CS234979B1 - Method of tool material compacting from dispersion particles - Google Patents

Description

234979

Vynález sa týká spósobu skompaktňova-nia nástrojových materiálov z disperznýchčastíc na báze želéza s obsahom uhlíkavačším ako 2 % hmotnosti a s celkovým ob-sahom karbidotvorných prvkov vačším ako20 % hmotnosti.

Doteraz známe zposoby skompaktňovaniadisperzných častíc rýchlorezných ocelí súvhodné pre častíce s určitou schopnosťouplastické] deformácie za studená. Schop-nost častíc plasticky sa deformovat umož-ňuje použit’, lisovanie za studená, a týmzískat polotovary roznych tvarov so zvýše-nou hustotou a dostatočnou súdržnosťou.Požiadavka získania maximálnych hustot zdisperzných častíc před závěrečnou operá-ciou skompaktňovania je mimoriadne důle-žitá najma pri výrobě tvarovaných nástro-jov. Vysoká hustota a súdržnosť dosiahnu-tá lisováním za studená umožní získat vhod-né východiskové polotovary pre závěrečnéoperácie skompaktňovania buď spekaním,alebo pre iné sposoby skompaktňovania zasúčasného posobenia teploty a tlaku.

Priaznivé výsledky, získané vysokýmirýchlosř'ami ochladzovania malých objemovtaveniny, umožnili vyrábat z disperznýchčastíc také nástrojové materiály, ktoré svo-jím chemickým zložením vychádzajú zo zlo-ženia' rýchlorezných ocelí, ale máju pod-statné vyšší obsah uhlíka a niektorých, na-jma karbidotvorných legúr. Obsah uhlíka vtýchto materiáloch je spravidla vačší ako2 % hmotnosti. Zvačšenému obsahu uhlíkazodpovedá aj zváčšený obsah karbidotvor-ných prvkov. Z hladiska chemického aštruktúrneho zloženia zodpovedajú takétomateriály prevažne eutektickým a hyper-eutektickým zliatinám a majú, vzhtadom navysoký podřel tvrdých fáz, podstatné vač-šiu odolnost oproti opotrebeniu ako rých-lorezné ocele. Disperzně částice týchto eu-tektických a hypereutektických zliatin ma-jú velmi vysokú tvrdost a preto ich ne-možno lisovat za studená. Ani žíhanie namakko, ktoré sa používá u disperznýchrýchlorezných ocelí, neumožní získat dosta-točne makké a tvárné částice, ktorýchvlastnosti by aplikováním lisovania za stu-dená umožnili získat polotovary s velkýmpodielom kontaktných ploch medzi jednot-livými částicemi, zabezpečujúcim minimál-ně zmrštenie, dostatočnú súdržnosť a inten-zivnější ohřev polotovarov pri záverečnejetape skompaktňovania. Táto nemožnostzískat z disperzných materiálov s velminízkou schopnosťou plastickej deformácielisováním za studená dostatočne husté asúdržné polotovary obmedzuje v súčasnostiaplikáciu roznych sposobov skompaktňova-nia prevažne iba na metody izostatickéhoslisovania. Pri izostatickom lisovaní disperz-ných častíc nástrojových materiálov na bá-ze železa s obsahom uhlíka vačším ako2 % hmotnosti a celkovým obsahom karbi-dotvorných prvkov vačším ako 20 % hmot-nosti sa tieto častíce, uzavřete v hermetic- kom obale, lisujú najprv za studená a ná-sledné izostaticky za tepla pri teplotách vrozmedzí od 1100 do 1200°C. Přitom výli-sok je umiesínený v obale s tvarom získa-ným lisováním za studená. Nízká schop-nost plastickej deformácie za studená udisperzných častíc sposobuje, že výlisok zís-kaný lisováním za studená je unálo súdrž-ný a po odstránení obalu by sa rožpadol. U rýchlorezných ocelí vyrobených meto-dami odlievania ingotov a ich následnéhotvárnenia na tyčové polotovary bol zistenýefekt subkritickej superplasticity. Znamenáto, že tieto ocele v tepelnom intervale podteplotou začiatku austenitizácie sa plastic-ky deformujú v podstatné vačšej miere akopri obvyklých teplotách tvárnenia v auste-nitickej oblasti. Železo a jeho polymorfnézliatiny v procese fázových transformáciíz teploty pod počiatkom austenitizácie nateplotu v oblasti austenitizácie a opačné,pričom cyklus ohřevu a ochladenia na uve-dené teploty sa niekofkokrát po sebe opa-kuje pri konštantnom zatažení, sa výraznéplasticky deformujú, čo sa označuje akoefekt dynamickej superplasticity. Zliatiny svefkosťou zrna menšou ako 10 μΐη, najmáeutektoidných a eutektických koncentrácií,sa za zvýšených teplot vel'mi výrazné plas-ticky deformujú, čo sa označuje ako efektštruktúrnej superplasticity. Efekt subkritic-kej superplasticity sa využívá pri výrobětvarových nástrojov z tyčových polotovarovrýchlorezných ocelí. Efekt štruktúrnej su-perplaslicity sa využívá pri tváření zliatinz farebných kovov, žiarupevných niklovýchzliatin alebo niektorých uhlíkových a níz-kolegovaných ocelí. Východiskové poloto-vary před tvárněním sú buď vo formě ple-chov, tyčí, alebo rozměrných kompaktnýchtelies. Pri skompaktňovaní disperzných čas-tíc sa efekty superplasticity využívajú ibapri získávání vysokých hustot výliskov z bie-lej liatiny v izometrických tvárniacich ná-strojoch za teplot okolo 700 °C.

