CS201952B1

CS201952B1 - Sposob výroby ocelových súčiastok s vysokými mechanickými vlastnosťami postupmi práškové] metalurgie

Info

Publication number: CS201952B1
Application number: CS191779A
Authority: CS
Inventors: Andrej Salak; Rudolf Simora; Stanislav Hlisnikovsky
Original assignee: Andrej Salak; Rudolf Simora; Stanislav Hlisnikovsky
Priority date: 1979-03-23
Filing date: 1979-03-23
Publication date: 1980-12-31

Description

(54) Sposob výroby ocelových súčiastok s vysokými mechanickými vlastnosťami postupmi práškové] metalurgie

Vynález sa týká spósobu výroby ocelových súčiastok s vysokými mechanickými vlastnosťami, najmá s vysokou odolnosťou voči opotrebeniu a s vysokou húževnatosťou, ktoré sa dosiahnu bez dodatočného zušlachťovania postupmi práškovej metalurgie. Takéto súčiastky sa možu s výhodou použiť aj pre podmienky dynamického namáhania aj pre podmienky klzného trenia.

V práškovej metalurgii sú známe spósoby výroby spekaných ocelových súčiastok s vysokými mechanickými vlastnosťami, pri ktorých sa vyžaduje popřípadě aj vysoká odolnosť voči opotrebeniu alebo aj vysoké húževnatostné vlastnosti. V případe húževnatostných vlastností třeba uviesť, že tu ide vždy iba o porovnávané hodnoty jednotlivých vlastností pri spekaných pórovitých materiáloch, pretože tieto sú vždy nižšie ako pri kompaktných materiáloch. Podstatou doterajších postupov je, že pre výrobu spomínaných ocelových súčiastok sa používajú prevažne práškové zmesi, ktoré okrem železa obsahujú obvykle vyššie obsahy médi, niklu, alebo ich kombinácie, ďalej chróm, vanád a popřípadě aj molybdén okrem zriedkavo používaných íných legúr. Súčasťou takýchto práškových zmesí je aj uhlík, ktorý sa přidává buď vo formě grafitu, sadzí alebo vo viazanej formě ako karbidy. Mangán pre spomínané účely sa přidává vždy v spojení napr. s niklom a chrómom, alebo v spojení s méďou a bórom, alebo s niklom a molybdénom, alebo v spojení s chrómom a molybdénom alebo s vanádom a molybdénom. Z hladiska húževnatostných vlastností, charakterizovaných prevažne hodnotami dynamickej a vrubovej húževnatosti, za najvýhodnejšie sa považujú ocele legované niklom a molybdénom alebo mangánom, chrómom a molybdénom s příslušným obsahom uhlíka. Takéto práškové zmesi po dókladnom premiešaní s přídavkem malzadla sa lisujú v uzavretých zápustkách na tvarové súčiastky najčastejšie tlakom 600 MPa. Pri lisovaní nižšími tlakmi sa neočakáva dosiahnutie potřebných vysokých vlastností. Spekanie súčiastok z práškových zmesí, obsahujúcich najmá mangán v akejkofvek formě, sa doporučuje vždy robiť pri teplote aspoň 1200 °C a vyššej'. Pri oceliach s prídavkami médi, niklu a molybdénu sa používá aj spekanie pri teplote 1120 °C. Pre zníženie pórovitosti a tým pre zvýšenie mechanických a najmá húževnatostných vlastností, spekané súčiastky sa podrobia dynamickému zhutňovaniu za tepla, prevažne kováním v uzavretých zápustkách. Pre zvýšenie odolnosti voči opotrebeniu takéto súčiastky obsahujúce potřebný vyšší obsah uhlíka, sa vždy zušlachťujú, a to kalením a popúšťa201952 ním alebo cementováním v spojení s následujícím tepelným spracovaním.

Nevýhodou doterajších spósobov je, že pre přípravu ocelí s potřebnými vysokými mechanickými a inými vlastnosťami používajú v prevažnej, miere legovanie poměrně drahými a deficitnými prvkami, ako je najmá med’ a nikel, pričom tieto prvky sa pridávajú niekedy v množstvách i 7 % hmotnostných a ojedinele i vyššie. Mangán v konkrétných pripadoch sa přidává prevažne v menších množstvách, a to vždy v spojení s niektorým ďalším prvkom. Ďalšou nevýhodou je, že spekanie sa robí pri poměrně vysokých teplotách, čo zvyšuje výrobné náklady a nároky na technické vybavenie. Za ďalšiu nevýhodu možno považovat, že vo všetkých pripadoch, kde sú súčiastky v prevádzke podrobené treniu pri zvýšených tlakoch, pre zvýšenie odolnosti voči opotrebovaniu takéto súčiastky sa vždy chemicho-tepelne alebo tepelne spracovávajú, čo sú opáť dodatočné operácie zvyšujúce výrobné náklady. Přitom pri takomto tepelnom spracovaní nastávajú často změny rozmerov súčiastky, preto tieto sa lisuj ú s váčšími prí dávkám i pre dodatočné brúsenie. Nevýhodou doterajšieho spósobu tiež je, že pire požadované poměrně přesné dodržanie obsahu uhlíka v materiáli súčiastky, je nevyhnutné používat buď spekacie atmosféry s kontrolovaným uhlíkovým potenciálom alebo vhodné zásypy pre zabránenie oduhličeniu.

