Порошкові антифрикційні вироби можуть піддаватися додатковій обробці: термічній, хіміко-термічній, просоченню мастилами, калібруванню, обробці різанням [1].
Термічній обробці, як правило, піддаються вироби з порошкових антифрикційних матеріалів на основі заліза. Зі всіх видів термічної обробки пористих антифрикційних виробів найбільше значення має гартування, для якого властиві специфічні особливості, обумовлені перш за все наявністю пор в матеріалі. Пористість порошкових антифрикційних матеріалів робить їх чутливими до окислення при нагріванні на повітрі. Тому операцію гартування слід здійснювати обов'язково в захисному середовищі. Як останнє можна використовувати гази, що вживаються при спіканні: водень, дисоційований аміак, конвертований природний газ і ін. Недоліком цих середовищ є те, що вони обумовлюють деяке зневуглецювання деталей і, будучи вибухонебезпечними, вимагають обережності в обігу.
Як середовища, що охолоджують, при гартуванні пористих антифрикційних виробів на основі заліза використовують воду і мінеральні масла.
Із-за наявності пор, заповнених газом, знижується теплопровідність і тим самим погіршується загартованість і різко зменшується товщина загартованого шару пористого матеріалу в порівнянні з компактним матеріалом [2]. Тому для гартування пористих деталей застосовують гартування з інтенсивним охолоджуванням в струмені води або з енергійним переміщенням деталей для як найшвидшого зриву парової сорочки, яка ускладнює охолоджування. Після гартування у воді пористі деталі піддають обов'язковій сушці для швидкого і повного видалення вологи з пор.
Високопористі деталі складної форми чутливі до термічних напруг, тому їх гартування необхідно проводити в маслі.
Оптимальними температурами гартування, що забезпечують отримання максимальної міцності і твердості виробів, є: для залізографітових матеріалів 820—860 °С (з охолоджуванням у воді або маслі), для залізо — графіт — мідних — 980—1020 °С (з охолоджуванням у воді).
Для зняття внутрішньої напруги, гомогенізації структури механічних властивостей спечені і загартовані антифрикційні деталі піддають відпуску при температурі 180— 300 °С протягом 1,5—2,0 години.
Поліпшити властивості порошкових антифрикційних матеріалів можна шляхом додаванням присадок, що викликають старіння матеріалу після гартування і відпуску. Так, антифрикційний матеріал на основі олов'янистої бронзи, що містить 2,4 % Ni, 0,8 % Si і 0,3 % Р, після гартування у воді від 850 °С і старіння при 450 °С при пористості 12% має σB – 340 МПа і HRB 35-40. Підшипники з цього сплаву можуть працювати при р=15,7 МПа і V=9,4 м/с (рV=147 МПа•м/с).
Для підвищення зносостійкості і корозійної стійкості порошкових антифрикційних деталей на основі заліза їх піддають оксидуванню, що полягає в тому, що порошкові деталі поміщають в робочий простір печі і обробляють водяною парою при температурі від 380 до 630 °С. Найчастіше використовують обробку парою при 550 °С протягом 1 години, з подальшим охолоджуванням в маслі. При взаємодії водяної пари із залізом, як на поверхні деталей, так і на поверхні відкритих пор, утворюється щільна антикорозійна плівка Fe3O4, яка міцно утримується на поверхні оксидованих деталей і не руйнується в процесі їх експлуатації.
При виготовленні підшипників ковзання на основі порошку заліза проводиться додаткове насичення поверхні вуглецем (цементація) з метою отримання в поверхневому шарі перлітної структури, яка має більшу зносостійкість, ніж феритна або феритоперлітна. Цементацію здійснюють в твердому карбюризаторі або у газах, які містять вуглець.
