Способ изготовления порошковых армирующих вставок для алюминиевых поршней двигателей внутреннего сгорания Советский патент 1991 года по МПК B22F3/24 C22C33/02 

Изобретение относится к порошковой металлургии и композиционным материалам, в частности, может быть использовано при изготовлении порошковых кольцеобразных вставок для армирования алюминиевых поршней двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Целью изобретения является повышение адгезионной прочности соединения вставки с поршнем

Согласно способу, включающему приготовление порошка на основе железа, прессование, спекание и отжиг, в порошок вводят добавки 10-20 мас.% медного сплава, а отжиг производят в окислительной среде при 200-400°С В ряде случаев заготовки после спекания подвергают пропитке медным сплавом до получения в объеме заготовок 10-20 мае % меди

Способ осуществляют следующим образом

Приготавливают порошок материала на основе железа в который вводят 10-20

а

00

со

00 Os

о

мас.% медного сплава, например, путем смешивания.

Целесообразность введения меди в порошковый материал на основе железа обусловлена возможностью окисления меди до образования Си20 на последующей операции отжига в окислительной атмосфере при 200-400°С. Как известно, для обеспечения прочного сцепления между алюминием или его сплавами с одной стороны и взаимодействующими медьсодержащими материалами с другой стороны температура на границе фаз должна быть порядка 1200°С. Такой температуры достигают благодаря наличию не менее 10% СиаО, который взаимодействует с алюминием по экзотермической реакции:

2/3 AI + СиаО 1 /3 + 2 Си, в результате чего в зону соединения выделяется очень большое количество тепла и происходит разогрев этой зоны до требуемой температуры.

Затем из приготовленной смеси прессуют прессовки армирующих вставок необходимой геометрической формы, после чего заготовки спекают с целью формирования металлических контактов между порошковыми частицами.

При необходимости, например, для работы в условиях повышенных термосиловых нагрузок заготовки после спекания подвергают пропитке медным сплавом, что в дальнейшем приводит к повышению адгезионной прочности соединения армирующая вставка - отливка алюминиевого литейного сплава и износостойкости.

Затем заготовки порошковых армирующих вставок подвергают окислительному отжигу при 200-400°С.

Отжиг в окислительной среде приводит к окислению на поверхности порошковых армирующих вставок меди, введенной на предшествующих операциях получения порошка, либо пропитки спеченных заготовок на основе железа медным сплавом.

В результате экзотермической реакции при заливке такой вставки алюминиевым литейным сплавом выделяется большое количество тепла и образуются локальные мостики схватывания между медьсодержащими участками порошковой вставки на основе железа и отливкой алюминиевого сплава на границе соединения, что приводит к повышению адгезионной прочности.

П р и м е р 1 (по известному способу). Изготавливают порошок сплава, мас.%: никель 4; графит 1,5;,медь 7, из которого прессуют и спекают заготовки армирующих вставок по режимам, аналогичным режимам примеров 2-7, после чего детали отжигают

в восстановительной атмосфере при 600°С 2 ч. В дальнейшем заготовки подвергают дробеструйной обработке (чугунная дробь диаметром 3-5 мм), обезжиривают, алитируют в алюминиевом расплаве при 900°С в течение 0,25 ч, после чего производят кокильную заливку алюминиевым литейным сплавом АЛЗО по режимам примеров 2-7. Из полученных биметаллических заготовок

0 вырезают образцы и испытывают на износостойкость и адгезионную прочность аналогично примерам 2-7.

П р и м е ры 2-4 (по описанному способу). Приготавливают порошок материала на

5 основе железа следующего химического состава, мас.%: никель 4, графит 1,5; медь 10-15; железо остальное, путем смешивания исходных компонентов в шаровой мельнице в течение 6 ч. Полученную таким

0 образом порошковую смесь прессуют до относительной плотности 85-90%, спекают в водородно-азотной атмосфере при 1150°С в течение 2 ч, Спеченные заготовки подвергают окислительному отжигу при 200-400°С.

5 Полученные таким образом порошковые заготовки подвергают кокильной заливке алюминиевым литейным сплавом АЛЗО (ГОСТ 2685-75) при 900°С и получают биметаллические композиты. Из них вырезают биме0 таллические образцы, которые испытывают на адгезионную прочность по известной методике определения прочности на отрыв биметаллов, а также проводят сравнительные испытания на износостойкость в условиях

5 сухого трения, В качестве контртела используют диск из нирезисторного чугуна. Скоро- сть скольжения составляет 0,7 м/с, удельное давление 25 кг/см2, время испытания образца 1 ч. Смазка отсутствует. Отно0 сительную износостойкость определяли по формуле

х/Иэ,

где Их - приведенный износ исследуемого материала, мм ;

5 Йэ - приведенный износ эталонного материала (нирезисторный чугун марки 4Н15Д7Х2 по ГОСТ 11849-76).

Примеры 5-7 (по описываемому способу). Приготавливают порошок матери0 ала на основе железа следующего химического состава, мас.%: никель 4; графит 1,5; медь 3; железо остальное. Из полученного порошка прессуют заготовки плотностью 70-75%, которые затем спекают в защитно5 восстановительной атмосфере при 1150°С 2 ч. Спеченные заготовки подвергают пропитке медным сплавом состава, мас.%: медь 97; железо 3, при 1150°С в водородно-азотной атмосфере. Пропитку проводят таким образом, что в инфильтрированной заготовке поеле пропитки содержание меди составляет 10-20 мас.%. В дальнейшем заготовки подвергают окислительному отжигу при температурах, указанных в примерах 2-5. Затем проводят кокильную заливку порошковых заготовок алюминиевым сплавом по технологии примеров 2-4 и испытывают на адгезионную прочность и износостойкость.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Таким образом, данный способ позволяет повысить по сравнению с известным адгезионную прочность в 1,15-1,4 раза при сохранении практически одинаковой износостойкости по сравнению с деталями, изготовленными по известному способу.

Формула изобретения

1.Способ изготовления порошковых армирующих вставок для алюминиевых поршней двигателей внутреннего сгорания,

включающий приготовление порошка на основе железа, прессование, спекание и отжиг, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности соединения вставки с поршнем, в порошок вводят добавки 100 20 мас.% медного сплава, а отжиг проводят в окислительной среде при 200-400°С.

2,Способ по п.1, отличающийся тем, что после спекания порошковую армирующую вставку пропитывают медным

5 сплавом до получения в объеме заготовки 10-20 мас.% меди.

Изобретение относится к порошковой металлургии и композиционным материалам, в частности к способам изготовления порошковых вставок для алюминиевых поршней двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Цель - повышение прочности соединения и вставки с поршнем. Приготавливают порошковый материал армирующей вставки, формуют, спекают и отжигают, а в порошок материала на железной основе вводят добавки 10-20 мас.% медного сплава, и отжиг проводят при 200-400°С в окислительной атмосфере. В ряде случаев заготовки после спекания подвергают пропитке медным сплавом до получения в объеме заготовки 10-20 мас.% меди. Применение предлагаемого способа позволяет повысить адгезионную прочность соединения (порошковая армирующая вставка-отливка алюминиевого литейного сплава) в 1,15-1,4 раза при сохранении высокой износостойкости и одновременном сокращении технологического цикла изготовления композиционных алюминиевых поршней ДВС с армирующими вставками 1 з п ф-лы 1 табл (Л С