CS204987B2

CS204987B2 - Method of making the steel powder of high current density scattered by water

Info

Publication number: CS204987B2
Application number: CS745721A
Authority: CS
Inventors: Hung-Chi Chao; John H Gross; Robert R Judd; Roger L Rueckl
Original assignee: Uss Eng & Consult
Priority date: 1973-08-16
Filing date: 1974-08-15
Publication date: 1981-04-30
Also published as: NL7411023A; US3900309A; DD113314A5; FR2245439B1; AR201605A1; CA1041324A; HU178361B; BE818640A; NO142337C; FR2245439A1; GB1475421A; NO742934L; IT1016831B; BR7406686D0; AU7153474A; NO142337B; DE2438841A1; YU224574A; SE7410336L; PL113721B1

Description

Vynález se týká způsobu výroby ocelového prášku o- vysoké běžné hustotě, rozptýleného vodou, při kterém se vyrobí vodou rozptýlené ocelové částice -s předem -daným rozdělením velikostí, kde nejméně 80- % uvedených částic je jemnějších, než je pro 80 ok síta, a uvedené rozdělení má hodnotu podle charakteristiky velikosti částic P v rozmezí 2,0 až 4,0, částice se změkčí tepelným zpracováním při teplotě od 760 °C do 1160 “C a jejich obsah kyslíku -se sníží -na hodnotu nižší než 0,2 % hmot., přičemž se tepelným zpracováním částice k sobě spekou.

V současné době se užívá -různých způsobů pro výrobu- kovových prášků. Kovové prášky mohou být vyrobeny elektrolytickou cestou nebo- přímou redukcí kysličníků kovů nebo redukcí halogenidů kovů nebo- rozštěpením pomocí kapalin o vysokém tlaku, to jest vody -a netečných plynů. Pro výrobu ocelových prášků tvářením ve velkých množstvích jsou jasně hospodárnější redukce kysličníků kovů a rozptýlení vodou. Druhý z obou uvedených způsobů, to jest -výroba ocelových prášků -rozptýlením vodou, má výsledný produkt o nižším obsahu kovu. Vodou rozptýlené ' prášky - tedy -projevují lepší vlastnosti než tekutina, to jest lepší účinnost při přivádění do lisovacího procesu, a proto umožňují -dosáhnout vyšších výrob2 nich parametrů při výrobě součástí postupy práškové metalurgie. Příklad způsobu rozptylování - vodou je uveden v patentovém spise Spojených -států amerických číslo 3 325 277. Ačkoliv tento způsob -má mnoho . výhod, je zde přesto určité omezení, pokud jde o mechanické vlastnosti prášků, které mohou být -tímto způsobem vyrobeny. Hustota -obchodně užívaných vodou rozptýlených ocelových prášků se běžně pohybuje v rozmezí od 2,8 g. cm^-3 do 3,2 g. . cm’⁵. Hustota je dána měřením hmotnosti prášku v kalibrované nádobě. Protože hustota může být ovlivněna způsobem balení, bylo- toto měření obecně normalizováno· a provádí se jako měření průtoku prášku otvorem o průměru 2,54 mm a délce 3,165 -mm, umístěným 25,4 mm nad horním povrchem nádoby, -která má obsah 25 cm³.

Způsob výroby - prášku o vysoké běžné hustotě z litiny je popsán v patentovém spise č. 3 597 188 Spojených států -amerických. Tento způsob je však omezen na výrobu hrubých prášků, které jsou křehké vzhledem- ke čnanému obsahu uhlíku. Zatímco většina prášků vyrobených rozptylováním vodou má jemnost odpovídající asi hodnotě 80 ok síta, přičemž větší část je jemnější než 200 ok, je tento- postup nehospodárný, protože více než polovina původně vyrobeného prášku se nota následujícím . způsobem. Celková hmotnost v podílech se nejprve uťčí u těch částic, které byly - zadrženy na sítech o počtu ok 100, 140, 200, 230 a 325, a dále zbytku na míse. Potom se takto určené podíly sečtou a dělí číslem 100. Tímto způsobem a při užití této- definice odpovídá větší - hodnotě charakteristik velikostí částic P hrubší rozděle ní velikosti částic a nízké hodnotě charakteristik velikostí částic P jemné rozdělení velikosti částic.

