CS206448B1 - Iron based diffusion prealloyed powders manufacturing method - Google Patents

Description

ČESKOSLOVENSKÁSOCIALISTICKÁREPUBLIKA( 1S )

POPIS VYNÁLEZU 206 448 (Π) (B 1)

K AUTORSKÉMU OSVEDČENIU

(61) (23) Výstavná priorita(22) Přihlášené 18 12 79(21) PV 8918-79

(51) Int.Cl3 B . 22 F l/OO

ÚŘAD PRO VYNÁLEZY

A OBJEVY (40) Zverejnené 29 08 80 (45) Vydané 15 10 83 (75)

Autor vynálezu

ŠALAK ANDREJ

lng, CSc,, KOŠICE (54) Spdsob výroby difúzne předlegovaných práSkov na báze železa

Vynález sa týká spdsobu výroby difúzne predlegovaného práškového železa alebo pred-legovanýeb práSkovýcb ocelí áalSíml prvkaral, ktoré sa po tomto spracovaní vyznačují eStevysokou lisovatelktosťou a zabezpečují dosiahnutle vysokej eheraiókej 1 Struktírnej homo-genity z nich vyrobených spekaných materl&lov a predmetov postupní práSkovej metalurgie.

Spekané legovaná ocele sa vyrábají dvorná hlavnými spdschmi a to na báze mleSánýchpráSkov a použitím predlegovánýeh práSkov vyrábaných prevážne rozstrekovanim, Spdsob pří-pravy legovaných materlálov cestou mleSanýeh práSkov spočívá v tom, že k· práškovému že-lezu sa přidá v odpovedajícom množstye prísluSná legíra taktiež v práSkovej formě a z ta-kejto zmesl po ddkladnom přetnieSani obvykle s prídavkom mazadla sa lisují výlisky Aleboválcují pasy, ktoré sa potom spekají. V týchto prlpadoch k vlastnému nalegovanlu základ-né j železnej matrice, tvorenej práSkovým železom, dochádza počas procesu spekanla v och-ranných plynných atmosférách alebo vo vákuu. Hlavou výhodou tohto spdsobu výroby legova-nýoh výliskov v porovnaní s použitím predlegovánýeh práSkov je, že je to lacnejSÍ spdsob,že práSková zmes má lepSiu lisovateFnosť, čo má za následok aj nlŽSie opotrebovanie liso-vacích nástrojov. Nevýhodou ale je, že vlastné nalegovanie jednotlivých častíc práškové-ho železa vo výlisku zvolenými legujícími prvkami po spekaní je nerovnoměrné, čo je vyvo-lané jednak náhodným rozdělením častíc legíry v objeme výlisku i po technicky optimálnom 206 448 premieSaní, jednak tým, Se nie každá éastica legúry práSkového železa musí sa dostat’ dostyku s Sasticou legúry, 80 znemožňuje difúziou v tuhom -stave dosiahnut* úplnú ohemickú aštruktúrnu homogenitu materiálu, ak by sa nebrali přitom rozdielne termodynamioké vlast-nosti komponentov sústavy, V snahe znížiť tento negativny ddsledok mieSanýoh legovanýohpráSkov, 8asto ako lagúra sa používajú prvky, ktorá pri spekaní pri uvSitej teplote vyt-várajú kvapalnú fázu, ktorá zmáča povrchy jednotlivých častíc práSkováho železa vo vý-lisku, 80 prispfeva k zrovnomerneniu rozdelenia legujúoeho prvku v objeme výlisku i k u-rýchleniu prooesu spekania a legovania, Takýmto často používaným prvkom pre spekanie priteplotách na 1085 °C je raeá, ĎalSím známým spdsobom výroby legovaných materiálov cestoumieSanýoh práSkov Je použitie difúzne 8iastoSne predlegovanáho práSkového železa prvkami,ako meá, nikel a molybdén, Tento spdsob difúzneho predlegovania spočívá v tom, že práSko—vá železo s uvedenými práSkovými legúrami sa žíhá pri teplotách okolo 700 °C v plynnéjoohrannej atmosféře. Výhodou takto predlegovanýoh práSkov je velmi dobrá llsovateVnosťdaná lis ovát el*nost*ou základného práškového železa, pri8ora sa vylu8uje aj nebezpečie, žepri manipulácii s práSkovou zmesou by doSlo k výraznejšiemu odmieseniu legúr, a tým naJednej straně k nerovnoměrnému oohudobneniu a na druhej straně k obohateniu niektorýehoblastí výlisku niektorou z legúr. Pri tomto spdsohe difúzneho predlegovania práSkovéhoželeza přidávaná mecf. v hmotnostnora množstvo obvykle 1,5 až 2 Js, nikel v hmotnostnom množ-stvo 1,5 až 4 JÍ a molybdén v hmotnostnom, množstvo okolo 0,5 patria k prvkom s nízkouafinitou ku kyslíku, ktorýoh kyslidniky sa lehko redukujú i pri nižších teplotách v běž-ně používanýoh redukBnýcb atmosférách, Ďalej Je známy spdsob výroby legovanýoh kovových i práSkov difúznym nasýtenim z bodových zdrojov podl'a autorského osvedSenia SV 466 066,Icto-rý spo8íva v tom, že práSkové železo sa zmieSa s příslušnými legúrami v práSkovej forměa potom sa uzavrie s přídavkem ohloridov, jodidov alebo bromidov amonných do nádoby, vktorej pri teplotáoh 1050 až 1120 °C po dobu 2 až 8 h, prébieha difúzne nasyoovanie práS-kového železa. Po takcmto spracovaní sa obdržia obvykle úplné nalegované práSky obsahujú-ce iégujúoe prvky v hmotnostnýoh množstváoh prevySujúoioh najSastejSie 5 $, Pri tomto spd-sobe sa ako legúry používajú aj prvky s vysokou afinitou ku kyslíku, ako mangán, ohrom,křemík, vanád, titan a žalSie, Týmto postupem je možné dolegovávať aj už predtým 8iasto8-ne alebo úplné legované práSky napr, niklom a inými prvkami,

