CS248997B1

CS248997B1 - Method of steel powder production from middle- and high-carbon steels' cutting waste

Info

Publication number: CS248997B1
Application number: CS376485A
Authority: CS
Inventors: Andrej Salak
Original assignee: Andrej Salak
Priority date: 1985-05-27
Filing date: 1985-05-27
Publication date: 1987-03-12

Description

Vynález sa týká výroby práškovej ocele mletím odpadu po trieskovom obrábaní stredne a vysokouhlíkových legovaných ocelí a žíháním, ktorá sa s výhodou použije na výrobu materiálov a súčiastok postupmi práškovej metalurgie.The invention relates to the production of powder steel by grinding waste after machining of medium and high carbon alloy steels and annealing, which is preferably used for the production of materials and components by powder metallurgy processes.

Práškové ocele, používané na výrobu materiálov a súčiastok postupmi práškovej metalurgie, sa vyrábajú viacerými sposobmi. Jeden z najrozšírenejších sposobov přípravy práškových ocelí je mechanické miešanie práškového železa s práškovými legúrami a grafitom. Takalo práškové zmes sa potom spracuje na súčiastky známými postupmi práškovej metalurgie. K nalegovaniu železnej matrice pri takto připravovaných oceliach dochádza počas spekania difúziou v tuhom stave. Další sposob je rozstrekovanie kovověj legovanej taveniny inertným plynom alebo vodou pod vysokým tlakom. Takto- sa vyrábajú úplné predlegované práškové ocele. V práškovej metalurgii je súčasne snaha spracovat vhodné čisté kovové odpady na prášok, ktorý by bol použitelný na výrobu súčiastok a materiálov. Do tejto oblasti sa zaraďujú spósoby výroby práškovej ocele z odpadov, z triesok, ktoré vznikajú pri trieskovom obrábaní ocelí, ako je sústruženie, frézovanie, vřtanie, hob1'ovanie a pod.The powder steels used for the production of materials and components by powder metallurgy processes are produced in a number of ways. One of the most widespread methods of preparing powder steels is the mechanical mixing of powdered iron with powdered alloys and graphite. Such a powder mixture is then processed into parts by known powder metallurgy processes. The alloying of the iron matrix in the steels thus prepared takes place during the solid state diffusion sintering. Another method is to spray a metallic alloy melt with an inert gas or water under high pressure. Complete pre-alloyed powder steels are thus produced. At the same time, in powder metallurgy, there is an effort to process suitable pure metal wastes into powder which could be used for the production of components and materials. This area includes processes for producing powder steel from wastes, from chips, which arise during the machining of steels such as turning, milling, drilling, planing and the like.

Základnou podmienkou využitia takéhoto odpadu, na výrobu práškovej ocele je, aby odpad bol z jedného- druhu ocele, aby z něho vyrobený prášok mal stabilně a reprodukovatelné výhodné fyzikálně a chemické vlastnosti. Přitom samé triesky majú rozny tvar a rozměry a často bývajú dlhé a skrútené, čomu třeba prisposobií podmienky spracovania na prášok. Na výrobu práškových ocelí z kovových triesok je doteraz známých niekolko sposobov. Podlá jedného sposobu triesky z nízkouhlíkových ocelí sa spracovávajú na prášková ocel' tak, že tieto po predbežnej úpravě na vyhovujúcu velkost sa melú v špeciálnom mlýne, v ktorom sa ochladzujú kvap-alným dusíkem. Tým triesky skrehnú a možno ich v takomto stave mlieť na prášok. Nedostatkom tohto sposobu je, že vyžaduje špeciálny mlýn a velké množstvo kvapalného dusíka. Podlá ďalšieho sposobu, triesky aby skrehli, napřed sa nauhličia a potom buď priamo z teploty nauhličovania, alebo po ochladení a opatovnom ohřeve sa zakalia a potom sa už melú na prášok známými postupmi. Podlá mého postupu triesky z legovanej ocele s koncentráciou uhlíka 1 % hmot. po predbežnej úpravě sa ohrejú na teplotu asi 950 °C v ochrannej atmosféře, z ktorej sa kalia do vody. Po tomto spracovani triesky sa melú na prášok.The basic condition for the use of such waste for the production of powder steel is that the waste is of one type of steel, so that the powder produced therefrom has stable and reproducible advantageous physical and chemical properties. The chips themselves have different shapes and dimensions and are often long and twisted, for example in powder processing conditions. Several methods have been known so far for the production of powder steels from metal chips. According to one method, the low carbon steel chips are processed into powder steel so that after pre-treatment to a suitable size they are ground in a special mill in which they are cooled with liquid nitrogen. As a result, the chips become brittle and can be pulverized in such a state. The disadvantage of this method is that it requires a special mill and a large amount of liquid nitrogen. According to another method, the chips to become brittle, are first carburized and then either directly from the carburizing temperature or, after cooling and careful heating, become cloudy and then ground to a powder by known methods. According to my procedure, alloy steel chips with a carbon concentration of 1 wt. after pretreatment, they are heated to a temperature of about 950 ° C in a protective atmosphere from which they are quenched into water. After this treatment, the chips are ground to a powder.