Hodnota charakteristik velikostí částic P uvedeného prášku bude například počítána následujícím způsobem.

Počet ok síta zadrženo % hmot.

Celkem zadrženo % hmot.

100	2,4	2,4
140	5,3	7,7
200	16,1	23,8
230	4,9	28,7
'325	12,9	41,6
mísa	58,4	100,0

100,0

Proto bude hodnota charakteristik velikostí částic P pro tento prášek rovna 204,2/ /100 = 2,04. Vodou rozmělněné částice s hodnotou charakterisik velikostí částic P kolem 2,0 až 4,0 mohou být účinně využity pro tento postup.

Jakmile je známa hodnota charakteristik velikostí částic P a prášek byl tepelně zpracován, může být zaveden rozmělňovací cyklus a tak zajištěny vlastnosti pro zvláštní požadavky.

Aby se dosáhlo požadovaného stupně rozmělnění, je užito kotoučového třecího mlýna. Tepelné zpracování způsobí, že se částice spolu spékají do tvaru šupinek. Je-li to nutné, rozlámou se nejprve na kousky dostatečně malé, obvykle menší než asi 25 milimetrů, aby mohly být vloženy do kotoučového· mlýna. V tomto mlýně se rozmělňování provádí mezi kotouči, které se - otáčejí buď ve svislé, nebo vodorovné rovině. Náplň vstupuje v blízkosti středu kotouče a postupuje · vlivem odstředivé -síly k obvodové části rozmělňovací desky a -potom je rozdělována. - · Zatímco u některých kotoučových mlýnů se užívá - desek s hrotitými zuby, je zde nutno - podotknout, že se tyto -desky nedají použít při způsobu podle předmětného vynálezu, u kterého je užití omezeno na běžné třecí- rozmělňovací desky.

Pod pojmem -mlecí mezera, jak je zde uvedeno, se -rozumí vzdálenost mezi rozmělňovacími - deskami. Kotoučový mlýn je zvláště uzpůsoben - pro účely vynálezu, protože bylo zjištěno, že tento typ mlýna je způsobilý -k tomu, aby -se z něho- vytěžilo kontrolované -a předem -určené rozmělnění, které je v podstatě funkcí mlecí . mezery a lineární rychlosti na středním poloměru r_m rozmělňovacích desek. U kotoučového mlýna tvoří uložení rozmělňovacích - desek prstenec, to jest- dvě soustředné' - kružnice; u nich je vzdálenost od středu k rozmělňovací desce, to jest· -od středu k vnitřní kružnici, rovna ru. Vzdálenost od středu k obvodové - části rozmělňovací desky, -to jest od -středu ke vnější kružnici, je rovna гг. Potom je střední poloměr r_m dán výrazem - (π+Γ2)/2.

204,2

Protože lineární rychlost v je rovna úhlové rychlosti ω násobené poloměrem, je možno lineární rychlost bodu na středním poloměru rm snadno určit z frekvence -otáčení rozmělňovací desky. Tak například mají-li rozmělňovací desky -se -středním- poloměrem rm=-304,8 mm frekvenci otáčení 3000 -min“¹, bude lineární rychlost rovna v = w.rm = '3000. .6,28.304,8.10-3=5742,33 -m.min“¹.

Užitím statistické regrese a -interpretační analýzy se jeví účinek proměnných -na běžnou hustotu konečného práškového produktu tak, že je -možno jej vyjádřit po-mocí této rovnice: Běžná hustota (g.cm-³) =2,1332+ +0.30.P—2,1516l.‘W-²lnG+45591.10-lvr.P. + +2,23C^-.1O-⁴.v2—9,3543/11^-3v.l^r^G, kde P je charakteristická velikost částice vodou rozmělněného prášku před tepelným zpracováním, v je lineární rychlost bodu na středním poloměru rozmělňovací desky v (mm.min^_1) a InG je přirozený logaritmus velikosti mlecí mezery -udané v (mm).

