Технологія виготовлення антифрикційних матеріалів

Технологія виготовлення більшості порошкових антифрикційних виробів включає наступні основні операції: приготування шихти, пресування, спікання, іноді просочення мастилом і калібрування (механічна обробка). При необхідності вироби піддають додатковій термічній або хіміко-термічній обробці. Загальна технологічна схема наведена на рисунку 4.2.

 

 

Вихідні порошки

 

Змішування

 

Пресування

 

Спікання

 

Просочування

(машинним мастилом, суспензією тердого мастила, розплавом металу та інш.)

 

Калібрування

(Механічна обробка)

 

Рисунок 4.2 – Узагальнена технологічна схема виготовлення виробів з антифрикційних матеріалів

 

Основна технологічна схема виготовлення найбільш масових підшипників з пористих матеріалів на основі міді і заліза включає операції підготовки початкових компонентів і суміші порошків, пресування, спікання, просочення виробів мастилом, калібрування. По цій схемі виготовляють антифрикційні матеріали з пористістю 15…35 %.

Для отримання більш щільних антифрикційних матеріалів для підшипників ковзання, торцевих і радіальних ущільнень і інших виробів з пористістю 10…15 %, які містять речовини, що грають роль твердого мастила, застосовують двократне пресування і спікання або об'ємне обтискання порошкового брикету.

При виготовленні антифрикційних матеріалів з пористістю менше 10 % звичайне спікання замінюють спіканням під тиском, гарячим пресуванням, екструзією або іншими операціями.

У загальному випадку технологічна схема процесу вибирається залежно від матеріалу, типу та призначення виробу.

Підготовка вихідної сировини. Вихідною сировиною для виготовлення виробів з композиційних антифрикційних матеріалів служать порошки металів і неметалів. З метою надання вихідним матеріалам характеристик, що забезпечують необхідні властивості виробів, їх можна піддавати підготовчим операціям: відновному відпалу, розмелу, розсіюванню на фракції. 

Змішування. Ця операція важливою при отриманні виробів з двох та більше компонент. Від якості змішування багато у чому залежать властивості кінцевих матеріалів та їх експлуатаційні властивості. Компоненти шихти дозують по масі або об'єму, завантажують в робочий простір змішувача і перемішують протягом 2…4 годин. У випадку, коли компоненти вихідної шихти відрізняються за щільністю, для запобігання їх ліквації у шихту добавляють машинне масло у кількості  0,5…1,5 %.

Пресування. При виготовленні порошкових антифрикційних виробів найчастіше використовують метод пресування в закритих прес-формах під тиском від 300 до 800 МПа. Даний метод є найбільш простим і високопродуктивним. Звичайно для цього використовують механічні преса-автомати. Величина тиску пресування залежить від складу суміші. При цьому антифрикційні присадки, що вводяться, можуть істотно впливати на зміну тиску пресування. Наприклад, графить і сульфід молібдену значно знижують оптимальний тиск пресування і, при інших рівних умовах, підвищують щільність пресованих виробів. Зниженню оптимального тиску пресування також сприяє змащування прес-форм рідким мастилом (масляною емульсією, жирними кислотами типу стеаринової або олеїнової) і введенні до складу суміші стеаратів цинку, кальцію, алюмінію, магнію, свинцю, літію. Введення цих мастил до складу шихти в кількості до 0,5…2 % також запобігає схоплюванню пресованого порошку із стінками прес-форми.

Спікання. Спікання антифрикційних матеріалів на основі міді і заліза проводять в захисному середовищі в муфельних печах при температурах 800…1200 ⁰С. Основною особливістю спікання антифрикційних пористих матеріалів є необхідність контролю взаємодії антифрикційних компонентів з основою матеріалу, легуючими присадками та середовищем спікання.

Спікання антифрикційних матеріалів з чистих порошків заліза або залізографіту протікає в твердій фазі. Спікання складніших систем, таких як свинцева і олов'яниста бронза, бронзографіт, залізо – мідь – графить, залізо – графить – сірка і т. п., характеризується наявністю при спіканні рідкої фази, яка зникає по мірі утворення сплаву внаслідок протікання дифузійних процесів або зберігається протягом всього процесу.

Зникнення або збереження рідкої фази залежить від концентрації введених елементів і меж їх розчинності в основному матеріалі. Металографітові матеріали (з високим вмістом графіту), з метою досягнення високої механічної міцності, спікають за наявності рідкої фази, що утворюється при плавленні металевого компоненту. При цьому забезпечують змочування частинок графіту металевою фазою. У разі недостатньої змочуваності та для запобігання випотівання рідкої фази при спіканні до складу матеріалу вводять спеціальні поверхнево-активні добавки, роль яких зводиться до зменшення поверхневої енергії на межі розділу тверда фаза – рідина, що проявляється у зменшенні краєвого кута змочування.

Просочування. У багатьох випадках при виготовленні виробів антифрикційного призначення для надання їм властивості самозмащування проводять їх просочування мастилом (найчастіше мінеральним маслом). Звичайно проводять просочування виробів, які мають після спікання пористість більшу за 15…20%.

Просочування проводять у ваннах з електропідігрівом на повітрі. Для цього деталі, завантажені в перфоровані контейнери, занурюють в масло, розігріте до 100…120 °С, і витримують протягом 1,5…2 год. Ступінь заповнення пор при цьому повинен складати 80—90 %. Для більшого ступеня заповнення об'єму пор мастилом застосовують просочення виробів у вакуумі. 

У цих випадках тривалість просочування скорочується до 10…15 хв.

Просочення пористих каркасів на основі міді і заліза фторопластом здійснюється у вакуумі шляхом багатократного занурення виробів (з проміжною сушкою) в суспензію фторопласту. Після введення фторопласту в пористий каркас деталі нагрівають в середовищі аргону до 330…380 °С з витримкою при цій температурі протягом 1…2 години  для полімеризації фторопласту.

Калібровка (Механічна обробка). Після просочення деталі поступають на калібрування з метою досягнення необхідних їх розмірів та чистоти робочої поверхні. Підшипники, що працюють в режимі змащування, після калібрування обов'язково повинні бути піддані повторному просоченню маслом. Іноді проводять механічну обробку деталей яка полягає у знятті задирів та фасок на токарних станках.