РАЗДЕЛ 2
ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДАМИ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
2.1. Выбор материала
Как показано в разделе 1, наиболее распространенными антифрикционными
материалами являются материалы на основе меди, детали из которых получают
традиционным способом литья и методами порошковой металлургии. Обработка
давлением порошковых материалов дает возможность изготавливать осесимметричные
детали из новых антифрикционных материалов. При этом возможно регулирование
физико-механических свойств методами деформирования и термообработки.
Представляет интерес создать материал такого химического состава, который
обусловил совокупность высоких механических свойств при требуемой
антифрикционности и низкой стоимости.
Основой многих антифрикционных материалов является медь. Медь обладает
наивысшей после серебра электропроводностью и теплопроводностью, высокой
коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в пресной и морской воде,
хорошо полируется, плохо обрабатывается резанием, имеет невысокие литейные
свойства. Медь с малым содержанием кислорода более пластична, она не подвержена
водородной болезни. Изменение механических свойств технической меди марки М1
при температуре 20°С в зависимости от способа получения представлено в табл.
2.1 [109], а в зависимости от температуры на рис. 2.1. Из рис. 2.1 видно, что
относительное удлинение остается практически неизменным до 200°С, затем резко
уменьшается при более высоких температурах, а выше температуры 600°С
наблюдается увеличение пластичности. Этот провал пластичности обусловлен
примесями Bi, Sb, Pb, S [18, 110]. Рекристаллизация сильно деформированной
компактной технической меди марок М0, М1, М2, М3 начинается при темперах
200–230°С в зависимости от содержащихся в ней примесей, что соответствует
0,35–0,37 (где - температура плавления). Разупрочнение компактной меди при
отжиге происходит при температурах выше 150°С. Оптимальная температура
рекристаллизационного отжига 500–600°С.
Таблица 2.1
Механические свойства технической меди М1
Состояние меди
НВ
KCU, МДж/м2
МПа
Литая
160
35
25
40
Деформированная
450
400
35
125
Отожженная
220
75
50
75
55
1,2-1,8
Рис. 2.1. Влияние температуры испытаний на механические свойства меди
Механические свойства меди зависят в большей степени от ее состояния и в
меньшей от содержания примесей. Холодная деформация увеличивает прочность,
твердость, предел упругости меди, но снижает пластичность. Высокая пластичность
отожженной меди объясняется большим количеством плоскостей скольжения в
кристаллической решетке. Для создания антифрикционного порошкового материала с
применением методов обработки давлением в исследованиях использовали медный
порошок марки ПМС-В ГОСТ 4960-75, полученный электролизом и медный порошок,
полученный из отходов проводников тока [111].
Порошок меди получали из отходов проводников тока, которые состоят из жил меди
марки не ниже М1 (табл. 2.2) в полимерной, резиновой, бумажной и другой
изоляции в виде спутанных прядей, бесформенных кусков. Известно [18], что при
нагреве в водородосодержащей среде медь насыщается водородом, причем его
растворимость возрастает с повышением температуры. Охлаждение ведет к снижению
растворимости, в результате чего образуется молекулярный водород, который не
диффундирует из металла, а остается в нем в виде пузырьков газа, вызывая
искажение кристаллической решетки и снижение пластичности. Особенно
отрицательное влияние оказывает водород на медь, содержащую кислород. Водород,
легко проникающий в медь при высоких температурах, взаимодействует с кислородом
закиси меди и образует пары воды, которые не способны диффундировать из металла
и создают давление, приводящее к возникновению трещин. Такая медь становится
хрупкой и ее легко измельчить в порошок. Кроме того, в водородосодержащей среде
восстанавливаются оксиды меди, а изоляция разлагается, обугливается, легко
отделяется от поверхности проводов и удаляется аэросепарацией.
Порошок получали по технологии, схема которой представлена на рис. 2.2.
Таблица 2.2
Химический состав меди марки М1
Марка порошка
Массовая доля, %
Прокаленный
остаток, %
не более
Cu
Не менее
Bi
Pb
Sb
Не более
М1 ГОСТ 859–78
99,9
0,001
0,05
0,005
0,002
0,05
Лом загружали в контейнер из нержавеющей стали Х18Н9Т, нагревали в шахтной
лабораторной печи СШОЛ–11.6/12–М3 до 800°С и продували воздухом 1 ч для
окисления [112]. Затем контейнер герметизировали и пропускали генераторный газ,
содержащий: Н2-63-65%, СО-30%, СО2-0,5%, Н2О-1,5%, СН4-0,5% [113].
Рис. 2.2. Схема технологического процесса получения порошка
из лома медных проводников тока
Температура отжига составила 800°С, выдержка 0,45 ч [114]. Температуру измеряли
прибором КСП-3 (класс точности 1) с помощью хромельалюмелевой термопары.
После отжига лом подвергали дроблению на ножевой дробилке с одновременным
удалением частиц изоляции аэросепарацией. Полученные волокна длиной от 0,5 до
30 мм размалывали в порошок в молотковой мельнице. Включения железа удаляли
магнитной сепарацией. Восстановительный отжиг порошка осуществляли в той же
печи при температуре 550°С 1 ч. В качестве защитной среды использовали
осушенный генераторный газ с точкой росы -20°, для чего газ пропускался через
охлаждаемую емкость и адсорбер с силикагелем [115]. Отжиг способствовал
восстановлению оксидов, удалению примесей, снятию наклепа.
Химический состав порошка ПМС-В и порошка, полученного из отходов медных
проводников
- Київ+380960830922