Užitím výše uvedené rovnice může být rozmělňovací proces proveden tak, -že zaručí vlastnosti prášku jako konečného produktu pro zvláštní požadavky. Aby bylo možno využití této- rovnice lépe porozumět, byla převedena -do- grafů podle -obr. 1 -a 2 -pro laboratorní velikost kotoučového mlýna -s kotoučem o- průměru 330 mm a -se -středním poloměrem r_n;=134,6 mm.

Pro snažší interpretaci, to jest aby bylo možno- se -vyhnout těžkopádným operacím s velkými čísly, byla lineární rychlost převedena na frekvenci otáčení (min-¹) kotoučového -mlýna. Grafy z obr. 1 -a 2 je možno použít - pouze - na výsledky pro kotoučový mlýn -o -středním poloměru ^—134,6 mm.

V praxi se běžně užívá kotoučových mlýnů o větším středním poloměru- r_in. Křivky na obr. 1 -a 2 by potom· měly být posunuty k nižším frekvencím otáčení, jak roste velikost mlýna, zatímco lineární rychlost - v při udané frekvenci otáčení by odpovídajícím způsobem vzrostla. Běžně je provoz těchto mlýnů takový, že - frekvence otáčení je v rozmezí 200 až 5000- min-¹ a mlecí mezera od 0,254 do 2,54 milimetru.

musí -odstranit. Stejně důležité je to, že uvedený způsob - není vhodný pro výrobu ocelových prášků, to· jest takových, které mají obsah uhlíku nižší než 1,7 % hmot.

Úkolem- vynálezu je tedy vytvořit způsob výroby vodou rozptýlených ocelových prášků -o běžné hustotě rovné nebo vyšší než

3,2 g. cm~³, přičemž převážné části -rozptýlených prášků může být využito.

Dalším úkolem vynálezu je vytvoři-t způsob výroby ocelových prášků pro formovací stupeň, které by vykazovaly v kombinaci vysokou běžnou hustotu a vysokou pevnost za syrová, postačující k tomu, aby bylo umožněno· normální zpracování prášku před spékáním.

Vynález řeší zmíněné úkoly -tím, že tepelně -zpracované spečené částice -se rozemelou v kotoučovém -mlýně, jehož frekvence otáček je mezi 200 až 5000 min⁴ a jehož mlecí mezera má velikost od 0,254 mm do 2,54 mim, na - prášek o- běžné hustotě větší než 3,2 g . cm~³, -s velikostí částic menší, než připadá na 80 ok síta.

Podle výhodného vytvoření vynálezu lineární rychlost v (m.s~i) na středním poloměru kotoučového mlýna a mlecí mezera G [mm] jsou ve vzájemném vztahu k hodnotě charakteristiky velikostí -částic P v souladu -s touto rovnicí:

2,1332 + 0,30 . Ρ—2,1!^:^(5. 10~2. lnG + + 4,5591. IO“³ . v . P + . 10~⁴. v²— —9,3543, IO' 3 . v. lnG>3,2

Podle dalšího výhodného- vytvoření vynálezu -množství vodou rozptýlených částic jemnějších, -než připadá na 80 -ok síta, je alespoň 95 % hmot., -s podstatnou částí jemnější, než připadá na 200 ok síta.

Těmito opatřeními podle vynálezu se dosáhne toho, že způsob výroby ocelového prášku podle vynálezu dává ocelové prášky, které vykazují kombinaci vysoké běžné hustoty a pevnosti, umožňující normální postupy před -spékáním.

Vynález -bude -nyní popsán s přihlédnutím k přiloženými výkresům, na kterých obr. 1 je grafické -znázornění uvádějící účinek rozdělení běžné hustoty (g.cm^-3) podle- velikosti P(l) částic a lineární rychlosti v na středním poloměru kotoučového- mlýna, dané frekvencí otáčení (min”1), pro velikost mlecí mezery - 1,58, -obr. -2 je grafické znázornění pro velikost mlecí mezery -0,39 mm.

