Для организации производства порошковых изделий предложите технологию получения порошкового фрикционного материала на основе меди (типа МК5).

Химический состав сплава МК5: 8-10% Sn, 7-9% Pb, 3-5% Fe, 6-8% C, остальное – медь.

Технологический процесс изготовления фрикционного материала, в общем виде, состоит из следующих операций: смешивание компонентов исходной шихты, прессование, спекания изделий под давлением в защитной атмосфере, мех.обработка.

Исходные порошки железа (мелкий, полученный восстановлением - марки ПЖ) и меди (полученный электролизом – марки ПМС) перед смешением восстанавливают в водороде, для повышения чистоты порошков. Медь при температуре 400-450 ^оС, железо – 600-700 ^оС. Форма и размер олова и свинца существенно не влияют на структурообразование, экономически выгодно использовать лигатуру свинец-олово. Графит подвергается предварительной сушке при температуре 120-150 ^оС (размер частиц 20-90 мкм).

Смешивание исходной шихты проводят очень тщательно, для обеспечения более полной гомогенизации шихты, от которой зависят свойства фрикционного материала. Смешивание проводится в ШВМ, с добавлением бензина (в количестве 1% от шихты) для предотвращения сегрегации и часто сопровождается доизмельчением.

Прессование шихты на механических или гидравлических весах при давлениях 400-700 Н/мм² с получением брикета пористостью 20-30%.

Спекание в шахтной электропечи при температуре 750-900 ^оС в восстановительной атмосфере (H₂) под давлением 0,5-1,2 Н/мм², препятствующим короблению детали. Температура спекания выбирается меньше температуры плавления меди, чтобы она не выдавливалась по контуру. Время выдержки 2,5-3,5 часа. Спекание необходимо для формирования необходимого сплава и надежного припекания фрикционного слоя к материалу несущей основы.

Для повышения прочности и плотности можно провести операцию дополнительной допрессовки при давлениях, аналогичных давлениям прессования.

45) Изделия из стали Х12М, полученные смешиванием порошков отдельных компонентов с последующим прессованием и спеканием, имели пористость 12% негомогенную структуру и низкие физико-механические свойства. Предложите и обоснуйте меры по повышению свойств.

Т.к. холодное прессование обеспечивает максимальную плотность заготовок не более 85%, а прочность – не более 50%, для повышения этих характеристик можно рекомендовать высокоэнергитические методы формования, к которым относятся высокотемпературные процессы и импульсные методы формования, позволяющие достигнуть плотности, близкой к 100%. В этих случаях прочность порошковой стали будет близка к прочности литой или кованой детали. К этим методам можно отнести ударное или гидродинамическое прессование, штамповку, изостатическое прессование.

Для повышения характеристик прочности и пластичности легированных сталей необходимо добиться максимальной гомогенности сплава. Обеспечить это можно использованием порошков лигатуры, вместо смеси отдельных компонентов, т.к. коэффиценты диффузии между железом и сплавом железо-хром-молибден, больше чем у железа с чистыми компонентами. В этом случае диффузия будет проходить гораздо быстрее и полнее. Для спекания с порошками лигатуры рекомендуется температуры до 1300 ^оС и выдержке 3 ч, для полного растворения. При использовании порошков лигатуры повышается пластичность в 3-4 раза. Для ускорения процессов гомогенизации возможно вводить легирующие элементы в виде ферросплавов или карбидов, в этом случае полная гомогенизация достигается при температурах 1200 ^оС за 1 час.

Можно рекомендовать провести увеличение выдержки при спекании, для более полной гомогенизации, вследствие более долгого существования жидкой фазы.

Также для повышения физико-механических свойств можно провести ТО (закалку) или ТМО (например ВТМО). При закалке аустенит превращается в мартенсит который обладает механическими свойствами превосходящими перлит, феррит и цементит. При закалке эффективно использовать воду с небольшой добавкой (до 10%) едкого натра или поваренной соли, что обеспечивает максимальную скорость охлаждения.

ВТМО – нагрев до температуры соответствующей области стабильного аустенита (выше точки Ас₃), деформация в этой области и немедленная закалка на мартенсит. При этом упрочнения происходит за счет снижения остаточной пористости и наклепа. Степень деформации при ТМО достигает 80 а в некоторых случаях даже 95%.

46) Конструкционные изделия из порошковой стали Х12М имеют пористость 10%. Предложите температуру нагрева их под закалку, учитывая что литой стали она составляет 950 ^оС. Обоснуйте выбранные режимы.

Закалкой называют операцию ТО, заключающуюся в нагреве стали выше точки перехода α-железа в γ-железо, выдержке при этой температуре до полного прогрева, обеспечивающей растворение углерода в γ-железе, и быстром охлаждении из температурной области γ-твердого раствора со скоростью, при которой образуется мартенсит.

Т.к. порошковые стали имеют низкую склонность к росту зерна аустенита, нагрев под закалку для них можно осуществлять при более высоких температурах без опасения перегрева. В зависимости от пористости нагрев под закалку проводят при температурах превышающих температуры под закалку кованных сталей на 60-120 ^оС. Поэтому для стали Х12М пористостью 10% можно рекомендовать нагрев под закалку до температуры 1050 ^оС, выдержку 30-60 минут, для полного прогрева, величина которой зависит от размеров детали и охлаждение в воду.

Вода в отличие от масла обладает высокой охлаждающей способностью и подавляет диффузионное превращение аустенита в области его минимальной устойчивости.

Нагрев и выдержка проводится в защитной атмосфере: азот, водород, эндогаз. Это необходимо, т.к. процессы окисления и обезуглероживания являются диффузионными и с повышением температуры они ускоряются.

 

47)

Способы повышения прочности материалов на основе железа:

1. За счёт введения легирующих добавок.

а) Образование твёрдого раствора. В зависимости от атомных диаметров соотношение может быть:

- разница в атомных диаметрах 8% - растворимость полная при подобии кристаллических решёток.

- разница 8-15% - ограниченная растворимость.

- разница >15% - нет растворимости

- могут быть твёрдые растворы внедрения в случае использования элементов с очень малыми атомными радиусами.

Легирующие элементы растворяясь в феррите, повышают его твёрдость, предел прочности и текуести.

В качестве легирующих элементов для Fe используются Cu (повышает прочность, твёрдость, износостойкость), P (улучшает прирабатываемочть), Mn(повышает износостойкость), Pb, Sn, Ni, V и Cr (снижают износ, повышают твёрдость).

б) Образование соединения легирующего компонента с НеМе, находящимися в структуре компонента или в атмосфере. НеМе: карбиды, нитриды, оксиды, сульфиды, бориды. Упрочнение происходит по механиму дисперсного упрочнения.

в) Образование интерметаллидов (в соответствии с диаграммой состояния).

2. Проведение ХТО – поверхностного насыщения изделия легирующим компонентом.

а) Цементация – в тв. карбюризаторе (древесный уголь с добавкой разрыхлителя) или в восстановительной атмосфере. При этом увеличиваются твёрдость, прочность, износостойкость, но уменьшается прирабатываемость.

б) Сульфидирование – перспективный метод, т.к. сульфиды выступают в роли твёрдых смазок и улучшают антифрикционные свойства.

в) Сульфидоборирование – за счёт В – увеличение прочности, за счёт S - улучшение антифрикционных свойств.

г) Др. методы (нитроцементация, хромирование, силицирование и т.д.)

В результате ХТО улучшаются свойства на поверхности, а середина остаётся мягкой, т.е. такие материлы можно применять в условиях ударных нагрузок.

 

48)