Vyššie uvedené nedostatky sa odstránisposobom skompaktňovania nástrojovýchmateriálov z disperzných častíc na báze že-leza s obsahom uhlíka vačším ako 2 %hmotnosti a s celkovým obsahom karbido-tvorných prvkov vačším ako 20 % hmot-nosti podlá vynálezu, ktorého podstata spo-čívá v tom, že nástrojový materiál v tvaredisperzných častíc sa umiestni v hermetic-kom obale, v ktorom sa stlačí tlakom v roz-sahu od 100 do 600 MPa a ohřeje na tep-lotu v rozmedzí od 350 do 950 °C v časo-vom intervale od 6 minút do 10 hodin. Ná-strojový materiál v tvare disperzných častímožno tiež umiestniť v dutině lisovaciehonástroja, ktorý je vložený v hermetickomobale. K podstatě patří aj to, že stlačenýnástrojový materiál v tvare disperznýchčastí, umiestnený v hermetickom obale ale-bo v dutině lisovacieho nástroja, ktorý jevložený v hermetickom obale, sa najprv 234979

S ohřeje na teplotu v rozmedzí od 750 do850 °C po dobu od 6 minút do 2 hodin apotom sa ohřeje na teplotu v rozmedzí od850 do 950 °C po dobu od 6 minút do 2 ho-din. Po tomto ohriatí sa nechá ochladit napovodnú teplotu od 750 do 850 °C po dobuod 6 minút do 2 hodin a znova sa ohřejena teplotu v rozmedzí od 850 do 950 °C,pričom popísaný cyklus ohriatia a ochlade-nia sa opakuje 2- až lOkrát.

