CS222883B1

CS222883B1 - Method of manufacturing objects exposed to friction in operation,by powder metallurgy processes

Info

Publication number: CS222883B1
Application number: CS780981A
Authority: CS
Inventors: Andrej Salak
Original assignee: Andrej Salak
Priority date: 1981-10-26
Filing date: 1981-10-26
Publication date: 1983-08-26

Description

Vynález sa týká spósobu výroby telies pracujúcich za podmienok trenia postupmi práškovej metalurgie, ktoré obvykle možu byť kruhové, alebo kuželové, a to plné, alebo s otvorom, ako sú napr. rózne krúžky a ozubené kolesá.The invention relates to a method for producing bodies operating under friction conditions by powder metallurgy processes, which can usually be circular or conical, either solid or with an opening, such as e.g. various rings and gears.

Rózne strojové súčiastky pracujúce za podmienok kízného alebo valivého trenia, ako napr. krúžky valivých ložísk, ozubené kolesá a puzdra sa doteraz vyrábajú prevažne trieskovým obrábaním polotovarov z legovaných ocelí. Základná volba akosti ocele je závislá od vlastností, aké sa od takejto súčiastky vyžadujú. Na dosiahnutie vysokej odolnosti voči opotrebeniu takýchto súčiastok a voči porušeniu prevažne za podmienok kontaktného namáhania, súčiastky sa tepelne, alebo chemicko-tepelne spracovávajú na požadovanú tvrdost, a to· pódia podmienok namáhania najčastejšie na tvrdost 40 až 65 HRC.Different machine parts operating under the conditions of friction or rolling friction, such as: Roller bearing rings, gears and bushes have so far been produced predominantly by machining of semi-finished alloy steel. The basic choice of steel quality depends on the properties required of such a component. In order to achieve a high wear resistance of such components and to failure mainly under contact stress conditions, the components are thermally or chemically-thermally processed to the required hardness, namely under the stress conditions, most often to a hardness of 40 to 65 HRC.

Takéto' súčiastky sa vyrábajú aj postupmi práškovej metalurgie, ktoré v podstatě pozostávajú najprv z lisovania pórovitého polotovaru z ocelového prášku a z jeho spekania. Potom na dosiahnutie bezpórovitého stavu a tým na dosiahnutie rovnakých vlastností ako u kompaktných ocelí spekané pórovité polotovary sa ďalej kujú, alebo lisujú za tepla v uzavretých nástrojoch, čím súčiastka dosiahne aj svoj tvar a rozměry. Na tieto operácie nadvázuje potřebné trieskové opracovanie v minimálnom rozsahu na dosiahnutie přesnosti rozmerov a obvyklé operácie tepelného, alebo chemicko-tepelného spracovania a brúsenia na dosiahnutie požadovanej tvrdosti, akosti povrchu a přesnosti rozmerov. V práškovej metalurgii na výrobu takýchto súčiastok sa doteraz používajú prevažne rozstrekované ocelové prášky legované niklom, molybdénom, méďou a dalšími prvkami.Such components are also produced by powder metallurgy processes which essentially consist first of pressing the porous steel powder blank and sintering it. Thereafter, in order to achieve a pore-free state and thus to achieve the same properties as the compact steels, the sintered porous blanks are further forged or hot pressed in closed tools, whereby the part also achieves its shape and dimensions. These operations are followed by the necessary chip machining to a minimum extent to achieve dimensional accuracy and the usual heat or chemical-heat treatment and grinding operations to achieve the required hardness, surface quality and dimensional accuracy. In powder metallurgy to date, mainly sprayed steel powders alloyed with nickel, molybdenum, copper and other elements have been used for the production of such components.

Charakteristickým rysom porušovania takýchto súčiastok vyrábaných z kompaktných ocelí i práškovou metalurgiou je, že pri ich prevádzkovom namáhaní k vzniku prvotných porúch dochádza prevažne v povrchové], alebo podpovrchovej oblasti materiálu súčiastky, ktorá je v styku s odpovedajúcou trecou párovou súčiastkou. Takéto porušenie pódia podmienok namáhania obvykle nezasahuje do váčšej híbky od funkčného povrchu súčiastky ako 1 mm. To značí, že o· funkčných vlastnostiach súčiastky a o jej životnosti rozhodujú štruktúrne a mechanické vlastnosti tejto podpovrchovej vrstvy materiálu. Ostatná časť materiálu súčiastky je už len nosnou a z toho dóvodu nie je potřebné klást na ňu rovnaké požiadavky čo do chemického· zlože222883 nia a vlastností, ako na uvedenu funkčnú časť.A characteristic feature of the failure of such components made of compact steels and powder metallurgy is that during operational stress primary failure occurs predominantly in the surface or subsurface area of the component material that is in contact with the corresponding friction pair component. Such failure under the stress conditions usually does not extend to a greater depth from the functional surface of the component than 1 mm. This indicates that the structural and mechanical properties of the subsurface material layer determine the functional properties and service life of the component. The other part of the material of the part is only a bearing and therefore it is not necessary to impose the same requirements in terms of chemical composition and properties as in the said functional part.