Způsob podle vynálezu, použitelný pro -ocelové prášky rozptýlené vodou, platí prakticky při použití jakéhokoli zdroje. Ocelové prášky rozptýlené vodou obsahují většinou nečistoty, předně ve formě kysličníků, které -musí být odstraněny -dříve, než prášek přijde do prodeje -a do- výroby dílů postupy práškové -metalurgie. Aby mohly být vyrobeny prášky z oc-eli s nejvyšší možnou stlačite'^ínos^tí, je žádoucí^, a^{by k}onečné ^práškové produkty měly obsah uhlíku nižší než 0,10 procent hmot, a nejlépe pod 0,01 % hmot.

Obecně je ovše.m nepraktické - vyrábět jako výchozí produkt ocelovou taveninu s tak nízkým obsahem uhlíku. Proto- může tato- ocelová tavenina -obsahovat až 0,8 % hmot, uhlíku, ale nejvýhodnější je méně než 0,15 procent hmot, - uhlíku, - přičemž -obsah uhlíku v rozptýleném prášku se dodatečně sníží tepelným zpracováním v redukčním prostředí. Z rozptylování proudem vody při vysokém -tlaku plyne možnost rychlého· -snížení rozptýlených- kovových částic na začátku rozptylovacího procesu. J.e-li užito oceli -s nízkým obsahem uhlíku při procesu rozptylování, to jest vyloučení -nutnosti následujícího oduhličení, je přesto stále nutné prášek tepelně -zpracovat, aby -se dosáhlo- jak změkčení, tak i -snížení obsahu uhlíku -v něm, a to- na hodnotu nižší -než 0,2- % hmot.

Původní obsah kyslíku u vodou rozptýlených částic je obyčejně v rozsahu nejvýše 0,2 % hmot, a obvykle asi 0,1 % hmot.

Následkem tohoto vysokého -obsahu kyslíku na povrchu částic a jeho rozmístění spojují rzptýlené částice do značné běžné hustoty, to- jest hlavně v blízkosti hodnoty 3,2 gramů. cm⁴

Po tepelném zpracování a snížení obsahu kyslíku dostává se běžná hustota do- hodnot v rozmezí - 2,8 g. - cm^ až 3,2 g. cm^-3. Tepelné zpracování se provádí při teplotách od 760 °C do 1150- °C v redukčním prostředí, například ve vodíku nebo v dissociovaném čpavku, a to po dobu dostatečnou, aby bylo způsobeno žádané změkčení a redukce nečistot. Tento- postup tepelného zpracování čistí nejen ocelový prášek, ale způsobuje, že se částice slepují k sobě -do tvaru spečených -šupinek, čímž vzniká nutnost je- opět rozdělit, rozdrtit a uvést -opět -do- práškovitého -stavu. Ve způsobu podle patentového -spisu Spojených států amerických číslo 3 352 -277 se toto nezbytné drcení provádí v kladivovém mlýnu; užívá se drcení nárazem, aby se částice uvedly zpět do původní velikosti. Vynález odstraňuje z -toho-to způsobu vlastní drticí operaci tím, že podle vynálezu -se - použije kotoučového mlýna; vynález užívá mechanismu štěpení k rozetření na prach. Bylo zjištěno, že regulací - této drticí operace -může být konečná běžná hustota přizpůsobena zvláštním požadavkům, které závisí -na rozložení velikosti původních rozptýlených částic.

Rozložení velikostí rozptýlených částic prášku může být udáno běžnou dělicí analysou. Tato -dělicí -analysa se užívá pro- zjištění charakteristik velikostí P prášku. Bylo zjištěno, že -proměnlivá hrubost rozptýlených -částic nemůže být podkladem- pro dosažení žádaného- účinku vynálezu. Aby bylomožno dosáhnout žádaného -stupně rozdrcení, je nutné, aby alespoň 80- % a raději více než 95 % částic bylo jemnějších, než připadá na 80 ok -síta. Zatímco je mnoho různých způsobů upotřebitelných pro měření hodnoty charakteristik velikostí částic P, je pro účely vynálezu -stanovena tato- hod204987