Vyššie uvedené nevýhody nemá spósob výroby ocelových súčiastok s vysokými mechanickými vlastnosťami postupmi práškovej metalurgie, najmá s vysokou húževnatosťou a s vysokou odolnosťou voči opotrebeniu dosahovanú bez dodatočného zušfachťovania, ktorého podstatou je, že východisková prášková zmes, obsahujúca okrem železa 1,5 až 5 % mangánu, 0,2 až 1 % molybdénu a 0,1 až 0,8 % hmotnostných uhlíka, sa lisuje na tvarové súčiastky, ktoré sa potom spekajú v plynnej atmosféře, zo spekacej teploty sa ochladzujú a potom sa podrobia deformácii za studená.

V zaujme optimálneho využitia všetkých frakqií, pri sposobe podfa vynálezu s výhodou sa použije práškové železo s vefkosťou častíc menšou ako 0,20 mm. Mangán k práškovému železu sa přidá v práškovej formě s výhodou ako elementárny kovový mangán, alebo ako zliatina železo-mangán alebo železo -mangán-uhlík. Podobné molybdén sa přidá v práškovej formě ako elementárny kovový molybdén alebo ako zliatina železo-molybdén. Potřebné vlastnosti tvarových lisovaných súčiastok sa zaistia spekaním pri nižších teplotách, a to v rozsahu s výhodou 1050 až 1200 °C po dobu neprevyšujúcu 3 h v plynnej redukčnej atmosféře obsahujúcej najmenej 2 % objemové vodíka. Spekané výlisky pre dosiahnutie potrebnej štruktúry materiálu sa ochladzujú iba pomaly zo spekacej pece rýchlosťou s výhodou nižšou ako 2 °C.s^_1, alebo sa ochladzujú priamo zo spekacej alebo z primerane nižšej teploty na vzduchu bez nutnosti ďalšieho ohřevu. V záujme zvýšenia přesnosti rozmerov súčiastok pre vylúčenie dodatečných operách trieskového opracovania alebo brúsením, dosiahnutá zmesná štruktúra materiálu umožňuje podrobiť súčiastky deformácii za studená s redukciou nepřevyšuj úcou 10 %, s výhodou přetlačováním.

Pri riešení podfa vynálezu je nielen zachovaný základný postup práškovej metalurgie, a to lisovanie a spekanie, ale požadované vysoké vlastnosti sa dosahujú použitím vhodného zloženia práškovej ocele iba kombináciou obsahu mangánu, molybdénu a uhlíka. Spekaním tvarových súčiastok lisovaných z takejto práškovej zmesi už pri nižších teplotách sa vytvoří zmesná feriticko-bainiticko-martenzitická štruktúra, pričom podiel jednotlivých štruktúrných zložiek je odvislý od uvedených fyzikálnych a technologických parametrov, ktorá zaisťuje dosiahnutie vysokých húževnatostných vlastností v poměrně širokom rozsahu obsahov uhlíka a pórovitosti výliskov. Přitom táto zmesná štruktúra vykazuje v spekanom stave bez dodatečného zušfachťovania aj vysokú odolnosť vůči opotrebovaniu třením, ktorá je podru ienená aj dostatečné vysokou tvrdosťou súčiastok v spekanom stave. Tieto materiály majú zníženú citlivost na určité rozdiely v obsahu uhlíka, preto, je možné ich úspěšně spekať v plynnej redukčnej atmosére bez presnej kontroly uhlíkového potenciálu. Tým dochádza k miernemu oduhličeniu povrchu súčiastok, čo umožňuje nasledujúcu deformáciu za studená přetlačováním, pri ktorej dojde nielen k spresneniu rozmerov súčiastky, ale aj k dodatečnému deformačnému spevneniu ovplyvnenej vrstvy. V pripadooh, kde sa vyžaduje z funkčných dóvodov nižšia pórovitost, než akú je možné ekonomicky dosiahnuť obvykle lisováním a spekaním, je možné ich taktiež zhutňovať za tepla, s výhodou kováním.

Příklad 1

K mechanickému práškovému železu v žíhanom stave s vefkosťou častíc menšou ako 0,16 mm sa přidá mangán v množstve 3,5 % hmotnostných vo formě práškovej zliatiny železo-mangán, ktorá obsahuje aj 7,5 % hmotnostných uhlíka, 0,5% molybdénu vo formě práškovej zliatiny železo-molybdén, uhlík vo formě grafitů do celkového jeho obsahu 0,6 % hmotnostných a 1 % stearanu zinočnatého ako mazadlo. Z tejto práškovej zmesi po dókladnom premiešaní sa vylisujú tlakom 589 MPa tvarové súčiastky, trhacie tyčky, ktoré sa spekajú pri teplote 1120 °C po dobu 3 h v atmosféře štiepeného čpavku s obsahom vodíka 75 % objemových. Súčiastky zo spekacej teploty sa ochladzujú v peci rýchlosťou lasi 0,5 °C. s'¹. Po tomto spracovaní jednoduchým lisováním a spekaním trhacie tyčky dosiahli medzu pevnosti 625 MPa, tvrdost 182 HV10, dynamickú húževnatosť zistenú na tyčkách bez vrubu 25,6 J. cm'²pri hustotě 6,91 g. cm'³,