Cielom vSetkých týohto spdsohov difúzneho 8iasto8ného alebo úplného predlegovaniapráSkového železa teda je snaha zabezpeSiť 8o najrovnomernejSie nalegovanie jeho 8astícs oiel’om dosiahnut’ 8o najrovnomernejSiu Struktúru pri výhodňýoh vlastnostiaoh mieSanýohpráSkov,

Hlavným nedostatkom 8iasto8ného difúzneho predlegovania práSkového železa meSou,niklom a molybdénom pri teplote okolo 700 °C je, Se v skutoSnosti tu ide iba o prispe-kanie Sastíc legúr k Sastioiam práSkového železa, a tým k zabezpeSen^u ioh stálého rov-nomernejSieho rozdelenia v objeme výlisku napriek rdznyra manipuláoiám s ním pri dopravěi spracovaní. Použité teploty tohto spracovania neumožňujú s ohladom na koefioienty di-fúzi e prvkov sústavy výraznéJSie difúzne nalegovanie vžtSšíoh oblasti práekov železa. 3 K vlaatnému nalegovaniu základnej železnéj matrice dochádza potom až prl spekaní výlis-kov prl teplotách obvykle nad 1100 °C. Nápriek tomu v stave spekanom je Struktura mate-riálov vyrobenýoh z. takto predlegovanýoh'železných práSkov značné heterogenná, 8o potvrd-zujú aj hodnoty mikrotvrdostl jej Struktúrnych zložiek, CalSou nevýhodou tohto spésobudlfúzneho čiastočného -prédlegovanla práškového železa je, že nepoužívá ako lesúru takýprvok, ako je napr, mangán, ktorý sa vyznačuje Vysokou afinitou ku kyslíku. Nedostatkomdlfúzneho legovanla práškového železa z hodových zdrojov je, že naprlek tomu, že ako le-gúru používá už aj prvky s vysokou afinitou ku kyslíku, že tento proces sa robi v uzavre-týoh nádobách prl zvýSenýeh teplotách. Tým sa zvySuje pracnost’ i výrobné náklady tohtoprooesu vrátene zvýSenej spotřeby energie. Vylučuje sa takto aj uplatnenle kontinuálnychspčsobov výroby, k čomu prispieva i značná doba trvania týchto procesový SalSou nevýho-dou je, že po rozomletí třeba z nalegovaných práSkov odstránlť zvySky 'použitýoh ehlori-dov alebo iných přísad. Týmto spdsobom sá vyrobia v skutečnosti prevažne plné legovanápráSková kovy, ktoré samé ma jú zhorSenú lisovaťel*nosť a pre dosiahnutie požadovaného che-imiokého zloženla spekanej sústavy sa nevýhnutne opSť mieSajú s čistým práSkovým železom,ktoré sa potom dolegováva prl spekaní výliskov. Přitom vlastnosti opékaných, legovanýchvýliskov vyrobených z takto dltúzne nalepovaných práSkov z bodových.zdrojov neprevySujúvlastnosti dosahované v prevažnej použitím iba čisto mieSanýoh práSkov. Je z toho tedatiež zřejmé, že tento spdsob dlfúzneho legovanla práSkov neumožňuje optimálně využitievlastností jednotlivých legujúoich prvkotv pre avýSenie vlastností z nich vyrobenýoh pred-metov, čoho príkladom je mangán.