Teda nedostatkom doterajších klasických postupov ale i postupov práškovej metalurgie na výrobu takýchto súčiástok je, že tieto· sa vyrábajú celé z jedného druhu vyššie legovaného materiálu napriek tomu, že z funkčného hladiska to nie je nutné.Thus, the drawback of the prior art processes as well as powder metallurgy processes for the production of such components is that they are manufactured entirely from one type of higher alloyed material, although this is not necessary from a functional point of view.

Uvedený nedostatok odstraňuje sposob výroby telies pracujúcich za podmienok trenia postupmi práškovej metalurgie, ktorého podstata spočívá v tom, že z kovových práškov sa vylisujú dve pórovité telesá, pričom prvé teleso určené na funkčnú vrstvu materiálu súěiastky sa vylisuje z ocelového prášku legovaného aspoň dvoma zo skupiny prvkov zahrňujúcich W, Co, V, Ti, Ni, Mo, Cu, Mn, Cr a Si a druhé teleso určené na nosné jádro súčiastky sa vylisuje zo· železného prášku, popřípadě s prídavkom aspoň jedného zo skupiny prvkov zahrňujúcich Mn, Cr, Si, P a Cu, v obidvoch prípadoch s prídavkom tuhého' uhlíka v hmotnostnej koncentrácii 0,1 až 1,5 %, potom sa vylisované telesá spekajú, po spekaní sa do sebe obidve telesá zalisujú a takto zlisované sa opatovne spekajú a potom sa podrobia deformácii za tepla s výhodou kováním, alebo lisováním. Teleso. vylisované z vyššie legovaného materiálu može mať s výhodou válcový, alebo kuželový tvar, popřípadě i s přírubou a móže sa nallsovať na druhé teleso. ako vonkajšia alebo ako· vnútorná časť, podta konštrukcie hotového telesa. Přitom hrúbka steny prvého pórovitého telesa po lisovaní je 1,5 až 5 mm za podmienky kde D je vonkajší priemer celého pórovitého telesa a d je vnútorný priemer.This drawback removes the method of producing bodies operating under friction conditions by powder metallurgy, which consists in the fact that two porous bodies are pressed from metal powders, the first body intended for the functional layer of the component material is pressed from steel powder alloyed with at least two of the element group comprising W, Co, V, Ti, Ni, Mo, Cu, Mn, Cr, and Si, and the second body intended to support the component core is molded from iron powder, optionally with the addition of at least one of Mn, Cr, Si, P and Cu, in both cases with the addition of solid carbon in a concentration of 0.1 to 1.5% by weight, then the molded bodies are sintered, after sintering the two bodies are pressed together and the pressed bodies are sintered carefully and then subjected to deformation after of heat, preferably by forging or pressing. Body. molded from the above alloyed material may preferably have a cylindrical or conical shape, optionally with a flange, and may be applied to the other body. as outer or inner part, according to the finished body structure. The wall thickness of the first porous body after compression is 1.5 to 5 mm under the condition where D is the outer diameter of the entire porous body and d is the inner diameter.

Výhodou spůsobu podta vynálezu je, že pri spekaní do seba zalisovaných ešte pórovitých dvoch telies, ktoré prebieha vždy v ochrannej atmosféře, čo -bráni oxidácii povrchov, dojde k ich difúznemu spojeniu. To umožňuje ich spolahlivé ďalšie spracovanie kováním alebo lisováním za tepla v uzavretom nástroji na konečné teleso příslušného tvaru a rozmerov. Pri tomto, spracovaní dochádza už k dokonalému difúznemu bezpórovitému spojeniu obidvoch telies. Tým sa vyrobí už jedno bezpórovité teleso z dvojvrstvovéha materiálu. Takéto spojenie dvoch telies z kompaktnej ocele nie je možné dosiahnuť jednoduchým spůsobom. Přitom pri výrobě takýchto telies z kompaktnej ocele trieskovým obrábaním by dochádzalo k velkému odpadu materiálu, takže takýto postup by v konečnom důsledku nebol príspevkom k úsporám materiálu.An advantage of the method according to the invention is that when sintered two porous bodies are pressed together, which always take place in a protective atmosphere, which, in order to prevent oxidation of the surfaces, diffuse their connection. This allows them to be reliably further processed by forging or hot pressing in a closed tool to form a final body of appropriate shape and dimensions. In this treatment, there is already a perfect diffusion-free porous connection of the two bodies. As a result, a single porous body is produced from a two-layer material. Such a combination of two compact steel bodies cannot be achieved in a simple manner. In the manufacture of such compact steel bodies by chip machining, a large waste of material would occur, so that such a process would ultimately not contribute to material savings.