Příklad 2

Z práškovej zmesi ako v příklade 1 bez přídavku grafiju sa vylisujú v uzavretých zápustkách tlakom 589 MPa tvarové súčiastky, ozubené kolesá s-hmotnosťou 125 g, ktoré sa potom spekajú pri teplote 1120°C po dobu 3 h v štiepenom čpavku a z tejto teploty sa ochladzujú v peci rýchlosťou asi 0,5 °C . s^_i. Po tomto spracovaní mali ozubené kolesá hustotu 6,96 g . cm'^{1 2 3 4} a pevnost v ohybe stanovená na tyčkách vyrobených zo zubov ozubeného kolesa 920 MPa. Tieto ozubené kolesá bez dodatočného zušlachtovania po opracovaní na požadované presnejšie rozměrové tolerancie, bolí nasadené v olejovom čerpadle ako hnacie a hnané koleso pri pulzujúcom tlaku 0,2 až 3,5 MPa po dobu 5000 h. Po tomto dynamickom zatažení za podmienok trenia, vnútorný otvor ozubeného kolesa sa zváčšil v rozsahu 0 až 0,01 % a výška ozubeného kolesa pri tření o steny telesa čerpadla sa zmenšila menej ako o 0,001 %. Tieto údaje svedčia o vysokých húževnatostných vlastnostiach i o vysokej odolnosti voči opotrebeniu súčiastok vyrobených postupom podlá vynálezu.

Sposob podía vynálezu má okrem technických aj ekonomické výhody, ktoré sa dosahujú úsporným legováním, spekaním pri nižších teplotách, vylúčením nutnosti používania kontrolovaných spekacích atmosfér a tiež tým, že v značnom rozsahu prípadov aplikácií sa vystačí s vlastnostami súčiastok dosiahnutých iba jednoduchým lisováním a spekaním. Sposob podía vynálezu je možné úspěšně využiť v práškovej metalurgii pre výrobu spekaných ocelových súčiastok, pri ktorých sa vyžadujú jednak vysoké mechanické vlastnosti, jednak vysoké napr. aj húževnaté vlastnosti, jednak výhodné trecie vlastnosti s vysokou odolnosťou voči opotrebeniu, ako napr. ozubené kolesá, trecie prvky alebo ináč mechanicky namáhané súčiastky.

PREDMET VYNALEZU

Claims

PREDMET VYNALEZU

1. Sposob výroby ocelových súčiastok s vysokým i mechanickými vlastnostami postupmi práškovej metalurgie, najma s vysokou húževnatosťou a s vysokou odolnosťou voči opotrebovaniu, dosahovaná bez dodatečného zušlachtovania, vyznačujúci sa tým, že východisková prášková zmes, obsahujúea okrem železa 1,5 až 5 % mangánu, 0,2 až 1% molybdénu a 0,1 až 0,8% hmotnostných-uhlíka, sa lisuje na tvarové súčiastky, ktoré sa potom spekajú v plynnej atmosféře, zo spekacej teploty sa ochladzujú a potom sa podrobia deformácii za studená.

2. Sposob podlá bodu 1, vyznačujúci sa tým, že sa použije práškové železo s velkosťou častíc mensou ako 0,20 mm.

3. Sposob podlá bodu 1 vyznačujúci sa tým, že mangán sa přidá v práškovej formě s výhodou ako kovový elementárny mangán alebo ako zliatina železo-mangán alebo železo-mangán-uhlík.

4. Sposob podía bodu 1, vyznačujúci sa tým, že molybdén sa přidá v práškovej formě s výhodou ako kovový elementárny molybdén alebo ako zliatina železo-molybdén.

5. Sposob podía bodu 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že vylisované tvarové súčiastky sa spekajú pri teplote 1050 až 1200 °C po dobu neprevyšujúcu 3 h.

6. Sposob podía bodu 1 a 5, vyznačujúci sa tým, že spekanie sa robí v plynnej redukčnej atmosféře obsahujúcej vodík v množstve viacej ako 2 % objemové.

7. Sposob podlá bodu 1, vyznačujúci sa tým, že súčiastky sa ochladzujú zo spekacej teploty s výhodou rýchlosťou mensou ako 2 ^QC. β-*.

8. Sposob podl’a bodu 1 vyznačujúci sa tým, že súčiastky sa ochladzujú zo spekacej teploty alebo z nižšej teploty na vzduchu.

9. Sposob podlá bodu 1 vyznačujúci sa tým, že spekané súčiastky sa podrobia deformácii za studená obvykle neprevyšujúcej 10 %, s výhodou přetlačováním.