СПОСОБ НЕПРЕРЫВНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО СПЕКАНИЯ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам спекания тормозных колодок из порошковых материалов на основе железа.

Известен способ изготовления тормозных колодок, включающий прокатку порошка и непосредственно после прокатки спекание полученной ленты.

Недостатком способа является большая продолжительность нагрева спекаемого материала и значительные энергетические затраты для обеспечения высокой температуры спекания.

Известен также способ изготовления тормозных колодок, включающий прокатку смеси фрикционного материала со склеивающими добавками, спекание и соединение фрикционного слоя со стальной подложкой под давлением или склеиванием.

Способ отличается высокой трудоемкостью.

Кроме того, склеивание фрикционных элементов с подложкой не обеспечивает термостойкости и надежности в эксплуатации, а термодиффузионное припекание длительно и энергоемко.

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ непрерывно-последовательного спекания изделий на основе железа, включающий предварительный нагрев заготовки до 150-200°С элементами сопротивления, окончательное спекание при 1180-1200°С токами высокой частоты.

Получаемые по известной технологии тормозные колодки на основе железа путем прокатки порошка, непрерывно-последовательного спекания, резки на мерные заготовки и соединения с подложкой. При нагреве в индукторе с температуры 150-200°С обнаруживают недостаточно высокое качество за счет неравномерности нагрева.

Кроме того, доведение температуры заготовки до 900°С в индукторе требует высоких энергетических и временных затрат.

Целью изобретения является повышение качества изделий и снижение энергоемкости процесса.

Эта цель достигается тем, что в способе непрерывно-последовательного спекания изделий на основе железа, преимущественно тормозных колодок, включающем предварительный нагрев заготовки элементами сопротивления, окончательное спекание при 1180-1200°С токами высокой частоты и охлаждение. Предварительный нагрев проводят до температуры исчезновения магнитных свойств материала заготовки, причем предварительный нагрев проводят до 910-930°С, а охлаждение осуществляют при подаче заготовки в зону охлаждения частью с наиболее низкой температурой.

Сущность способа заключается в следующем.

Ленту после прокатки подают в электропечь, длину которой подбирают таким образом, чтобы на выходе лента имела температуру 910-930°С и далее подают в индуктор проходного типа, который состыкован с электропечью.

Время прохождения ленты через индуктор обеспечивает достижение температуры 1180-1200°С изделием, при этом обеспечивается темп выдачи на ширину одной колодки, равный скорости процесса резки.

Выходной индуктор имеет выход в пресс со штампом, на котором вырубают колодку и выталкивают вниз на наклонную плоскость, которая заканчивается спреером. Причем вначале с водой контактирует та часть колодки, которая имеет более низкую температуру.

Резку колодки проводит при 1100-1120°С, т.е. при температуре, при которой не происходит разрушения кромок колодки.

Подача в спреер колодки частью, имеющей более низкую температуру, обеспечивает образование равномерной структуры по всему объему, что увеличивает долговечность работы колодки.

После спреера колодка подается на станок точечной сварки. Точечная сварка производится в четырех точках по центру колодки вдоль длинной стороны.

Интервалы температур предварительного нагрева 910-930°С и спекания 1180-1200°С взяты из опытных данных, которые объясняются следующим образом.

Для компактных материалов магнитные свойства у металлических изделий исчезают при температуре свыше температуры точки Кюри. Для изделий из спеченных материалов эта точка выше, так как тепло внутрь изделия передается неравномерно и более медленно вследствие наличия пор, а также присутствия порошкообразного графита. Поэтому, если изделие (в данном случае тормозная колодка) на поверхности имеет температуру 900°С, то внутри находится часть блоков, которые не достигли температуры точки Кюри. В процессе отработки технологии спекания установлено, что при пористости до 18% и содержании графита 2,5% магнитные свойства исчезают при 910-930°С. Температура при этом контролируется с помощью термопар.

Изделия из металлических порошков при спекании в печах и с помощью токов высокой частоты ведут себя по-разному.

При печном спекании в интервале температур 150-200°С электросопротивление заготовки растет. Это объясняется тем, что в начальной стадии нагрева происходит частичное восстановление кристаллической решетки, которая была деформирована при прессовании. При дальнейшем повышении температуры кристаллизация заканчивается, происходит расширение блоков, в результате чего происходит увеличение контактов, рост диффузионных процессов, что все в конечном счете приводит к падению электросопротивления.

При спекании с помощью токов высокой частоты отличительной особенностью является переход неметаллического контакта в металлический, т.е. микросварка. Однако на начальный период нагрева (до 570°С) тратится 30-70% времени от общего времени спекания, но время спекания можно сократить, применив в начальной стадии нагрева электропечь, так как за счет печного нагрева увеличивается число контактов во всем теле изделия, а следовательно, в индукторе увеличивается наведенный ток, что ведет к росту тепла, отдаваемого изделию. Следовательно, за счет увеличения отдачи тепла от перегрева в микроконтакте при сварке и увеличении тока происходит лавинообразное нарастание тепла в заготовке, так как увеличение контактов ведет к росту тока, а рост тока ведет к росту контактов.

Пример. Шихту на основе железа с легирующими добавками смешивали в двухконусном смесителе. После прокатки порошковую ленту разрезали на части длиной 1100 мм, последние конвейером подавали в электропечь, передвигали через 5 с на 110 мм. В электропечи ленту нагревали до 920°C и передавали в проходной индуктор, где ленту спекали при температуре 1190°С. Каждая заготовка колодки находилась в индукторе в среднем 75 с. После спекания ленту с темпом 5 с при 1110°С подавали в штамп, который был установлен на пресс типа К0626 с рабочим усилием 63 тс, с числом ходов в минуту 12. После резки полученную заготовку по лотку передавали в спреер, где охлаждали до комнатной температуры. Готовую заготовку колодки передавали на станок контактной сварки, где ее приваривали в четырех точках к подложке.

Полученные описываемым способом фрикционные колодки для тракторов ТТ-4, Т-4А прошли ускоренные стендовые испытания. Стендовые испытания показали следующие результаты.

Способ получения тормозных колодок позволяет получить фрикционные колодки с наименьшими затратами и наибольшей эффективностью использования оборудования.

Спеченные изделия из металлических порошков при проведении стендовых испытаний показали, что во всем интервале температур, при которых работают тормозные колодки, имеют износостойкость в 5,3-21 раз выше (таблица). С другой стороны, если колодки спекать печным методом, то для программы ПО "Алтайский тракторный завод" необходимо 12 прессов-автоматов по 250 тс и 23 печи спекания фрикционных материалов типа БЗПМ (Броварского завода порошковой металлургии). Для спекания тормозных колодок по описываемому способу необходимо 3 стана, 3 индуктора с печью предварительного подогрева, 3 генератора ТВЧ, 3 пресс-автомата по 40-60 тс, что значительно дешевле оборудования печного спекания и сокращает потребность в производственных площадях.

Увеличение времени предварительного нагрева в печи сопротивления приводит к выравниванию свойств изделий по объему, а увеличение числа контактов между металлическими частицами при этом не только сокращает время окончательного спекания в индукторе, но и гарантирует повышение равномерности механических и физических свойств изделий, поскольку чем больше число контактов между металлическими частицами в поступивших в индуктор заготовках, тем равномернее распределение плотности наведенного индукционного тока в заготовках.

Таким образом, описываемый способ позволяет повысить качество изделий, преимущественно тормозных колодок, и снизить энергоемкость процесса.