Sposobom skompaktňovania podl'a vyná-lezu sa získajú vysoké hustoty z takýcheutektických a hypereutektických nástro-jovových materiálov v tvare disperznýchčastíc, ktorých vlastnosti neumožňovali do-teraz efektívne využit' predlisovanie za stu-dená. Týmto sposobom sa vyrobia poloto-vary s uzatvorenou pórovitosťou a s husto-tou vyššou ako 99 % hustoty odliateho ma-teriálu. Z takýchto polotovarov možno od-strániť hermetický obal a před závěrečnouoperáciou skompaktňovania alebo v jej prie-behu možno dodatočne měnit tvar poloto-varu. Sposob skompaktňovania podl'a vyná-lezu možno využit aj pri lisovaní disperz-ných častíc na relativné přesné tvary v du-tinách ohrievaných lisovacích nástrojovumiestnených vo vákuu alebo inertných,připadne riadených atmosférách. Vzhíadomna posobiace mechanizmy superplastickejdeformácie dochádza iba k minimálnej di-fúznej interakcii medzi lisovaným materiá-lom a materiálom nástroja. Významnoupřednostou spósobu skompaktňovania pó-dia vynálezu je skutočnosť, že vysoké hus-toty polotovarov umožňujú uskutočnit zá-věrečná operáciu skompaktňovania pri re-lativné nízkých teplotách a v krátkých ča-sových intervaloch, čím sa vo vetkej mierezachovajú priaznivé štruktúrne změny, zís-kané vysokými rýchlosťami ochladzovaniataveniny a dosiahne sa vysoká disperziatvrdých fáz v štruktúre. Příklad 1 Nástrojový materiál na báze železa s ob-sahom 2,5 % hmotnosti uhlíka, 1,5 % hmot-nosti kremíka, 4 °/o hmotnosti chrómu, 8,0percenta hmotnosti wolfrámu, 5 % hmot-nosti molybdénu, 7 lO/o hmotnosti vanádu a8 %í hmotnosti kobaltu v tvare disperznýchčastíc s veikosťou fáz mensou ako 10 jum,získaných vysokou rýchlosťou ochladzova-nia taveniny a teplotou počiatku austeniti-zácie 845 °C, umiestnený v hermetickomobale sa lisoval v izostatickom lise pri tla- ku 158 MPa a teplote 840 °C po dobu 3 ho-din. Hustota získaného skompak lněného vý-lisku bola 99,6 % z hustoty odliateho ma-teriálu. Přiklad 2 Nástrojový materiál so zložením a štruk-túrou v tvare disperzných častíc ako v pří-klade 1, umiestnený v hermetickom obale,sa stlačil v izostatickom lise tlakom 178MPa a ohrial na teplotu 800 °C pri zotrvanína tejto teplote 1 hodinu. Následné saohrial teplotou 900 °C pri zotrvaní na tejtoteplote po dobu 15 minút. Nechal sa ochla-dit na 800 °C pri zotrvaní na tejto teplote 1hodinu a znova sa ohrial na teplotu 900 °Cpri zotrvaní na tejto teplote po dobu 15 mi-nút. Po tomto ohřeve následovalo ochlade-nie na izbovú teplotu. Hustota získanéhoskompaktovaného výlisku bola 99,7 % zhustoty odliateho materiálu. Příklad 3 Nástrojový materiál so složením 2,3 %hmotnosti uhlíka, 1,6 % hmotnosti kremíka, 4.8 % hmotnosti chrómu, 5,3 % hmotnostiwolfrámu, 4,9 % hmotnosti molybdénu, 5,9percenta hmotnosti vanádu a 7,6 % hmot-nosti kobaltu so štruktúrou a v tvare dis-perzných častí ako v příklade 1 sa spraco-vával sposobmi popísanými v príkladoch 1a 2. Hustota takto získaného skompaktne-ného výlisku bola vačšia ako 99,5 % z hus-toty odliateho materiálu. Příklad 4 Nástrojový materiál so zložením 3,1 %hmotnosti uhlíka, 1,8 % hmotnosti kremíka, 5.9 ’% hmotnosti chrómu, 4,6 % hmotnostiwolfrámu, 3,2 hmotnosti molybdénu, 11,6percenta hmotnosti vanádu a 7,0 '% hmot-nosti kobaltu so štruktúrou a v tvare dis-perzných častíc ako v příklade 1 sa spra-covával sposobmi popísanými v príkladoch1 a 2. Hustota takto získaného skompaktne-ného výlisku bola vačšia ako 99,5 % z hus-toty odliateho materiálu.

Sposob skompaktňovania podlá vynálezuje využitelný pri lisovaní disperzných čas-tíc eutektických nástrojových materiálov vamorfnom stave a umožňuje získat tak kom-paktně materiály s ultrajemnou krystalic-kou štruktúrou.

Claims (3)

1. 234379 PREDMET

   1. Spdsob skompaktňovania nástrojovýchmateriálov z disperzných častíc na báze že-leza s obsahom uhlíka vyšším ako 2 %hmotnosti a s celkovým obsahom karbido-tvorných prvkov vyšším ako 20 % hmot-nosti vyznačený tým, že nástrojový mate-riál v tvare disperzných častíc sa umiestniv hermetickom obale, kde sa stlačí tlakomv rozmedzí od 100 do 600 MPa a ohřejena teplotu v rozmedzí od 750 do 950 °C včasovom intervale od 6 minut do 10 hodin.
2. 2. Spósob podl'a bodu 1 vyznačený tým,že nástrojový materiál v tvare disperzných V-YNALEZU častíc sa umiestni v dutině lisovacieho ná-stroja, vloženého v hermetickom obale.
3. 3. Spósob podl'a bodov 1 a 2 vyznačenýtým, že nástrojový materiál v tvare disperz-ných častíc sa ohřeje na teplotu v rozmedzíod 750 do 850 °C po dobu 6 minut až 2 ho-din s následným ohriatím na teplotu v roz-medzí od 850 do 950 °C po dobu od 6 minutdo 2 hodin a nechá sa ochladit na póvodnúteplotu v rozmedzí od 750 do 850 °C, pri-čom ohriatie a ochladenie na udané tep-loty sa opakuje 2- až lOkrát. Severograřia, n. p., závod 7, Most Cena 2,40 Kčs