Uvedené nedostatky doterajSích znáních spdsobov výroby difúzne čiastočně alebo úpl-né predlegovanýoh práSkov na báze železa vyrábanýoh známými postupmi a určenýoh na vý-robu spekaxtých predmetov postupmi práSkotvej metalurgie sú odstránené spdsobom podlá vy-nálezu, ktorého podstatou je vytvorenie práSkovej zntesi pozostávajúcej z práSkového že-leza alebo z práSkovej predlegovanej ooele a práSkovej lagúry zvolenej Zo skupiny prv-kov zahrnu júcej mangán, meň, ohrom, kreriík, ni^el, železo, kobalt, titan, vanád, niob,molybdén a uhlík, ktorá sé žíhá v plynnéj ochránnej atmosféře, vo vakuu alebo v krabi-oiaoh pod ochranným zásypom, potom sa ochladí á rozmělní,

Mangán sa s výhodou přidá k práSkoVátnu železu alebo k práSkovej predlegovanej ocelev hmotnostnom množ štve .0,5 až 10 Výhddne sa mangán přidá v elementámej kovověj forměalebo vo formě predzllatiny obsahujúoej mangán«v hmotnostnom množstve vHčSom ako. 10 $ azvySok železo, Mangán mdže byť tiež výhodné piidaný vo formě predzllatiny obsahujúoejmangán v hmotnostnom množstve váčSom akd 10 %, jhlík y množstve 1 až 10 $ a jeden aleboviaoej prvfcov zo skupiny prvkov, zahrnujúoej Čr, Si, Ni, Co, Ti, V, NB, a Mo v množstve0,5 až 20 % e zvySok železo, Legúra sa přidá s výhodou s veíkosťou častíc menSou ako40 /tm a žíhanio práSkovej zmesi sa robí ipri teplotách 750 až 1240 °C po dobu 1 min. až5 b. Výhodou spdsobu podlá vynálezu je, iže umožňuje difúzne nalegovávať jednotlivá časti- oe práSkováho železa alebo aj Inými prvkami predlegovaná práSky, ako predlegovaná roz-strokovaná práSky skoro rovnoměrně po eej.om ioh| povrchu 1 v jadre v závislosti od cha-rakteru ioh východiskovéj struktury predovSetkým mangánom i v kombináoil s inými uvede-nými prvkami, a to iba volné v zmesi v pplebežnýoh alebo v inýoh pre žíhánie v práSkoveJmetalurgii používaných peolaoh bez Speoiálnyoh Sprav, Je to spdsobéná tým, že mangán priteplotách podlá vynálezu 750 až 1240 °C, ako bolo námi zistená, v závislosti od teplotysublimuje a vznikájúoe páry mangánu kondenzuji ha povrohooh Sastío práikov a na povrchoohiioh otvorenýoh púrov. Tým sa tieto povrchy skoro rovnoměrně nalegovávajú, odkial legovanijeioh jadra prebieha už objemovou difúziou a difúziou po hranioiaoh zřn v tuhom stave. Tlakvznikajúoioh pár mangánu, ak sa použije legúra podlá vynálezu, ktorá obsahuje mangánv hmotnostnom množstva obvykle 15 až 100' %, bráni Jeho oxidáeii