МЕХАНОАКТИВИРОВАННЫЙ СПЕЧЕННЫЙ ЖЕЛЕЗОГРАФИТОВЫЙ КОМПОЗИТ ДЛЯ ПРЕСС-МАТРИЦ СОВМЕЩЕННОГО ЛИТЬЯ И ПРОКАТКИ ПРЕССОВАНИЯ
MECHANICALLY ACTIVATED SINTERED IRON-GRAPHITE COMPOSITE FOR FEMALE DIES OF COMBINED CASTING AND ROLLING

Изобретение относится к порошковой и цветной металлургии, в частности к спеченным антифрикционным материалам на основе железа, предназначенным для изготовления деталей, используемых в узлах трения при ограниченной подаче смазки. Благодаря низкой пористости и повышенной твердости полученного композита он может использоваться как антифрикционная вставка в пресс-матрицы, используемые в технологическом процессе совмещенного литья и прокатки прессования.
Известна шихта для изготовления спеченных изделий на основе железа следующего состава, мас.%: стальной порошок - 10-40; углерод - 0,9-1,5; медь - 1,5-4,0; остальное железо. Полученные на данном составе образцы имеют повышенную пористость (более 10%) и твердость - 156-170 НВ, а также низкие антифрикционные свойства и поэтому не могут применяться в качестве антифрикционных вставок для пресс-матриц (см. авторское свидетельство SU 955726 от 30.12.1980, опубл. 30.08.1990).
Известен порошковый материал на основе железа следующего состава,  мас.%: хром 1,07-1,44, углерод 1,00-3,00, кремний 0,27-0,67, марганец 0,46-0,77, медь 3,00-8,00, железо - остальное. В данном составе высокие физико-механические свойства достигаются за счет использования дорогих добавок (хром), а также за счет многоступенчатого процесса обработки композита, включающего прессование при давлении в 700 МПа и последующего спекания в атмосфере диссоциированного аммиака при 1150ºС в течение 90 мин (см. патент RU 2101380). Т.е. общая продолжительность технологического процесса изготовления изделий требуемого качества занимает свыше 2 ч, а также требует дорогостоящего оборудования, способного обеспечить достаточную герметичность для создания защитной атмосферы при спекании образцов.
Задача изобретения: сохранение высоких физико-механические свойств спеченного изделия при удешевлении используемой порошковой композиции, а также упрощение технологического процесса путем исключения необходимости в защитной атмосфере во время спекания.
Для реализации указанной задачи были выбраны следующие материалы: в качестве основного компонента железный порошок марки ПЖВ3 по ГОСТ 9849-86, в качестве основного модификатора для упрочнения железной матрицы графит литейный скрытокристаллический марки ГЛС-2 по ГОСТ 5420-74, в качестве твердой смазки графит литейный кристаллический марки ГЛ-1 по ГОСТ 5279-74. Графит марки ГЛС-2 вследствие своей аморфной структуры очень хорошо растворяется в металлической матрице, модифицируя ее и повышая прочность, а также хорошо уплотняется и образует с железным порошком однородную композицию. При содержании ГЛС-2 менее 1,3% не достигается необходимый модифицирующий эффект, а следовательно, и требуемые механические свойства. Содержание графита ГЛС-2 выше 1,8% приводит к значительному снижению твердости композита, а также к его расслоению вследствие того, что скрытокристаллический графит не успевает раствориться в металлический матрице, тем самым понижая взаимную спекаемость частиц железного порошка. Помимо модифицирующего эффекта графит марки ГЛС-2 служит в качестве связующего между графитом ГЛ-1, который плохо растворим в железной матрице, и железным порошком. При содержании ГЛ-1 более 0,8% происходит понижение твердости полученных изделий, при содержании менее 0,2% не достигаются необходимые антифрикционные свойства. Стоит отметить, что повышение твердости антифрикционных композитов достигается вследствие того, что не успевший раствориться в железной матрице скрытокристаллический графит марки ГЛС-2 частично выгорает в процессе спекания и горячей допрессовки. Поэтому поверхностный слой композита представляет собой насыщенную углеродом железную матрицу, обеспечивающую высокие механические свойства, с включениями кристаллического графита ГЛ-1, обеспечивающего антифрикционные свойства.
Наилучшими физико-механическими показателями обладают образцы следующего состава, мас.%: железный порошок ПЖВ3 96,5-98,5; литейный графит ГЛ-1 0,2-0,8; скрытокристаллический графит ГЛС-2 1,3-1,8 (табл.1).
Таблица 1
Состав и свойства полученных композитов.
№ п/п
Содержание, % масс.
Твердость, НВ
Пористость, %
Железный порошок ПЖВ3
Литейный графит ГЛ-1
Скрытокристаллический графит ГЛС-2
1
95-97
0,5-1,5
2,5-3,5
161
5,05
2
91-93
1-3
5-7
154
6,68
3
96,5-98,5
0,2-0,8
1,3-1,8
175
4,42
Технология изготовления спеченных образцов заключается в следующем. Вначале подготавливается шихта. Для улучшения растворимости графитов в железе, а следовательно, и улучшения спекаемости композитов графиты подвергают механоактивации в течение 10 мин в центробежно-планетарной мельнице АГО-2. Затем полученная порошковая композиция подвергается холодному прессованию на гидравлическом прессе под давлением 299 МПа. Не вынимая образцы из пресс-матрицы, осуществляют их отжиг и спекание при температуре 1000-1100ºС в течение 30-50 мин. Далее их подвергают горячей допрессовке при температуре 500-600ºС и давлении 892 МПа для получения заданной плотности. Полученные изделия представляют собой цилиндры диаметром 20 мм и высотой не более 10 мм. Пористость композитов не превышает 10%. Твердость полученных образцов определяли на приборе Виккерса ТП-7Р-1.
Предложенный состав спеченного железографитового композита позволяет сохранить высокие физико-механические свойства при значительном удешевлении стоимости шихты, а за счет механоактивации графитовых порошков удается значительно сократить длительность технологического процесса и расход материалов, а следовательно, и сопутствующие этому затраты. Также технология изготовления данного композита исключает необходимость создания специальной защитной атмосферы, что снижает требования, предъявляемые к оборудованию и технологическим условиям.