У першому випадку вироби завантажують пошарово в контейнери, заповнені карбюризатором — сумішшю деревного вугілля з різними активуючими добавками. При нагріві до температури 900—950 °С вуглець карбюризатора взаємодіє із залишками повітря в контейнері і з оксидами цементованих деталей з утворенням оксиду вуглецю. Останній в умовах нагріву при контакті з поверхнею заліза розкладається на діоксид вуглецю і атомарний вуглець:
2 CO → CO2 + Cат,
який і дифундує в метал. Додавання в суміш до 10— 20 % карбонатів (ВаCO3, Na2CO3, Н2CO3) активує процес за рахунок виділення при їх розкладанні великої кількості CO2 і утворення CO при взаємодії оксиду вуглецю і вугілля засипки. Оптимальний режим цементації з твердого карбюризатора—температура 900—940 °С і витримка 1—3 години.
При цементації із застосуванням газових карбюризаторів (газова цементація) деталі нагрівають у газовому середовищі, яке містить вуглець в герметично закритому просторі печі, контейнері і тому подібне Як карбюризатор використовують природний, світильний, конвертований, ендо- і екзогази.
Оптимальна температура газової цементації для пористих порошкових виробів на основі заліза складає 860—940 °С, витримка — протягом 1—2 ч.
Додаткове навуглецювання поверхні антифрикційних виробів на основі залізографиту легко досягається підтримкою в газовому захисному середовищі достатньо високого вуглецевого потенціалу шляхом введення в конвертований природний газ або ендогаз строго регульованої кількості природного газу з високим вмістом метану.
Для підвищення поверхневої твердості антифрикційних деталей на основі порошків неіржавіючих сталей (Х17Н2, Х23Н18, Х18Н15 і Х30) їх піддають боруванню. Найбільш простим і зручним способом борування деталей антифрикційного призначення є дифузійне борування в порошкоподібних сумішах.
В якості реагентів, що містять бор, застосовують порошки бору, феробору або ферроборалу і суміш карбідів бору з бурою. Краще всього застосовувати засипки, що містять 84 % карбіду бору і 16 % бури. Перед введенням в суміш буру заздалегідь прожарюють і просівають через сито з розміром комірок 40—50 мкм. Змішування компонентів засипки здійснюється в змішувачах з розмельними тілами, протягом 4 годин.
Деталі завантажують в контейнери з нержавіючої сталі пошарово, засипають їх засипкою, нагрівають в захисному середовищі до температури 950 °С і витримують протягом 2—8 годин. Швидкість насичення поверхні бором залежить від складу боруємого матеріалу, температури, тривалості процесу і інших чинників. Швидкість борування пористих матеріалів збільшується в результаті протікання реакції як на зовнішній поверхні виробу, так і усередині пор. В результаті борування утворюється боридний шар достатньої глибини, добре зчеплений з основою. Поверхня деталі набуває високої мікротвердості.
Список літератури:
1. Степанчук А. Н., Билык И. И., Бойко П. А.. Технология порошковой металлургии / А.Н. Степанчук, И.И. Билык, П.А. Бойко.– К.: Выща шк. Головное изд-во, 1989. – 415 с.
2. Федорченко И. М. Композиционные спеченные антифрикционные материалы. – Киев: Наукова Думка, 1981. – с.
1 СПЕЧЕНІ ТВЕРДІ СПЛАВИ
Спечені тверді сплави представляють собою композиційні матеріали, в яких частинки твердих тугоплавких сполук (карбіди, нітриди, бориди перехідних металів) зцементовані більш легкоплавким металом (кобальтом, нікелем, залізом та їх сплавами).
Структура твердих сплавів гетерогенна і складається з частинок твердих тугоплавких з'єднань, зцементованих матеріалом того, що пов'язує. Розміри частинок твердої тугоплавкої складової в твердих сплавах зазвичай вельми малі і для більшості технічних сплавів коливаються в межах 0,5—10 мкм. Відомі також тверді сплави, що складаються тільки з твердих тугоплавких сполук, отримані пресуванням і спіканням високодисперсних вихідних порошків.
Спечені тверді сплави мають велику твердість 84...92 HRA, яка поєднується з високим опором зношенню за підвищених температур, найвищим модулем пружності серед інструментальних матеріалів (500–700 ГПа), границею міцності при стисненні 4000–6000 МПа. Але значення границі міцності при вигині й ударної в’язкості цих сплавів відносно невеликі: 1000–2500 МПа і 2–6 МПа·м2 відповідно.