Vo všetkých prípadoch mletie triesok sa vykoná v rdznych mlynoch. Sú to napr. gul'ové, tyčové, kolíkové, tanierové, nárazové alebo vibračně mlyny, ia ich výběr je určený požiadavkou vyrobit za čo najkratšiu dobu prášok výhodnej granulometrie, najčastejšie s najvačšim podielom častíc prevažne velkosti niže 0,315 mm. Po mletí vo všetkých prípadoch nevyhnutné následuje žíhanie prášku v redukčných atmosférách najčastejšie v štiepenom čpavku, Cielom tohto žíhania je jednak znížiť koncentráciu uhlíka natolko, aby sa stal prášok lisovatelným, jednak, a to je rozhodujúce, znížif koncentráciu kyslíka v prášku, ktorá sa zvýšila oproti oceli predehádzájúcimi postupmi spracovania triesok na prášok, na niže 0,2 % hmot., pretože iba prášková ocel s takouto koncentráciou kyslíka možno úspěšně použiť na výrobu súčiastok postupmi práškovej metalurgie.In all cases the grinding of the chips is carried out in different mills. They are eg. ball, bar, pin, plate, impact or vibratory mills, and their selection is determined by the requirement to produce a powder of advantageous granulometry in the shortest possible time, most often with a largest proportion of particles of mainly 0.315 mm. Grinding in all cases is followed by annealing of the powder in reducing atmospheres, most often in split ammonia. The purpose of this annealing is to reduce the carbon concentration sufficiently to make the powder compressible and, decisively, to reduce the oxygen concentration in the powder. of steel prior to the processing of chips into powder, to which 0.2% by weight, since only powder steel with such an oxygen concentration can be successfully used for the production of components by powder metallurgy processes.

Nedostatkom obidvoch naposledy spomínaných sposobov je, že vyžadujú osobitné technologické operácie na zvýšenie křehkosti triesok, ia to- bud nauhličovanie, alebo ohřev na kaliacu teplotu, čo sú energeticky náročné operácie. Přitom v prvom případe sa dodává trieskam nauhličovaním uhlík, ktorý sa musí potom z prášku odstráňovať. Ďalej, v obidvoch prípadoch, sú potřebné umělé atmosféry, ktoré zdražujú proces. Dalším spoločným nedostatkom týchto sposobov je, že pri uvedených tepelných procesoch spracovania triesok před mletím, ktoré sa uskutočňujú pri teplotách najčastejšie 900 až 1 000°C, dochádza k dodatočnej oxidácii triesok i po hraniciach metalografických zrn. Nakolko v každej z takýchto ocelí sa nachádza mangán -a chróm, čo sú prvky vysokej afinity ku kyslíku, a preto ich kysličníky sú ťažko redukovatelné, a to iba pri teplotách výše 1 200 °C. Z toho důvodu po konečnom redukčnom žíhaní prášku, ktoré sa vykonává pri teplotách 900 až 1 050 °C, aby sa vylúčilo výraznejšie spečenie, prášková ocel má koncentráciu kyslíka stále ešte okolo 0,5 % hmot. To znemožňuje použiť takúto prášková ocel na výrobu náročných strojových súčiastok postupmi práškovej metalurgie.A shortcoming of the latter two methods is that they require special technological operations to increase the fragility of the chips, even carburizing, or heating to quenching temperature, which are energy-intensive operations. In the first case, carbon is supplied to the chips by carburization, which must then be removed from the powder. Furthermore, in both cases, artificial atmospheres are needed which make the process more expensive. A further common disadvantage of these processes is that in the above-mentioned thermal processes of the pre-milling treatment, which are carried out at temperatures of most often 900 to 1000 ° C, the chips become additionally oxidized even at the metallographic grain boundary. Because manganese and chromium are found in each of these steels, which are elements of high affinity for oxygen, and therefore their oxides are difficult to reduce, and only at temperatures above 1200 ° C. Therefore, after the final reduction annealing of the powder, which is carried out at temperatures of 900 to 1050 ° C in order to avoid a significant sintering, the steel powder still has an oxygen concentration of about 0.5% by weight. This makes it impossible to use such powder steel for the production of sophisticated machine parts by powder metallurgy processes.

