CS201952B1 - Method of making the steel components with high mechanical properties by the processus of the powder metallurgy - Google Patents

Description

ČESKOSLOVENSKÁ SOCIALISTICKÁ POPIS VYNALEZU 201952 R E P U B L 1 K A (11) (Bl) ( 18 ) K AUTORSKÉMU OSVEDČENIU (51) Int. Cl,3 B 22 F .3/16 (22) Přihlášené 23 03 79(21) (PV 1917-79) <4 (40) Zverejnené 31 01 80 ÚŘAD PRO VYNÁLEZY A OBJEVY (45) Vydané 15 10 82 (75)

Autor vynálezu SALAK ANDREJ ing. CSc., KOSICE, SIMORA RUDOLF, DUBNICA NADVÁHOM a HLISNIKOVSKÝ STANISLAV ing., DOLNÝ KUBlN (54) Spósob výroby ocelových súčiastok s vysokými mechanickými vlast-nosťami postupmi práškové] metalurgie

Vynález sa týká spósobu výroby ocelovýchsúčiastok s vysokými mechanickými vlast-nosťami, najma s vysokou odolnosťou vočiopotrebeniu a s vysokou húževnatosťou, kto-ré sa dosiahnu bez dodatočného zušlachťova-nia postupmi práškovej metalurgie. Takétosúčiastky sa móžu s výhodou použit aj prepodmienky dynamického namáhania aj prepodmienky klzného trenia. V práškovej metalurgii sú známe spósobyvýroby spekaných ocelových súčiastok s vy-sokými mechanickými vlastnosťami, pri kto-rých sa vyžaduje popřípadě aj vysoká odol-nost voči opotrebeniu alebo aj vysoké húžev-natostné vlastnosti. V případe húževnatost-ných vlastností třeba uviesť, že tu ide vždyiba o porovnávané hodnoty jednotlivýchvlastností pri spekaných pórovitých materiá-loch, pretože tieto sú vždy nižšie ako pri kom-paktných materiáloch. Podstatou doterajšíchpostupov je, že pre výrobu spomínaných oce-lových súčiastok sa používajú prevažne práš-kové zmesi, ktaré okrem železa obsahiujú ob-vykle vyššie obsahy médi, niklu, alebo ichkombinácie, ďalej chróm, vanád a popřípaděaj molybdén okrem zriedkavo používanýchiných legúr. Súčasťou takýchto práškovýchzmesí je aj uhlík, ktorý sa přidává buď voformě grafitu, sadzí alebo vo viazanej forměako karbidy. Mangán pre spomínané účely sa přidává vždy v spojení napr. s niklom achrómom, alebo v spojení s méďou a bórom,alebo s niklom a molybdénom, alebo v spoje-ní s chrómom a molybdénom alebo s vaná-dom a molybdénom. Z hladiska húževnatost-ných vlastností, charakterizovaných prevaž-ne hodnotami dynamickej a vrubovej húžev-natosti, za najvýhodnejšie sa považujú ocelelegované niklom a molybdénom alebo man-gánom, chrómom a molybdénom s přísluš-ným obsahom uhlíka. Takéto práškové zme-si po dókladnom premiešaní s prídavkommalzadla sa lisujú v uzavretých zápustkáchna tvarové súčiastky najčastejšie tlakom600 MPa. Pri lisovaní nižšími tlakmi sa ne-očakáva dosiahnutie potřebných vysokýchvlastností. Spekanie súčiastok z práškovýchzmesí, obsahujúcich najma mangán v akej-kolvek formě, sa doporučuje vždy robiť priteplote aspoň 1200 °C a vyššej'. Pri 'oceliachs prídavkami médi, niklu a molybdénu sa po-užívá aj spekanie pri teplote 1120°C. Prezníženie pórovitosti a tým pre zvýšenie me-chanických a najma húževnatostných vlast-ností, spekané súčiastky sa podrobia dyna-mickému zhutňovaniu za tepla, prevažne ko-váním v uzavretých zápustkách. Pre zvýšenieodolnosti voči opotrebeniu takéto súčiast-ky obsahujúce potřebný vyšší obsah uhlíka,sa vždy zušlachťujú, a to kalením a popúšťa- 201952 ním alebo cementováním v spojení s násle-dujícím tepelným spracovaním.