Na pripojenom výkrese sú znázorněné příklady vyhotovenia dvojvrstvových pórovitých polotovarov telies postupmi práškovej metalurgie podta vynálezu, z ktorých sa kováním alebo lisováním za tepla vyrobia hotové telesá určené po konečnom obvyklom opracovaní k práci za podmienok trenia. Na výkrese prvé teleso 1 je vyrobené z ocelového prášku vyššie legovaného, ktoré je určené ako funkčná vrstva materiálu hotového telesa a druhé teleso 2 je vyrobené zo železného prášku, popřípadě s prí-davkami menšieho množstva lačnějších legúr a je určené -ako nosné jádro hotového telesa, súčiastky. Na obr. 1 v-alcové prvé teleso 1 tvoří vnútornú funkčnú vrstvu s otvorom, na obr. 2 vonkajšiu vrstvu válcového pórovitého telesa s otvorom.The attached drawing shows examples of embodiments of two-layer porous bodies in powder metallurgical processes according to the invention, from which finished bodies intended for final working under friction conditions are produced by forging or hot pressing. In the drawing, the first body 1 is made of higher-alloy steel powder, which is intended as a functional layer of the finished body material, and the second body 2 is made of iron powder, possibly with the addition of a smaller amount of faster alloys. , components. In FIG. 1, the cylindrical first body 1 forms an inner functional layer with an opening; 2 shows an outer layer of a cylindrical porous body with an opening.

Na obr. 3 prvé tleso 1 je vytvořené ako vnútorná vrstva telesa a na obr. 4 ako vonkajšia vrstva kuželového tvaru. Obrázky 5 a 6 predstavujú plné telesá válcového a kuželového tvaru s vonkajšou funkčnou vrstvou vytvořenou prvým telesom 1. Obrázky 7 a 8 predstavujú válcové -telesá s vnútorným otvorom, ktorých vnútornú, alebo vonkajšiu funkčnú vrstvu tvoří prvé teleso 1 s přírubou.In FIG. 3, the first body 1 is formed as an inner layer of the body and in FIG. 4 as a cone-shaped outer layer. Figures 5 and 6 represent solid bodies of cylindrical and conical shape with an outer functional layer formed by the first body 1. Figures 7 and 8 represent cylindrical bodies with an inner opening whose inner or outer functional layer is formed by the first body 1 with a flange.

Obrázky 9 a 10 predstavujú t-elesá s funkčnou vnútornou -a vonkajšou vrstvou kuželového tvaru s přírubou tvořenou prvým telesom 1. Obrázky 11 a 12 predstavujú plné válcové a kuželové teleso s funkčnou vrstvou tvořenou prvým telesom 1 s plným dnom.Figures 9 and 10 show tapered bodies with a functional inner and outer cone-shaped layer with a flange formed by the first body 1. Figures 11 and 12 represent a solid cylindrical and conical body with a functional layer formed by the first solid-body 1.

Spůsobom podta vynálezu sa umožní výroba roznych strojových súčiástok, ktorých tvar a rozměry vyhovujú podmienkam postupov práškovej metalurgie, ktorých funkčná tenšia vrstva bude vytvořená z vyššie legovanej ocele a hrubšia ostatná časť bude vytvořená z uhlíkovej ocele, alebo z nízkolegovanej ocele. Takýmito súčiastkami sú napr. ozubené kolesá různého druhu a krúžky valivých ložísk. Riešením podlá vynálezu sa zmenší spotřeba vyššie legovaných ocelí a tým spotřeba drahých a deficitných legúr.According to the invention, it is possible to manufacture various machine parts whose shape and dimensions meet the conditions of powder metallurgy processes, the functional thinner layer of which is made of higher alloy steel and the thicker other part is made of carbon steel or low alloy steel. Such components are e.g. gears of various kinds and rings of antifriction bearings. The solution according to the invention reduces the consumption of higher alloy steels and thus the consumption of expensive and deficient alloys.

