close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY7708

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 7708
(13) C1
(19)
(46) 2006.02.28
(12)
7
(51) B 21C 23/01,
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 22C 21/02
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУФАБРИКАТОВ
ИЗ ГРАФИТИЗИРОВАННЫХ СИЛУМИНОВ
(21) Номер заявки: a 20020947
(22) 2002.11.27
(43) 2004.06.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Физико-технический
институт Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Жданович Олег Егорович;
Ласковнев Александр Петрович; Волочко Александр Тихонович; Овчинников Владимир Васильевич; Макарова Жанна Евгеньевна (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) ГОСТ 30598-98. Сплавы антифрикционные алюминиевые с порошковым
наполнителем. Технические условия.
Перлин И.Л. и др. Теория прессования
металлов. - М.: Металлургия, 1975. С. 109-110, 339, 363.
SU 1163987 A, 1985.
SU 1656778 A1, 1996.
BY 7708 C1 2006.02.28
(57)
Способ получения полуфабрикатов из графитизированных силуминов, включающий
приготовление лигатуры из порошков силумина и графита, введение лигатуры в расплав
силумина, распределение ее по объему расплава и отливку заготовок, отличающийся
тем, что литую заготовку нагревают и в изотермических условиях при температуре максимальной пластичности силумина продавливают через матрицу с противодавлением на
выходе из очага деформации, составляющим 20-40 % от приложенного давления, и с относительной деформацией 40-80 %.
Фиг. 1
BY 7708 C1 2006.02.28
Изобретение относится к порошковой металлургии алюминия и его сплавов, в частности к получению полуфабрикатов из малопластичных алюминиевых сплавов с дисперсными частицами графита, и может применяться при получении втулок скольжения,
обрабатываемых лезвийным инструментом для получения деталей узлов трения.
Материалы, предназначенные для изготовления втулок скольжения, должны сочетать
высокую износостойкость механические свойства, низкий коэффициент трения, удовлетворительную обрабатываемость резанием.
Известны антифрикционные алюминий-графитовые материалы, полученные с применением процессов порошковой металлургии и обработки давлением. При этом вначале
порошки алюминиевого сплава и графита смешивают в необходимых соотношениях, а затем после холодного брикетирования - экструдируют брикет при температуре 400-550 °C
с коэффициентом вытяжки более 8 [1]. Однако при брикетировании благодаря высокой
пластичности алюминия наружные поры заготовки закрываются и внутри брикета воздух
"запрессовывается" в закрытых порах под давлением, равными давлению прессования. В
дальнейшем получить из такого брикета высококачественный полуфабрикат практически
невозможно, даже применяя обработку давлением с высоким коэффициентом вытяжки.
Изготовленная из экструдированного полуфабриката деталь узла трения может коробиться даже при незначительном изменении температур в узле трения.
При получении композиционных втулок на основе алюминия [2] литьем под давлением в жидко-твердом состоянии с частицами твердой смазки (графит) сохраняются высокие
антифрикционные свойства материала. Указанный материал выбран нами в качестве прототипа при создании изобретения. В известном способе лигатура приготавливается из смеси порошков алюминия и графита в соотношении 10:1, затем из нее холодным прессованием получают брикеты, которые продавливают на пруток при температурах 400-550 °C,
при этом частицы графита и алюминия прочно механически сцепляются. После получения
прутков их распределяют по объему приготовленного для литья заготовок расплава, при
этом расплав находится в твердо-жидком (тиксолитье) состоянии. Далее, из расплава
литьем под давлением отливают заготовки втулок скольжения. Данный литой силумин
имеет низкие механические свойства, отлитые из него втулки под действием температур
могут изменять форму, ухудшая условия трения в паре вал-втулка скольжения. К тому же,
применение втулок скольжения в тяжелонагруженных парах трения затруднено из-за
склонности алюминия к ползучести при повышенных температурах эксплуатации. В литом состоянии литейные алюминиевые сплавы (силумины) с частицами графита обладают
высокой хрупкостью, склонностью к образованию трещин при механической обработке и
эксплуатации, а также, благодаря распределенным частицам оксида алюминия по объему
материала и плохой обрабатываемостью лезвийным инструментом. Для получения оптимальной структуры и качественной рабочей поверхности необходимо проводить обработку давлением полуфабриката. Однако выход готового полуфабриката конечных размеров
из очага деформации сопровождается растрескиванием материала заготовки, так как наличие в материале кремния, меди, никеля и др. растворенных элементов усложняет операцию обработки давлением, а введение в расплав частиц твердых смазок (графита) не
имеющих химических соединений с материалами матрицы, а просто равномерно распределенными по объему полуфабриката ослабляют деталь.
Задачей данного изобретения является повышения износостойкости материала, его
механических свойств, улучшения обрабатываемости за счет гарантированного обеспечения стабильности структуры и свойств.