v zmesi s práškovým ko-vem s nižSou afinitou ku kyslíku, ako Je« jeho a> ako je to v případe práSkov na báze že-leza i pri použití plynnej atmosféry a rosným bodora okolo - 30 °C, v ktorej samotný man-gán oxiduje pri uvedených teplotách, Spdjsob po<$.’a vynálezu umožňuje mangánom dolegovávaťaj práSky predlegovaná niklom, medou a mblybdénom, So vytvára možnosti pre výhodná mate-riálová sústavy, SalSou výhodou Je, že tpkto dljfúzne predlegovaná práSky po rozemletínepotřebuji niakú áalSiu Správu okrem preosiatiia před ioh použitím na výrobu výliskov.Přitom so zvySujúoou sa teplotou dlfúzneho predlegovania podlá vynálezu sa skracujepotřebná doba v rozsahu 5 h, až 1 min, Sjpdspb dlfúzneho predlegovania p.odla vynálezuumožňuje využit’ tieŽ v maximálněj miere jvýhodn^ vlastnosti mangánu ako legujúoeho prvkuaj v práSkovej metalurgii pri zachovaní (vysokejj lisovateTnosti práSkováho železa. Výho-dou takto difúzne předlegovanýoh práSkovi prevážjne mangánom ako hlavným legujúcdLm prvkontje teda tiež, že oez plynnú fázu eú nalégovaná JvSetky Sastioe a nielen tle, s ktorými ho-li v styku Sastioe nositel’a legúry, ďalejj, že popři zaohovaní vysekej lisovatePnosti primanipuláoil s takým to práSkom nemóže dá jist* už fy žiadňej segregáoli legujúoeho prvku anakonieo takáto predlegovania ekraouje dlobu sp^kania výliskov v porovnaní s prípadompoužltia iba mieSánýoh práSkov rovnakáhol ohemidkáho zloženia, a to z 2 až 3 h, na 1,5 h,až 30 min. Přiklad 1

Cielom tohto příkladu je, že za podfyienok |podl’a vynálezu dájde k SlastoSnámu difúz-nemu nalegovaniu Sastío práSkováho železná mangánom, takže sa dosiahne v rozsahu.jednotil-,výoh Sastío požadovaná heterogenná, ale jv každ^j Šestici přibližné rovnaká Struktúra.

Pozstrekovaná práSková železo s veljkoaťou jSastío menSou ako l60 yum bolo zmieSanáso 6 % uhlíkového feromangánu s veíkosťoju Sastío menSou ako 4o pm, ktorý obsahoval 75 %mangánu, 6,6 $ž uhlíka a zvySok železo, Tjakto připravená práSková zmee bola žíhaná v otvo-renýoh pleohovýoh krabloiaoh v priebežneíj peci hro vodíku pri teploto 1100 °C po dobu 10ín, Po žíhaní a po oohladení práSková žlelezo Holo rozomletá a po úpravě granulometrio-káho zloženia bolo připravená k použiti^ na výřobu spekanýeh predmetov. Hetalograflokybolo zlstená, že po obvod* vletkýoh Saatlío práškového $eleza sa vytvořila difúziou man-gáaom a uhlíkem rovnoměrně nalégovaná vhstva.