Nevýhodou doterajších spósobov je, že prepřípravu ocelí s potřebnými vysokými me-chanickými a inými vlastnosťami používajúv prevažnej, miere legovanie poměrně dra-hými a deficitnými prvkami, ako je najmameď a nikel, pričom tieto prvky sa pridávajúniekedy v množstvách i 7 % hmotnostnýcha ojedinele i vyššie. Mangan v konkrétnýchprípadoch sa přidává prevažne v menšíchmnožstvách, a to vždy v spojení s niektorýmdalším prvkom. Ďalšou nevýhodou je, že spe-kanie sa robí pri poměrně vysokých teplo-tách, čo zvyšuje výrobně náklady a nárokyna technické vybavenie. Za ďalšiu nevýhodumožno považovat, že vo všetkých prípadoch,kde sú súčiastky v prevádzke podrobené tre-niu pri zvýšených tlakoch, pre zvýšenie odol-nosti voči opotrebovaniu takéto súčiastky savždy chemicko-tepelne alebo tepelne spraco-vávajú, čo sú opat dodatočné operácie zvy-šujúce výrobně náklady. Přitom pri takomtotepelnom spracovaní nastávajú často změnyrozmerov súčiastky, preto tieto sa lisuj ús váčšími prí dávkám i pre dodatočné brúsenie.Nevýhodou doterajšieho spósobu tiež je, žepire požadované pomeme přesné dodržanieobsahu uhlíka v materiáli súčiastky, je ne-vyhnutné používat buď spekacie atmosférys kontrolovaným uhlíkovým potenciálomalebo vhodné zásypy pre zabránenie oduhli-čeniu.

Vyššie uvedené nevýhody nemá spósob vý-roby ocelových súčiastok s vysokými mecha-nickými vlastnosťami postupmi práškovejmetalurgie, najma s vysokou húževnatosťoua s vysokou odolnosťou voči opotrebeniu do-sahovanú bez dodatočného zušlachťovania,kťorého podstatou je, že východisková práš-ková zmes, obsahujúca okrem železa 1,5 až5 % mangánu, 0,2 až 1 % molybdénu a 0,1 až0,8 % hmotnostných uhlíka, sa lisuje na tva-rové súčiastky, ktoré sa potom spekajúv plynnej atmosféře, zo spekacej teploty saochladzujú a potom sa podrobia deformáciiza studená. V záujme optimálneho využitia všetkýchfrakcií, pri spósobe podlá vynálezu s výho-dou sa použije práškové železo s velkosťoučastíc menšou ako 0,20 mm. Mangán k práš-kovému železu sa přidá v práškovej forměs výhodou ako elementárny kovový mangán,alebo ako zliatina železo-mangán alebo železo-mangán-uhlík. Podobné molybdén sa přidáv práškovej formě ako elementárny kovovýmolybdén alebo ako zliatina železo-molyb-dén. Potřebné vlastnosti tvarových lisova-ných súčiastok sa zaistia spekaním pri nižšíchteplotách, a to v rozsahu s výhodou 1050 až1200 °C po dobu neprevyšujúcu 3 h v plyn-nej redukčnej atmosféře obsahujúcej najme-nej 2 % objemové vodíka. Spekané výliskypre dosiahnutie potrebnej štruktúry materiá-lu sa ochladzujú iba pomaly zo spekacej pecerýchlosťou s výhodou nižšou ako 2 °C.s_1,alebo sa ochladzujú priamo zo spekacej ale-bo z primerane nižšej teploty na vzduchu bez nutnosti ďalšieho ohřevu. V záujme zvý-šenia přesnosti rozmerov súčiastok pre vylú-čenie dodatečných operách trieskového opra-covania alebo brúsením, dosiahnutá zmesnáštruktúra materiálu umožňuje podrobit sú-čiastky deformácii za studená s redukciounepřevyšuj úcou 10 %, s výhodou přetlačová-ním.