Příklad 1Example 1

Z ocelového prášku o zložení 2 % Ni + + 0,5 % Mo s prídavkom 0,4 % grafitu sa vylisuje prvé teleso rozmerov 0 66/0 60 milimetrov x 19 mm na hustotu 6 g. cm³. Zo železného prášku s prídavkom 0,4 % grafitu sa vylisuje druhé teleso 2 rozmerov 0 73/0 66 mm x 19 mm na hustotu 6 g. cm^-3. Takto vylisované telesá sa spekajú pri teplote 750 °C po dobu 30 min v štiepenom čpavku. Potom sa tieto telesá do seba zalisujú a opatovne sa spekajú pri teplote 1100 °C po dobu 30 min v štiepenom čpavku. Po tomto spekaní teleso sa kuje v uzavretej zápustko tvaru a rozmerov polotovaru vonkajšieho krúžku kuželíkového ložiska. Tým sa vytvoří dvojvrstvo-vý krúžok s vnútornou vyššie legovanou funkčnou vrstvou. Takto vyrobený krúžok sa podrobí ďalej obvyklým výrobným operáciam.From a steel powder composition of 2% Ni + + 0.5% Mo with an addition of 0.4% graphite, a first body of dimensions 0 66/0 60 mm x 19 mm is pressed to a density of 6 g. cm ³ . From the iron powder with the addition of 0.4% graphite, a second body 2 of dimensions 0 73/0 66 mm x 19 mm is pressed to a density of 6 g. cm ^-3 . The molded bodies are sintered at 750 ° C for 30 min in split ammonia. Then, these bodies are pressed together and carefully sintered at 1100 ° C for 30 minutes in split ammonia. After this sintering, the body is forged in a closed die of the shape and dimensions of the outer ring of the tapered roller bearing. This creates a bilayer ring with an inner, higher alloyed functional layer. The ring thus produced is then subjected to conventional manufacturing operations.

Příklad 2Example 2

Z ocelového prášku o zložení 0,7 % Mn + + 1 °/o Cr + 0,2 % V s prídavkom 0,6 % grafitu sa vylisuje prvé teleso 1 kuželového tvaru podlá obr. 4 rozmerov 0 60/0 56 x x 32 mm so sklonom 15⁰ na hustotu 5,5 g. cm^-3. Zo železného prášku s prídavkom 0,6 °/o^: P + 0,4 % grafitu sa vylisuje na hustotu 6,5 g. cm'³ druhé teleso 2 rozmerov 0 56/20 x 32 mm so· sklonom vonkajšej strany 15 °. Tieto telesá sa spekajú pri teplote 750 °C po dobu 15 min, potom sa spolu zlisujú, potom sa ohrejú indukčně na kovaciu teplotu 1200 °C a kujú sa v uzavretom nástroji na kuželový ozubený pastorek, ktorý sa ďalej spracuje obvyklými postupmi.A conical-shaped first body 1 according to FIG. 1 is pressed from a steel powder of 0.7% Mn + + 1 ° / o Cr + 0.2% V with an addition of 0.6% graphite. 4 dimensions 0 60/0 56 xx 32 mm with a slope of 15 ⁰ to a density of 5.5 g. cm ^-3 . Of iron powder with the addition of 0.6 ° / o ^P + 0.4% graphite is compressed to a density of 6.5 g. cm ' ³ second body 2 of dimensions 0 56/20 x 32 mm with an outside inclination of 15 °. These bodies are sintered at 750 ° C for 15 min, then pressed together, then inductively heated to a forging temperature of 1200 ° C and forged in a closed tool to a conical pinion, which is further processed by conventional procedures.

Claims

SUBJECT

The method for producing bodies operating under friction conditions by powder metallurgy processes is characterized in that two porous bodies are pressed from metal powders, wherein the first body intended for the functional layer of material is pressed from steel powder alloyed with at least two of W, Co, V elements. , Ti, Ni, Mo, Cu, Mn, Cr, and Si, and the second body to support the component core is molded from an iron powder invention, optionally with the addition of at least one of a group of elements including Mn, Cr, Si, P, and Cu, both In the case of solid carbon addition at a concentration of 0.1 to 1.5% by weight, the molded bodies are sintered, sintered after sintering and the squeezed together are sintered again and then subjected to hot deformation, preferably forging or pressing.