Claims (7)

1. 5 Příklad 2 PráSková.zmes ako v příklade 1 bolaj žíhaná! prl teplete 875 °C po dobu 2 h, vo vodí-ku. Po oohladení zmee bota rozomletá. Mefcalograifickým rozbórotn bolo zistené,že doSlo kSlastéSnému nalegovaniu povrohovýoh obxajstí a pjovrohov otvorenýoh pórov vSetkých Sastíopráškového železa mangánom a uhlíkom ako| v pred)chádzajúoom příklade. Uvedené příklady pr«ukázali, Se spĎpob podjia vynálezu zabezpečuje SlastoSné a sprediženlm doby aj úplné predxegovanle práSkoviého železa mangánom 1 v kombináoií silný-ei prvkami. Na rozdlel od dlfúzneho prediLegovanjia doteraz známým postupom práškovéhoželeza nlklom, meÚou a molybdénom tu doobádza kju skutoSnému nalegovaniu a nlelen k prl-spekanlu Sastíc legúry, Na rozdlel od dlfúzneho nasycovanla z bodových zdrojov je možnépostup podlá vynálezu dobré regulovat’ pr‘e dosiajhnutie Sladaného stupna nalegovanla a prlteplotáoh 1050 až 1120 °C prebleba tentoj prooes| ve3*mi rýohlo, ako sme ukázali v príkla-dooh. Spftsob podTa vynálezu Je teda vyjužiteltfý v práSkovej metalurgii na výrobu Sias-toSne až úplné dlfúzne predlegovanýoh práSkov prevážne ráangánom, alebo aj mangánom ainýad. uvedenými prvkami, alebo dlfúzne tymlto prvkami dolegovávať už hotové předlegova-né práSky vyráběné převážná rozstrekovanjím aletjo súSasnou redukciou kysllSníkov Železaa legúry, . So vylučuje problémy s vysokou) afinitou mang&amp;nuku kyslíku, ktorá je doterazhlavnou překážkou pre SlrSie uplatnenle ftohtd prvku v práSkovej metalurgii. Takto spra-covsné práSky sa použljú potom na výroby legovaných predmetov postupml práSkovej meta-lurgie. Legováním mangánom možno nahradit’ v znpSnom rozsahu aj legovanle deficltnýml adrahými prvkami, ako je meú a nlkel. PREDMET VYNÁLEZU

   1. Spdaob výroby predlegovanýoh práSkov ina b&amp;ze železa vyrábaných známými postupml aurSenýoh na výrobu epekanýoh predmetdv postppml práSkovej metalurgie, vyznaSujúolsa tým, že práSkové železo alebo prášková p^edlegovaná ocel sa zmleSa s práSkovoulegúrou, zvolenou zo skupiny prvkov ^ahrnujijioej mangán, meS, ohrÓm, křemík, nlkel,železo, kobalt, titan, vanád, niob, 4<>lybdé]ji a uhlík, potom takáto práSkové zmessa žíhá v plynnéj oohrannej atmosfér^, vo vékuu alebo v krabiciach pod ochrannýmzásypom, potom sa oohladí a rozmělní.,
2. 2, Špdsob podPa bodu 1, vyznaSujúol sa tJýTn, že;mangán sa přidá k práškovému železu ale-bo k práSkovej predlegovanej oceli v (hmotnostnom množetve 0,5 až 10
3. 3. Spdsob podlá bodu 1 a 2, vyznaSujúol sa týmj že mangán sa přidá v elementáraej kovo-věj formě.
4. 4, Spdsob podle bodu 1 a 2 vyznaSujúol. 4a tým, že mangán se přidá vo formě'predzliatinyobsahujúoej mangán v hmotnostnom množstvo v^SSom ako 10 % azvySok železo. j, Spdaob pódia budu 1 a 2 , vyznaSujúol ea týp, Se mangán sa přidá vo fořme predzliatinýobeahujúoej mangán v hmotnostnom množstvo vgSSom ako 10 $>. uhlík v množstva 1 až 10 % •4*· a Jeden alebo vlaoeJ prvkovzo skupiby prvfcbv, zahrnujůoej Cr, Si, Ni, Co, Ťt, V, Nba Ho v mnoSatve 0,5 p£ 20 % a zvySok železo^
5. 6, Spftsob podía boduji až 5» vyzna8ujúó| aa týjn, Že pr&amp;Sková legára aa přidá s výhodous veíkoaťou Saatie menlou ako 40 jam.
6. 7. Spdsob podía bodu 1,vyznaSujúoi aa tým. Se Slhanie pr&amp;Skovej zmeai aa robi pri teplot&amp;oh 750 aS 1240 °Č po dobu 1 min aS 5 h.