Pri riešení podl’a vynálezu je nielen zacho-vaný základný postup práškovej metalurgie,a to lisovanie a spekanie, ale požadované vy-soké vlastnosti sa dosahujú použitím vhod-ného zloženia práškovej ocele iba kombiná-ciou obsahu mangánu, molybdénu a uhlíka.Spekaním tvarových súčiastok lisovanýchz takejte práškovej zmesi už pri nižších tep-lotách sa vytvoří zmesná feriticko-bainiticko--martenzitická štruktúra, pričom podiel jed-notlivých štruktúrných zložiek je odvislý oduvedených fyzikálnych a technologických pa-rametrov, ktorá zaisťuje dosiahnutie vyso-kých húževnatostných vlastností v poměr-ně širokom rozsahu obsahov uhlíka a pó-rovitosti výliskov. Přitom táto zmesná štruk-túra vykazuje v spekanom stave bez doda-tečného zušlachťovania aj vysokú odolnostvůči opotrebovaniu třením, ktorá je pod-mienená aj dostatečné vysokou tvrdosťousúčiastok v spekanom stave. Tieto materiá-ly majú zníženú citlivost na určité rozdie-ly v obsahu uhlíka, preto, je možné ich ús-pěšně spekať v plynnej redukčnej atmosé-re bez presnej kontroly uhlíkového poten-ciálu. Tým dochádza k miernemu oduhličeniupovrchu súčiastok, čo umožňuje nasledu-júcu deformáciu za studená přetlačováním,pri ktorej dojde nielen k spresneniu rozme-rov súčiastky, ale aj k dodatečnému defor-mačnému spevneniu ovplyvnenej vrstvy.V prípadoch, kde sa vyžaduje z funkčnýchdóvodov nižšia pórovitosť, než akú je mož-né ekonomicky dosiahnuť obvykle lisová-ním a spekaním, je možné ich taktiež zhutňo-vať za tepla, s výhodou kováním. Příklad 1 K mechanickému práškovému železu v ží-hanom stave s velkosťou častíc menšou ako0,16 mm sa přidá mangán v množstve 3,5 %hmotnostných vo formě práškovej zliatinyželezo-mangán, ktorá obsahuje aj 7,5 %hmotnostných uhlíka, 0,5% molybdénu voformě práškovej zliatiny železo-molybdén,uhlík vo formě grafitu do celkového jeho ob-sahu 0,6 % hmotnostných a 1 % stearanu zi-nočnatého ako mazadlo. Z tejto práškovejzmesi po dókladnom premiešaní sa vylisujútlakom 589 MPa tvarové súčiastky, trhacietyčky, ktoré sa spekajú pri teplote 1120 °Cpo dobu 3 h v atmosféře štiepeného čpavkus obsahom vodíka 75 % objemových. Súčiast-ky zo spekacej teploty sa ochladzujú v pecirýchlosťou lasi 0,5 °C. s'1. Po tomto spraco-vaní jednoduchým lisováním a spekaním tr-hacie tyčky dosiahli medzu pevnosti 625 MPa,tvrdost 182 HV10, dynamickú húževnatosťzistenú na tyčkách bez vrubu 25,6 J. cm'2pri hustotě 6,91 g. cm'3,

Claims (9)