Uvedené nevýhody známých sposobov na výrobu práškových ocelí z odpadných triesok po trieskovom obrábaní stredne a vysokouhlíkových legovaných ocelí sú odstraněné spósobom podlá vynálezu, ktorého podstata spočívá v tom, že odpad vo formě triesok sa rozdrtí na kusy, s výhodou kratšie ako 60 mm, ktoré sa odmastia a potom sa melú na prášok, ktorý sa po vyosiati vhodných frakcií žíhá pri teplotách 700 až 1100 stupňov Celsia, počas 0,5 až 6 hodin v atmosféře a potom sa čiastočne spečený prášok rozmelie a osievaním vytriedi na potřebné frakcie. Žíhanie mletého prášku sa vykoná s výhodou na vzduchu, v dusíku alebo v redukčnej atmosféře obsahujúcej vodík.The above-mentioned disadvantages of the known methods for producing powder steel from waste chips after chip machining of medium and high carbon alloy steels are eliminated by the method according to the invention, which consists in that the waste in the form of chips is crushed into pieces, preferably shorter than 60 mm. They are degreased and then ground to a powder which after sieving suitable fractions is annealed at temperatures of 700 to 1100 degrees Celsius for 0.5 to 6 hours in the atmosphere, and then the partially sintered powder is ground and screened to the necessary fractions by sieving. The annealing of the milled powder is preferably carried out in air, nitrogen or a hydrogen-containing reducing atmosphere.

Možnost mletia takýchto triesok vo východiskovom stave je podmienená skutočnosťou, že triesky pri ich vzniku sú ohriate na zvýšené teploty a rýchlym ochladzovaním režnými kvapalinami zvyšujú svoju tvrdost a křehkost, preto ich možno priamo mlieť.The possibility of grinding such chips in the initial state is conditioned by the fact that the chips at their formation are heated to elevated temperatures and by rapid cooling with gray liquids they increase their hardness and brittleness and therefore can be ground directly.

248248

Výhodou sposobu výroby práškovej ocele mletím triesok z legovaných ocelí s koncentráciou uhlíka obvykle výše 0,5 % hmot. a následným žíháním podta vynálezu je, že triesky sa spracovávajú na prášok vo východiskovom stave bez predúprav tepelnými procesmi za účelom zvýšenia ich křehkosti. Mletie triesok s uvedenou koncentráciou uhlíka vo východiskovom stave podta vynálezu je možná preto, že triesky vznikajúce pri obrábaní řezáním sa ohrievajú na zvýšené teploty a rýchlym ochladením režnými kvapalinami rýchlo chladnú. Tým sa zvyšuje ich tvrdost a křehkost, čo umožňuje ich priame mletie. Dalšími a rozhodujúcimi výhodami sposobu podta vynálezu je, že vylúčením tepelných predúprav sa vylučuje dodatočná oxidácia častíc prášku a že prášok uvedenej koncentrácie kyslíka možno žíhat, v lačnějších atmosférách, a to napr. aj na vzduchu, pretože ako redukovadlo tu působí priamo uhlík z prášku. Tým sa znižuje koncentrácia uhlíka, čo zabezpečuje zvýšenie lisovatelnosti prášku. Sposobom podta vynálezu vyrobená prášková ocet má koncentráciu kyslíka v konečnom stave níže 0,2 % hmot. Tým splňuje požiadavky práškovej metalurgie na jeho použitie na výrobu náročných strojových súčiastok.The advantage of the process for producing powder steel by grinding alloy steel shavings with a carbon concentration of usually above 0.5% by weight. and the subsequent annealing of the present invention is that the chips are processed to a powder in the initial state without pre-treatment by thermal processes to increase their brittleness. The grinding of the chips with the stated carbon concentration in the initial state according to the invention is possible because the chips resulting from the cutting are heated to elevated temperatures and rapidly cooled with gray liquids by rapid cooling. This increases their hardness and brittleness, allowing their direct grinding. Further and decisive advantages of the process according to the invention are that the elimination of the thermal pretreatments avoids the additional oxidation of the powder particles and that the powder of said oxygen concentration can be annealed, in a lighter atmosphere, e.g. even in the air, since the carbon from the powder acts directly as a reducing agent. This reduces the carbon concentration, which ensures an increase in the compressibility of the powder. The powdered vinegar produced according to the invention has an oxygen concentration in the final state of less than 0.2% by weight. Thus, it meets the requirements of powder metallurgy for its use in the manufacture of sophisticated machine parts.