Prášek 100

140 200 230

325 mísa P pelně zpracované spečené částice se rozemelou v kotoučovém mlýně, jehož frekvence Užití grafů na obr. 1 a 2 bude popsáno pro prášky v následujícím příkladu rozdělovači analýzy:

A 10,4 18,0 26,0 6,2

B 4,4 9,5 21,0 6,0

Je-li užito· rozmělněného ' prášku A a ko‘ toučový mlýn bude v provozu s mlecí mezerou o velikosti 1,58 mm, je možno určit, že například běžných hustot 3,2 g.cm“³ a 3,45 g.cm^-3 může být dosaženo, bude-li užito· frekvencí otáčení v rozmezí 2500 až 3650 min^-1.

Účinek zmenšení mlecí mezery se objeví při srovnání s obr. 2. Bude-li užito téhož prášku A, může být dosaženo podobných hustot při podstatně nižší rychlosti kotouče. Tak při frekvenci otáčení 1600 min^-1 bude mít produkt hustotu 3,2 g.cm^-3, zatímco pro hustotu 3,45 g.cm^-3 postačí frekvence otáčení 2775 ,min!. Prášek B, který je jemnější, nemůže zajistit u kotoučového mlýna o malém průměru vysoké běžné hustoty. Přesto, je-li mlecí mezera zmenšena na 0,39 mm, potem podle obr. 2, lze ekvivalentních běžných hus-

15,3 24,1 3,29

17,0 4^ZL63 2,52 tot dosáhnout při frekvenci otáčení 3225 mn-1, popřípadě 4050 min-1.

Z příkladů uvedených výše nebo i ze samotné rovnice je možno odvodit, že běžná hustota roste, když roste hodnota charakteristik velikostí částic P, když roste frekvence otáčení kotouče u · mlýna a konečně, když se zmenšuje velikost mlecí mezery.

Bylo· také zjištěno, že v rozmezí teplot od 760 °C do 1150 °C může být běžná hustota zvýšena snížením teploty pro tepelné zpracování. Potom ovšem musí být při nižších teplotách delší doby zpracování. Praktický kompromis mezi těmito požadavky, to jest dosažení vysoké hustoty a poměrně krátkého času tepelného zpracování je při rozmezí teplot mezi 926 °C a 1038 °C.

Claims

PREDMET vynalezu

1. Způsob výroby ocelového prášku o vysoké běžné hustotě, rozptýleného vodou, při kterém se vyrobí vodou rozptýlené ocelové částice s předem daným rozdělením velikostí, kde nejméně 80 % uvedených částic je jemnějších, než je pro 80 ok síta, a uvedené rozdělení má hodnotu , podle charakteristiky velikosti částic P v rozmezí 2,0 až 4,0, částice se změkčí tepelným zpracováním při teplotě od 760 °O do 1150 °C a jejich obsah kyslíku se sníží na hodnotu · nižší než 0,2 % hmot., přičemž se tepelným zpracováním částice k sobě spekou, vyznačený tím, že tepelně zpracované spečené částice se rozemelou v kotoučovém, mlýně, jehož frekvence otáček je mezi 200 až 5000 min-1 a jehož mlecí mezera má velikost od ·0,254 mm do
2,54 mm, na prášek o· běžné hustotě větší než 3,2 · g.cm-3, s velikostí částic menší, než připadá na 80 ok síta.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, 'že lineární rychlost v (m.s^-1j na středním poloměru kotoučového mlýna a mlecí mezera G ' (mm) jsou ve vzájemném vztahu k hodnotě' charakteristiky velikostí částic P v souladu s touto· rovnicí: 2,1332+0,30.P—2,1516. .l0-²lnG + 4;5591.10-3.v.P. + 2,232.l0^-4.v²— —9,3543.10-3. v.lnG > 3,2.
3. 'Způsob podle bodu 2, vyznačený tím, že množství vodou rozptýlených částic jemnějších, než připadá na 80 ok síta, je alespoň 95 o/o hmot., s podstatnou částí jemnějších, než připadá na 200 ok síta.