1. Příklad 2 Z práškovej zmesi ako v příklade 1 bez pří-davku grafiju sa vylisujú v uzavretých zá-pustkách tlakom 589 MPa tvarové súčiastky,ozubené kolesá s-hmotnosťou 125 g, ktoré sapotom spekajú pri teplote 1120 °C po dobu3 h v štiepenom čpavku a z tejto teploty saochladzujú v peci rýehlosťou asi 0,5 °C . s_i.Po tomto spracovaní malí ozubené kolesáhustotu 6,96 g . cm'1 2 3 4 a pevnost v ohybe stano-vená na tyčkách vyrobených zo zubov ozu-beného kolesa 920 MPa. Tieto ozubené kole-sá bez dodatočného zušlachťovania po opra-covaní na požadované presnejšie rozměrovétolerancie, bolí nasadené v olejovom čerpadleako hnacie a hnané koleso pri pulzujúcomtlaku 0,2 až 3,5 MPa po dobu 5000 h. Po tomtodynamickom zatažení za podmienok trenia,vnútorný otvor ozubeného kolesa sa zváčšilv rozsahu 0 až 0,01 % a výška ozubeného ko-lesa pri tření o steny telesa čerpadla sa zmen-šila menej ako o 0,001 %. Tieto údaje sved- čia o vysokých húževnatostných vlastnos-tiach i o vysokej odolnosti voči opotrebeniusúčiastok vyrobených postupom podl’a vyná-lezu. Spósob podl’a vynálezu má okrem technic-kých aj ekonomické výhody, ktoré sa dosahu-jú úsporným legováním, spekaním pri nižšíchteplotách, vylúčením nutnosti používaniakontrolovaných spekacích atmosfér a tiežtým, že v značnom rozsahu prípadov aplikáciísa vystačí s vlastnosťami súčiastok dosiahnu-tých iba jednoduchým lisováním a spekaním.Spósob podl’a vynálezu je možné úspěšně vy-užit v práškovej metalurgii pre výrobu spe-kaných ocelových súčiastok, pri ktorých savyžadujú jednak vysoké mechanické vlast-nosti, jednak vysoké napr. aj húževnaté vlast-nosti, jednak výhodné trecie vlastnosti s vy-sokou odolnosťou voči opotrebeniu, ako napr.ozubené kolesá, trecie prvky alebo ináč me-chanicky namáhané súčiastky. PŘEDMET VYNALEZU

   1. Spósob výroby ocelových súčiastok s vyso-kým i mechanickými vlastnosťami postup-mi práškovej metalurgie, najma s vysokouhúževnatosťou a s vysokou odolnosťou vočiopotrebovaniu, dosahovaná bez dodatečné-ho zušlachťovania, vyznačujúci sa tým, ževýchodisková prášková zmes, obsahuj úcaokrem železa 1,5 až 5 % mangánu, 0,2 až1% molybdenu a 0,1 až 0,8% hmotnost-ných-uhlíkia, sa lisuje na tvarové súčiastky,ktoré sa potom spekajú v plynnej atmosfé-ře, zo spekacej teploty sa ochladzujú a po-tom sa podrobia deformácii za studená.
2. 2. Spósob podl’a bodu 1, vyznačujúci sa tým,že sa použije práškové železo s vefkosťoučastíc menšou ako 0,20 mm.
3. 3. Spósob podlá bodu 1 vyznačujúci sa tým,že mangán sa přidá v práškovej formě s vý-hodou ako kovový elementárny mangánalebo ako · zliatina železo-mangán alebo že-lezo-mangán-uhlík.
4. 4. Spósob podlá bodu 1, vyznačujúci sa tým, že molybdén sa přidá v práškovej forměs výhodou ako kovový elementárny molyb-dén alebo ako zliatina železo-molybdén.
5. 5. Spósob podlá bodu 1 až 4, vyznačujúci satým, že vylisované tvarové súčiastky saspekajú pri teplote 1050 až 1200 °C po do-bu neprevyšujúcu 3 h.
6. 6. Spósob podlá bodu 1 a 5, vyznačujúci satým, že spekanie sa robí v plynnej redukč-nej atmosféře obsahujúcej vodík v množ-stve vracej ako 2 % objemové.
7. 7. Spósob podl’a bodu 1, vyznačujúci sa tým,že súčiastky sa ochladzujú zo spekacej tep-loty s výhodou rýehlosťou menšou ako2 QC. s-i.
8. 8. Spósob podl’a bodu 1 vyznačujúci sa tým,že súčiastky sa ochladzujú zo spekacej tep-loty alebo z nižšej teploty na vzduchu.
9. 9. Spósob podl’a bodu 1 vyznačujúci sa tým,že spekané súčiastky sa podrobia deformá-cii za studená obvykle neprevyšujúcej10 %, s výhodou přetlačováním.