способ соединения деталей из порошковых материалов

Формула изобретения

Способ соединения деталей, хотя бы одна из которых сделана из порошкового материала, включающий приготовление шихты, прессование деталей, нанесение на соединяемые поверхности соединительного слоя в виде шликера, спекание, совмещенное с инфильтрацией, отличающийся тем, что соединительный слой содержит 2-30% никеля, а спекание осуществляют с частичным контактным плавлением соединительного слоя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к порошковой металлургии (ПМ) и может быть использовано для изготовления конструкционных и износостойких деталей машиностроительной, добывающей, приборостроительной, перерабатывающей и других отраслей промышленности в тех случаях когда требуется создание сложнопрофильного изделия из относительно простых частей.

Известен способ соединения деталей, включающий изготовление приемами ПМ одной или всех соединяемых деталей (не исключено применение литых деталей), нанесение покрытия толщиной менее 2 мкм (в том числе возможны покрытия с высокими адгезионными свойствами, например, на основе никеля), соединение деталей путем контакта друг с другом и нагрев при температуре выше 1000^oC, но не выше температуры жидкофазного спекания (заявка ФРГ N 44182686 от 30.11.95). Использование слоя с улучшенными адгезионными характеристиками способствует повышению механических свойств деталей.

Однако данный способ имеет недостатки: переходный слой не содержит жидкую фазу, а значит соприкосновение поверхностей осуществляется лишь в местах пятен контакта, что приводит к ухудшению качества соединения и стабильности свойств изделий.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является способ соединения деталей, включающий приготовление шихты, прессование деталей, нанесение на соединяемые поверхности суспензии мелкодисперсного порошка того же состава, что и соединяемые детали, спекание, совмещенное с инфильтрацией медью и диффузионной сваркой (патент РФ N 2037382 от 19.06.95, B 22 F 7/02). Заполнение слоя медью может осуществляться как за счет пропитки всей конструкции, так и за счет перехода расплавленной меди на стадии жидкофазного спекания из зон с избыточным содержанием меди в дисперсный соединительный слой. Высокие механические свойства сборки обеспечивает припекание дисперсного порошка на основе железа к подложке и последующее заполнение переходного слоя медью.

Недостатками способа являются относительно невысокие адгезионные свойства железа, которые приводят к нестабильности свойств изделий; невозможность исключения пористости соединительного слоя в случае избытка меди, так как тупиковые поры при пропитке не заполняются; относительно большой угол смачивания железа медью, сильно зависящий от среды спекания и точки росы, этот фактор также влияет на прочность и стабильность соединения.

Предлагаемый способ обеспечивает повышение прочности соединения и стабильности свойств составных изделий, хотя бы один из компонентов которых выполнен из порошковых сплавов.

Заявляемый способ соединения деталей, хотя бы одна из которых сделана из порошкового материала, включающий приготовление шихты, прессование деталей, нанесение на соединяемые поверхности соединительного слоя в виде шликера, спекание, совмещенное с инфильтрацией, отличается тем, что соединительный слой содержит от 2 до 30% никеля, а спекание осуществляют с частичным контактным плавлением соединительного слоя.

Частичное контактное плавление хорошо смачивающего состава детали обеспечивает надежное и прочное соединение, а при правильном выборе компонентов сплава и их количества требуемые свойства не хуже, чем у материала соединяемых деталей.

Из сравнения с известным способом сборки изделий, содержащих в том числе порошковые детали, ясно, что заявляемый метод позволяет осуществлять сборку иным способом - спеканием, совмещенным с инфильтрацией, причем в соединительном слое реализуется частичное контактное плавление, а состав слоя, полученный после спекания, принципиальным образом отличается от исходного и предложенного в прототипе. В то время как в известном способе используют нерасплавляющийся переходный слой, состав которого может незначительно измениться за счет диффузии. Кроме того, предлагаемый способ улучшает качество соединения.

Предлагаемый способ включает изготовление прессовок (прессовки) и при необходимости брикета для пропитки, нанесение соединительного слоя, спекание, совмещенное с инфильтрацией, контактное плавление соединительного слоя и формирование в соединительном слое сплава заданного состава.

Образцы из порошковой стали приготовлены и соединены по следующей технологии:

- шихту, содержащую 3% порошка меди, 1% порошка графита и 96% порошка железа марки ПЖР 3.200.28, перемешивали 8 часов в двухконусном смесителе, введя для улучшения прессуемости 1% стеарата цинка;

- образцы прессовали при давлении 600 МПа в закрытых стальных пресс-формах;

- шликер из смеси карбонильных порошков никеля марки ПНК-ОТ4 и железа марки Р-10 наносили на поверхность одной из соединяемых прессовок, прикладывали вторую прессовку и в собранном состоянии сушили при комнатной температуру 24 ч;

- прессовали пропитывающий брикет при давлении 300 МПа из шихты, содержащей 1% графита, 5% железа и 94% меди;

- пропитывающий брикет накладывали на сборку и спекали в атмосфере водорода при 1150-1200^oC 2 ч.

Предел прочности материала основы составил б_в = 410 - 480 МПа. Толщина соединений составила порядка 200 мкм, площадь контакта - до 80 мм². Это означает, что прочность на сдвиг соединения была выше 110 - 130 МПа и не уступала временному сопротивлению при растяжении некоторых порошковых антифрикционных материалов на основе железа (ГОСТ 26802-86).

Указанная выше прочность соединения была достигнута благодаря высокой адгезионной способности никеля, отличной смачиваемости железоникелевых сплавов расплавами на основе меди, частичным контактным плавлением, по мере пропитки никель-железной прессовки медным сплавом. Плавному изменению свойств промежуточного слоя способствовало также отсутствие химических соединений и фаз с нестехиометрическим соотношением компонентов в системе Ni-Cu.

Сравнительные характеристики предлагаемого способа получения сборок и прототипа представлены в таблице.

Таким образом, предлагаемый способ соединения порошковых деталей в неразъемные конструкции при концентрации никеля до 30% обеспечивает стабильные свойства и прочность соединения не только выше, чем у способа - прототипа, но и удовлетворяет требованиям нормативных документов к изделиям из антифрикционных порошковых материалов.