необходимо снизить и довести до уровня значения т,к,л.р. материала второго элемента биметалла железа, который находится в беспористом состоянии.

, Одновременно введение кварцевого песка в медный порошок может повысить прочностные свойства биметалли- ческого элемента в результате дисперсионного упрочнения.

В качестве вводи1 ого в медный порошок соединения, имеющего высокую температуру плавления, минимально

низкий т.к.л.р. и не взаимодействующего с материалом основы, можно использовать также графитовый порошок

Использование предлагаемого способа обеспечит и сохранит высокую

прочность сцепления деталей изделия после термического воздействия и может быть использовано в производстве биметаллических порошковых изделий инструментального и конструкционного назначения на основе железа и меди.

Форму.л а изобретения

Способ изготовления биметаллических изделий из железа и меди, включающий прессование заготовок из медного и железного порошков, их сборку и горячую экструзию, отличающийся тем, что, с целью повьше- ния прочности сцепления, перед прессованием в медньй порошок вводят 5- 12 мас.% кварцевого песка.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления биметаллических изделий из железа и меди. Цель изобретения - повышение прочности сцепления. На гидравлическом прессе производят статическое холодное прессование втулки диаметром 30 мм из железного порошка Ш(Ш под давлением 150 МПа и стержня диаметром 10 мм из смеси медного порошка ПМС-1 и 5-12% от объема Медного порошка кварцевого песка. Высота втул- ки и стержня 30 мм. Горяч то обработку сборной заготовки ведут при температуре 900-1000°С в течение 0,5 ч. После горячей обработки стержень мме- ет пористость 3-7%, а втулка практически беспористая. При таком сочетании пористости температурные коэффициенты линейного расширения втулки и стержня практически равны. 1 табл. S

Пористость, /о

Термическое воздействие

Втулка (железо)

Стержень (медь)

О О

При 20 С300-320

Термоциклирование при290-300

ISO C

Термоциклирование при 700-800°С

Стержень (медь + 5-12°/окв, песка)

3-7 3-7

3-7

При 20 С

Термоциклирование при

Термоциклчрование при 700-800 С

Прочность сцепления по способу, МПа

известный

предлагаемый

Практически разрушен

300-320 300-310

270-290