Поставленная задача заключается в том, что в способе получения полуфабрикатов из
графитизированных силуминов, включающем приготовление лигатуры из порошков силумина и графита, введение лигатуры в расплав силумина, распределение ее по объему
расплава и отливку заготовок, литую заготовку нагревают и в изотермических условиях
при температуре максимальной пластичности силумина продавливают через матрицу с
противодавлением на выходе из очага деформации, составляющим 20-40 % от приложенного давления, и с относительной деформацией 40-80 %.
2
BY 7708 C1 2006.02.28
Задача может осуществляться при выполнении следующих схем обработки давлением.
На фиг. 1 приведен пример устройства реализующего схему деформирования при прямом
выдавливании: а) - исходное положение, б) - положение устройства в конце выдавливания.
В состав устройства входят нажимной пуансон 1, формирующий пуансон 2, противодавящая втулка 3, контейнер-матрица 4, индуктор 5, противодавящие толкатели 7, пневмомаркет-выталкиватель 8, контрольно-регулирующий блок с термопарой 9.
В исходном положении (фиг. 1a) противодавящая втулка 3 верхним торцом расположена в зоне деформации и на втулку устанавливают литую заготовку 10, после включения
рабочего хода ползун пресса опускается, и пуансон 1 продавливает заготовку 10 через зону деформации, образуемую контейнером-матрицей 4 и деформирующим пуансоном 2
(фиг. 1б.).
При этом втулка 3 создает сопротивление деформации РПР, направленное противоположно давлению деформации (РДЕФ). Величина давления деформации определяется механическими свойствами материала, технологическими условиями (температурой штампа,
составом смазки), степенью деформации и преодолевается усилием пресса. Противодавление РПР создается пневмомаркетом-выталкивателем 8 и через толкатели 7 передается на
втулку 3. Таким образом, прессу приходится преодолевать не только сопротивление деформации, но и противодавление, а заготовка деформируется в условиях всестороннего
неравномерного сжатия. Тем самым она предохраняется от растрескивания, а структура
материала приобретает максимальную плотность. Индуктор 5, встроенный непосредственно в штамп, обеспечивает индукционный разогрев оснастки до температуры 725 К,
обеспечивающей условия выдавливания, близкие к изотермическим. Контроль температуры штампа производится встроенной термопарой 9, включение и выключение индуктора
выполняется автоматически электронным потенциометром.
На фиг. 2 представлена схема получения композиционных материалов по схеме обратного выдавливания: 1-верхний пуансон; 2-заготовка; 3-нижний пуансон; 4-втулка противодавления; 5-корпус контейнера.
Нагретая до температуры обработки заготовка 2, объем которой равен объему выдавленной поковки, помещается в контейнер (матрицу) 5 и устанавливается на нижний пуансон 3, неподвижно укрепленный на столе пресса (фиг. 2а). При движении ползуна пресса
вниз, укрепленный на нем верхний пуансон 1 деформирует заготовку 2, которая при пластическом течении в кольцевой зазор, образованный контейнером 5 и нижним пуансоном
3, заполняет эту полость, встречая противодавление втулки 4, установленной на пневмоцилиндре (на рис. показано условно стрелками). При достижении ползуном нижней мертвой точки пластическое формообразование заканчивается (фиг. 2б) и заготовка 2, с помощью
пневмоцилиндра через втулку 4 выталкивается из контейнера 5 и извлекается пинцетом
(фиг. 2в). После смазывания контейнера, верхнего и нижнего пуансонов, штамп готов для
последующей работы. Следует отметить, что важнейшим моментом операции выдавливания являются подогрев контейнера и нижнего пуансона до температур 300-350 °C с целью
уменьшения подстуживания заготовок в начальный момент деформации, а также нанесения слоя эффективной смазки на поверхности формообразующего инструмента. Выполнение этих условий обеспечивает надежный съем поковки с нижнего пуансона и высокую
стойкость последнего при штамповке в эксплуатационных режимах производства.
В литейно-деформационной технологии комплекс служебных свойств изделия обеспечивается, главным образом, двумя факторами: составом материала, формируемым на
стадии отливки заготовки, и режимами последующей пластической деформации. Эти факторы могут входить в противоречие между собой, поскольку высокопрочные алюминиевые сплавы, легированные в значительном количестве кремнием, медью, никелем и
другими элементами, обладая оптимальным требованиям эксплуатации составом, имеют
низкую технологическую пластичность и склонны к хрупкому разрушению при обработке
давлением с использованием традиционных схем формообразования. Но смысл литейно3
BY 7708 C1 2006.02.28
деформационной технологии как раз и заключается в том, чтобы пластическая деформация улучшила структуру литейного материала, залечила внутренние микро - и макродефекты и тем самым повысила уровень физико-механических свойств.
Показатели степени деформации определялись соотношениями:
вытяжка F
λ= 0
(1)
F1
относительная деформация F −F
ε = 0 1 ⋅ 100%
F0
(2)
[3].