Příklad 1Example 1

Sústružnické triesky z ocele o koncentrácii mangánu 0,3 °/o, chrómu 1,5 % a uhlíka 1,0 % bolí v drviči polámané na kúsky roznej velkosti, ktorých dížka nepřevyšovala 50 mm. Takéto triesky holi odmaštěné v trichlóretyléne a potom holi mleté v gu1'ovom mlýne. Zo· vzniklého kovového prášku sitovaním holi oddělené frakcie velkostiTurning chips of steel with a manganese concentration of 0.3% / chromium, 1.5% chromium and a carbon of 1.0% hurt in a crusher broken into pieces of different sizes, the length of which did not exceed 50 mm. Such sticks are degreased in trichlorethylene and then sticks milled in a ball mill. The fraction of size obtained from the metal powder formed by sieving is separated

997 častíc niže 0,315 mm, ktoré mali koncentráciu kyslíka 1,4 % hmot. Tento prášok bol žíhaný pri teplote 900 °C, počas 60 minút na vzduchu. Takto připravená prášková ocet mala koncentráciu kyslíka 0,19 % hmot. a po žíhaní pri teplote 1 000 °C počas 60 minút 0,15 % hmot.997 particles below 0.315 mm having an oxygen concentration of 1.4 wt. The powder was calcined at 900 ° C for 60 minutes in air. The powdered vinegar thus prepared had an oxygen concentration of 0.19% by weight. and after annealing at 1000 ° C for 60 minutes 0.15 wt.

Příklad 2Example 2

Prášková ocel' připravená z triesok a sposobom ako v příkladu 1, bola žíhaná pri teplote 900 °C počas 60 minút v dusíku. Takto připravená prášková ocel' mala koncentráciu kyslíka 0,15 % hmot. a po žíhaní pri teplote 1 000 °C počas 60 minút 0,13 °/o hmot. Příklad 3The powder steel prepared from the chips and the method as in Example 1 was annealed at 900 ° C for 60 minutes under nitrogen. The powder steel thus prepared had an oxygen concentration of 0.15% by weight. and after annealing at 1000 ° C for 60 minutes 0.13% w / w. Example 3

Prášková ocet připravená z triesok a spósobom ako v příkladu 1, bola žíhaná pri teplote 900 °C počas 60 minút vo vodíku. Takto připravená prášková ocet mala koncentráciu kyslíka 0,18 % a po žíhaní pri teplote 1 000 °C počas 60 minút 0,10 %.Powdered vinegar prepared from the chips and as in Example 1 was annealed at 900 ° C for 60 minutes in hydrogen. The powdered vinegar thus prepared had an oxygen concentration of 0.18% and after annealing at 1000 ° C for 60 minutes 0.10%.

Příklady potvrdzujú, že spósobom podl'a vynálezu možno připravit prášková ocet z triesok stredne uhlíkovej legovanej ocele bez predbežnej tepelnej úpravy s konečnou koncentráciou kyslíka niže 0,2 % hmot., a to žíháním na vzduchu, v dusíku i vo vodíku. Výhodou sposobu ďalej je, že nevyžaduje speciálně zariadenia a je energeticky menej náročný ako doteraz známe postupy. Spósob možno s výhodou využit na výrobu práškovej ocele zo sústružnických triesok napr. z ložiskovej ocele, kde je ich velký výskyt. Takáto prášková ocel' je vhodná na výrobu náročných strojových súčiastok postupmi práškovej metalurgie.The examples confirm that according to the invention powdered vinegar can be prepared from medium-carbon alloy steel chips without pre-heat treatment with a final oxygen concentration of less than 0.2% by weight, by annealing in air, nitrogen and hydrogen. The advantage of the method further is that it does not require special equipment and is less energy-intensive than prior art processes. The method can advantageously be used for producing powder steel from turning chips e.g. made of bearing steel, where their occurrence is high. Such powder steel is suitable for the production of sophisticated machine parts by powder metallurgy processes.

Claims

Method for producing powder steel from scrap after machining of medium and high carbon alloy steels by grinding and annealing, characterized in that the waste in the form of chips is crushed into pieces, preferably less than 60 mm, which are degreased and then ground to powder, which, after sieving suitable fractions, is annealed at a temperature of 700 to 1100 ° C for 0.5 to 6 hours in the atmosphere and then the partially sintered powder of the invention is ground and sieved to the necessary fractions by sieving.

2. Method according to claim 1, characterized in that the annealing of the powder is carried out in air.

3. Method according to claim 1, characterized in that the annealing of the powder is carried out in nitrogen.

4. The method of claim 1, wherein the annealing of the powder is carried out in a reducing atmosphere containing hydrogen.