Минимальная относительная деформация 40 % принимается с таким условием, чтобы
обеспечить достаточную проработку и уплотнение материала. 80 % деформации - это тот
предел при котором происходит уплотнение материала без излишнего дробления графитовых включений, обеспечивающих гарантированные антифрикционные свойства материала, противодавление должно составлять 20 % в связи с трудностью получения высокоплотную структуру с обеспечением заданной чистотой поверхности, не более 40 %, так как
резко падает скорость выдавливания, увеличивается интенсивность процессов разупрочнения, связанных с рекристаллизацией.
На фиг. 3 представлены зависимости остаточной пористости литых образцов из сплавов АК5М7 + 1,5Гр и АК5М4 + 1,5Гр при выдавливании их по схеме всестороннего сжатия. Как видно из графика, при степени деформации 40-80 % пористость становится
минимальной.
На фиг. 4 представлен график изменения пластичности сплава АК5М7 в зависимости
от температуры испытаний (∆ - АК5М7 выдавленный, ε = 50 %, без графита; • - АК5М7
выдавленный, ε = 50 % с 1,5 мас. % графита; ° - АК5М7 - литая структура). Как видно из
графика, графит отрицательно влияет на пластичность сплавов. Максимальные значения
пластичности находятся для всех сплавов в интервале температур 450-500°C. Этот интервал может быть рекомендован при последующем формировании из них изделий методом
пластической деформации.
Данные конкретного примера выполнения сведены в таблицу 1.
Пример конкретного выполнения
Материалы получали с использованием лигатуры алюминий + 10 графита, которая
изготавливалась методом экструзии исходных компонентов порошков алюминия из размолотого сплава АК5М7 и графита С-1. Лигатура вводилась в нагретый до температуры
725 °C расплав АК5М7, после чего расплавленная масса перемешивалась в течение 0,4 часа и в жидко-твердом состоянии в машине литья под давлением были получены заготовки
высотой 60 мм, внутренним диаметром 116,5 мм, толщиной стенки 11,6 мм. Затем по схеме прямого выдавливания с противодавлением на кривошипном прессе в изотермических
условиях при температуре 470 °C при усилии 210 тс нагретую предварительно в камерной
печи литую заготовку подвергали обработке давлением и получали втулку скольжения
высотой 101 мм, внутренним диаметром 121 мм и толщиной стенки 6 мм. Усилие противодавления, обеспечиваемое пневмомаркетом-выталкивателем составляло от 42000 кгс до
62000 кгс. Возрастание усилия происходило в процессе выдавливания за счет сжатия воздуха в пневмомаркете.
После выдавливания поковки охлаждались на воздухе и подвергались естественному
старению. Метрологический и визуальный контроль показали полное соответствие всех
поковок размерам и отсутствие трещин и других дефектов. Оценка антифрикционных
свойств материала проводилась согласно [2].
Данные конкретного примера выполнения сведены в таблицу.
4
BY 7708 C1 2006.02.28
Как видно из таблицы, полученный выдавленный полуфабрикат из литых силуминов с
частицами графита обладает высокими антифрикционными и физико-механическими свойствами.
Обработка давлением
ε, % от- про№
Сплав
носи- тивоп /п
тельная давдефор- ление,
мация
%
1.
АК5М7 + 1,5Гр 40
20
2.
60
40
3.
80
30
4.
10
15
5.
90
6.
50
10
7.
70
5
8.
40
60
9.
20
40
10.
45
50
11.
55
15
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
АК5М4 + 1,5Гр 40
60
80
10
90
50
70
40
20
45
55
23.
ПрототипыААК5М7 + 1,5Гр
[2]
Прототипы AАК5М4 + 1,5Гр
[2]
24.
20
40
30
15
10
5
60
40
50
15
Свойства
Предельная
несущая
НагрузспособВременное
ка, МПа ность пары
Тверсопротивтрения,
дость, HB
ление
МПа·м/с
Примечание
230
105
400
195
240
105
400
200
240
110
405
200
160
70
300
140
Продольное растрескивание образцов
Отдельные продольные трещины
Отдельные продольные трещины
Резко возрастает усилие выдавливания
170
75
310
150
Резко возрастает усилие выдавливания
Отдельные продольные трещины
210
90
350
190
220
95
360
190
225
100
350
200
150
65
235
130
Продольное растрескивание
Отдельные продольные трещины
Отдельные продольные трещины
Резко возрастает усилие выдавливания
160
70
250
140
Резко возрастает усилие выдавливания
Отдельные продольные трещины
155
70
270
130
140
60
240
130
Источники информации:
1. А.с. 1770432 СССР, МПК С 22С 21/16, 1992.
2. Сплавы антифрикционные с порошковым наполнителем. Технические условия.
Межгосударственный стандарт ГОСТ 30598-98.
3. Перлин И.Л., Райтбарг Л.Х. Теория прессования металлов. 2-е изд. - M.: Металлургия. - С. 448.
5
BY 7708 C1 2006.02.28
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
118 Кб
Теги
by7708, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа