CS263355B1

CS263355B1 - Method of forgings production from semi-products prepared from chips waste

Info

Publication number: CS263355B1
Application number: CS87647A
Authority: CS
Inventors: Michal Ing Csc Podolsky; Peter Ing Kosak; Igor Ing Paulovic
Original assignee: Podolsky Michal; Peter Ing Kosak; Igor Ing Paulovic
Priority date: 1987-02-02
Filing date: 1987-02-02
Publication date: 1989-04-14
Also published as: CS64787A1

Abstract

Riešenie sa týká ekonomicky výhodného spracovania technologických trieskových odpadov z konštrukčnej jemnozrnnej uhlíkovéj ocele a liatiny. Podstatou riešenia je, že triesky sa rozdrvia na částice s rozmerom do 9 mm, odmastia premytím a sušia pri teplote 100 až 200 °C, predhutnia tlakom 100 až 300 MPa na polotovar, ktorý sa po krátkodobom ohřeve na teplotu 850 až 1 200 °C prechodom prúdu priamo cez polotovar spracúva kováním v uzavretej zápustke dynamickým rázom rýchlosťou 0,3 až 10 m.s*U pri tlaku 800 až 1 200 MPa a následné sa pomaly ochladzuje na vzduchu.The solution is economically advantageous technological chip processing waste from structural fine-grained carbon steel and cast iron. The essence of the solution is that the chips are crushed into particles up to 9 mm in diameter, degreased by washing a dried at 100 to 200 ° C, pre-dried 100 to 300 MPa for semi-finished product which is heated to a temperature after brief heating 850 to 1200 ° C by passing the current directly through the semi-finished product is forged in closed form die with dynamic impact speed 0.3 to 10 m.s * U at a pressure of 800 to 1200 MPa and subsequent cooling in air.

Description

Vynález sa týká spůsobu výroby tvarových výkovkov z polotovarov připravených priamo z kovového trleskového odpadu.The invention relates to a method for producing shaped forgings from blanks prepared directly from metal flake waste.

V súčasnosti najpoužívanejšia technológia spracovania trleskového odpadu briketováním vykazuje celý rad problémov spojených so skladováním triesok, ich přepravou do hutí, přetavováním a opStovným spracovaním na polotovary a přepravou do miesta ich dalšieho spracovania.Today, the most widely used briquetting technology for briquetting has a number of problems associated with storing chips, transporting them to smelters, remelting and reprocessing into semi-finished products, and transporting them to the point of further processing.

Využitie triesok v hutiach je závislé predovšetkým na druhu peci, v ktorých sa triesky tavia a na spůsobe ich úpravy. Pri přetavovaní dochádza ku značným stratám materiálu prepalom, nehovořiac o tom, že niektoré drahé legúry sa pri přetavovaní úplné stratia.The use of chips in the smelters depends primarily on the type of furnace in which the chips are melted and the way in which they are treated. During remelting, there is a considerable loss of material through burns, not to mention that some expensive leggings are completely lost during remelting.

Za súčasného stavu techniky najbežnejšie zaužlvaný spůsob spracovania trleskového odpadu priamo v strojárskych závodoch je drvenie so zvýšením priemernej hodnoty mernej hmotnosti třískového odpadu asi na trojnásobok. Zaužívané briketovacie lisy spracovávajú tento odpad na brikety s měrnou hmotnosťou 5,3 kg.drn³, ktoré sa potom používajú ako vsádzkový materiál v ocellarňach. Stúpajúca cena ocele, ako aj ostatných materiálov, nutí výrobcov a užlvatelov týchto materiálov hladať rezervy v nových technologických metodách, obzvlášť bezstratovým recirkulačným spůsobom spracovania odpadu so šetřením energie, ako aj skracovanlm výrobného cyklu.In the current state of the art, the most commonly tapered method of treating flake waste directly in engineering plants is grinding with an increase in the average specific gravity of the chip waste to about three times. The conventional briquetting presses convert this waste into briquettes with a specific weight of 5.3 kg.drn ³ , which are then used as feed material in steel mills. The rising price of steel, as well as other materials, forces producers and users of these materials to seek reserves in new technological methods, in particular the loss-free recirculation of energy-saving waste treatment as well as a shorter production cycle.

Novou technológiou spracovania triskového odpadu, priamym lisováním práškov a triesok, sa zaoberali v zahraničí, konkrétné v Japonsku, kde boli experimentálně zhótované výlisky metodou redukovania za tepla, pričom triesky zbavené nečistůt boli nasypané do nosnej trubky, a takto vniekolkých stupňoch redukované na požadovaný stupeň zhutnenia. Rovnako boli ověřované možnosti priameho zlisovávania trleskového odpadu konvenčným lisováním za tepla, predom spekaných polotovarov.The new technology of processing waste waste, by direct pressing of powders and chips, has been engaged abroad, namely in Japan, where the moldings were experimentally designed by the method of hot reduction, where the debris-free chips were poured into the carrier tube and thus reduced to the required degree of compaction. . The possibilities of direct compression of the flake waste by conventional hot pressing of pre-sintered blanks were also tested.

vychádzajúc z tohto stavu světověj techniky boli ověřované možnosti priameho zlisovania trleskového odpadu přípravou polovýliskov získaných kalibrováním za tepla. Vzhladom na nedostatok technologických parametrov a údajov vykazovali výrobky značné nedostatky pokial išlo o kvalitu a požadované vlastnosti konečných výrobkov oproti výrobkom zhotoveným konvenčně z původných materiálov. Preto bola vyvinutá technológia spracovávania trleskového odpadu konštručnej jemnozrnej uhlíkovéj ocele používanéj na různé zvárané konštrukcie, výrobu ohýbaných profilov a trubiek, na súčiastky strojov, ako aj na súčistky tepelných energetických zariadení a tlakových nádob. Taktiež trleskového odpadu liatiny na odliatky s hrúbkou 5 až 100 mm například pre súčiastky ako sú klukové a vačkové hriadele, ozubené kolesá, válce, piesty a piestne krúžky, a to priamo z trleskového odpadu bez pretavovania priamo v mieste vzniku tohoto >dpadu.Based on this state of the art, the possibility of directly squeezing the flake waste was prepared by preparing semi-presses obtained by hot calibration. Given the lack of technological parameters and data, the products showed significant shortcomings in terms of quality and required properties of end products compared to products made conventionally from original materials. For this reason, the technology for processing the flake waste of structural fine-grained carbon steel used for various welded constructions, the production of bent profiles and pipes, machine components, as well as for thermal power plant equipment and pressure vessels has been developed. Also, casting castings of 5 to 100 mm thick cast iron, for example, for components such as crankshafts, camshafts, gears, cylinders, pistons and piston rings, directly from the casting scrap without remelting directly at the point of origin.

Jedna z možnosti odstránenia vyššie uvedených problémov pri znovuvyužití trleskového odpadu rieši aj spůsob výroby tvarovaných výkovkov z trleskového odpadu z konštrukčnej jemnozrnnej uhlíkovej ocele alebo liatiny podlá vynálezu, ktorého podstatou je, že triesky sa rozdrvia na částice s rozmerom do 9 mm, odmastia premytím, odstredia a sušia pri teplote 100 až 200 °C, predhutnia sa tlakom 100 až 300 MPa na polotovar, ktorý sa spracuje kováním po krátkodobovom ohřeve na teplotu 850 až 1 200 °C prechodom prúdu priamo cez polotovar pri tlaku 800 až 1 200 MPa v uzavřetej zápustke dynamickým rázom rýchlosťou 0,3 až 10 m.s^-1a následné sa pomaly ochladzujú na vzduchu.One of the possibilities of eliminating the above mentioned problems in the re-use of the flake waste is also addressed by the method for producing shaped flaps from flake waste from structural fine-grained carbon steel or cast iron according to the invention. and dried at a temperature of 100 to 200 ° C, pre-compacted at a pressure of 100 to 300 MPa into a blank, which is processed by forging after short-term heating to a temperature of 850 to 1200 ° C by passing current directly through the blank at 800 to 1200 MPa in a closed die dynamic impact at a speed of 0.3 to 10 ms ^-1 and subsequent cooling slowly in air.

Pri niektorých typoch liatiny je vhodné predhutnený polotovar před kováním spekat vo vákuu pri teplotl 950 až 1 000 °C po dobu 50 až 70 min.For some types of cast iron, it is appropriate to sinter the preformed blank in vacuum at a temperature of 950 to 1000 ° C for 50 to 70 minutes before forging.

Výhodou riešenia podlá vynálezu je v prvom radě kvalitný výrobok, ktorý dosahuje takmer stopercentnú mernú hmotnost původného materiálu. Metalografický rozbor trieskových výkovkov dokázal, že v procese kovania sa vytvořil dostatečný počet kontaktných plůch, takže pri navrhovanéj technologii, s dodržením technologických parametrov, možno předpokládat dokonalé epojenie častíc. Pevnost v ohybe a v tadu týchto výkovkov je len velmi málo nižžia ako pevnost toho istého materiálu v klasickom převedení. Naopak, tvrdost je vplyvom mierneho zakale3 nia pri ochladení po kovaní vyššia, čo možno považovat za vyšší účinok. Za technický pokrok třeba považovat jednu z nových možnosti bezstratového spósobu znovuspracovania trieskového odpadu so značnými energetickými, časovými a čo do počtu operácii podstatné nižšími nárokmi. Kovanie trieskového odpadu vykazuje všetky výhody přesného kovania. Kováním pórovitých výliskov v uzavretej zápustke sa vyrobí výkovok na jeden zdvih kovacieho lisu bez výronku.·The advantage of the solution according to the invention is first of all a quality product which reaches almost 100% specific weight of the original material. Metallographic analysis of chip forgings has shown that a sufficient number of contact surfaces has been created in the forging process, so that the proposed technology, with observance of the technological parameters, can assume perfect particle bonding. The bending and tensile strength of these forgings is only slightly lower than the strength of the same material in a conventional design. On the contrary, the hardness is higher due to slight turbidity upon cooling after forging, which can be considered a higher effect. Technological progress should be considered as one of the new possibilities for a lossless process of reprocessing of waste chips with considerable energy, time and, in terms of operations, considerably lower demands. Swarf forging shows all the advantages of precision forging. Forging the porous moldings in a closed die produces a forging for one stroke of the forging press without burr.

Spósobom podlá vynálezu boli zhotovené a overené výkovky v tvare valčekov s rozmermi 0 20x11 mm, ktoré boli potom skúšané na pevnost v ohybe, v tahu a na tvrdost a porovnávané s etalónom zhotoveným z póvodného materiálu. Použité boli odpady triesok konštrukčnej jemnozrnnej ocele s obsahom uhlíka 0,1 až 0,45 % a tvárnéj liatiny, ktorej štruktúra je tvořená perlitam, feritom a zrnitým grafitom. Vytriedené triesky s rozmermi pod 9 mm sa premyli vliehu, odetredili a vysušili v sušičke pri teplote +100 °C. Z týchto materiálov sa predhutnili vzorky v tvare valčekov o rozmeroch 0 20x11 mm pri tlaku 100 MPa u liatiny a 300 MPa u ocele. Relativná měrná hmotnost bola okolo 68 % pre ocel a 64,5 % pre liatinu. Po kalibrovaní pri teplote 600 až 900 °C sa dosiahla výsledná měrná hmotnost výrobkov blízka teoretickej hodnotě hustoty. Polovýlisky sa zhutňovali tlakom 900 MPa u liatiny a 1 200 MPa u ocele Následné sa polovica vzoriek spekala vo vákuovej peci za účelom zváčšenia počtu kontaktných plóch medzi trieskami a na odstránenie zbytkov kysličníkov. Spekanie prebiehalo pri teplote 1 000 °C v čase jednej hodiny s pomalým chladnutím priamo v peci. Následné sa vzorky kovali za poloohrevu na kovaciu teplotu 850 až 1 200 °C pre ocel a 950 až 1 100 °C pre liatinu, priamo prechodom elektrického prúdu cez polotovar v delenej dutině grafitového telesa nástro ja. Takto sa zabezpečila ochranná atmosféra pri ohřeve a minimálna doba přenosu ohriatého polotovaru do kováčej zápustky. Polotovar bol zhutněný dynamickým rázom rýchlosťou 0,3 m.s¹na takmer 100 t-númernú hmotnost. Výkovok po kovaní chladol na vzduchu.Roller forgings with dimensions of 20x11 mm were manufactured and tested according to the invention, which were then tested for flexural strength, tensile strength and hardness and compared with a standard made of original material. Wastes of structural fine-grained steel chips with a carbon content of 0.1 to 0.45% and a ductile cast iron having a structure consisting of perlitam, ferrite and granular graphite were used. Sorted chips with dimensions below 9 mm were washed with fluff, centrifuged and dried in a dryer at +100 ° C. Of these materials, roller-shaped specimens of 0 20x11 mm at a pressure of 100 MPa for cast iron and 300 MPa for steel were pre-compacted. The relative density was about 68% for steel and 64.5% for cast iron. After calibration at a temperature of 600 to 900 ° C, the resulting specific gravity of the products reached a theoretical density value. The semi-compacts were compacted at a pressure of 900 MPa for cast iron and 1200 MPa for steel. Subsequently, half of the samples were sintered in a vacuum furnace to increase the number of contact areas between the chips and to remove oxide residues. The sintering was carried out at 1000 ° C for one hour with slow cooling in the furnace. Subsequently, the samples were forged semi-heated to a forging temperature of 850 to 1200 ° C for steel and 950 to 1100 ° C for cast iron, directly by passing electrical current through the blank in the split cavity of the graphite tool body. This provided a protective atmosphere during heating and a minimum transfer time of the heated blank to the forging die. The blank was compacted by a dynamic impact at a rate of 0.3 ms ^-1 to near 100 t-mass. The forging cooled in air after forging.

Druhá polovica vzoriek bola priamo podrobená zhutneniu v procese kovania bez predchádzajúceho spekania.The other half of the samples were directly subjected to compaction in the forging process without prior sintering.

Pri skúškach na pevnost v ohybe oproti etalonu z póvodného materiálu, ktorého medza pevnosti v ohybe bola 1 128,12 MPa potom priemerné hodnoty u jednotlivých vzoriek vykazovali hodnoty 1 112,04 MPa, 1 091,35 MPa v niektorých pripadoch až 1 147,30 MPa pre ocel. Skúšky pevnosti v tahu vykazovali 499,12 MPa a predlženie 2,0 mm.In the tests for flexural strength versus a standard of original material whose flexural strength was 1,128.12 MPa then the average values for the individual samples showed values of 1,112.04 MPa, 1,091.35 MPa in some cases up to 1,147.30 MPa for steel. The tensile strength tests showed 499.12 MPa and an elongation of 2.0 mm.

Skúška tvrdosti pre ocel podlá Vickersa pri zatažení 30 kg a době 15 s bola v střede u výkovku 263 s pevnostou v tahu 840 MPa a po bokoch boli namerané hodnoty 222 až 264 na výkovku, pre liatinu boli na výkovku namerané hodnoty v střede 540 až 584 a ostatně merané miesta v rozmedzí 531 až 618.The Vickers steel hardness test at 30 kg load and 15 seconds was centered on a forging 263 with a tensile strength of 840 MPa and 222-264 per forging on the flanges, and for a cast iron, 540 to 584 on the forging were measured. and, moreover, measured sites in the range of 531 to 618.

Pokial ide o mernú hmotnost porovnávaná oproti póvodnému etalonu (7,00 g.cm^-3), vykazovali skúšky po slisovaní, spekanl a kovaní u liatiny hodnoty 6,976 až 7,027 až 7,065 a u —3 —3 ocele oproti etalonu 7,784 g.cm nemařené hodnoty v rozmedzí 7,705 až 7,751 g.cm , čo odpovedá,takmer 99 4 póvodného materiálu.For the specific gravity compared to the original standard (7,00 g.cm ^-3 ), the casting, sintering and forging tests for cast iron showed values of 6,976 to 7,027 to 7,065 and of 3 to 3 steel compared to 7,784 g.cm of unmetered values. in the range of 7.705 to 7.751 g.cm, corresponding to nearly 99% of the parent material.

Vzorky na skúšky v ohybe a tahu boli zhotovené tak, že z výlisku sa zo středu valčeka vyřezala dostička rovnoběžná s jeho osou. Z nej sa nařezalo a vybrúsilo 5 skúšobných vzoriek z každého druhu na rozměr 1,5x1,5x20 mm. Na metalografický rozbor štruktúry výkovkov sa použili časti valčekov získané rozřezáním vzoriek pri ich príprave na tahové skúšky. Taktiež na skúšky tvrdosti sa použili tieto časti výkovkov. Vzdialenosť jednotlivých vpichov bola 1,5 mm.The bending and tensile specimens were made by cutting a sheet parallel to its axis from the center of the roller. Five test specimens of each species were cut and grinded to 1.5x1.5x20 mm. For metallographic analysis of the forging structure, parts of the rollers obtained by cutting the samples were used in their preparation for tensile tests. The following forging parts were also used for hardness testing. The distance of the individual punctures was 1.5 mm.

Z výsledkov skúšok možno předpokládat, že pri vSčších výkovkoch aj rozdiely hodnót v tahu a ohybe budú podstatné menšie, nakolko merania boli prevádzané na vzorkách velmi malého prierezu a rozměru.From the test results it can be assumed that at higher forgings the differences in tensile and bending values will be substantially smaller, as the measurements were performed on samples of very small cross-section and size.

Z výsledkov je vidiet, že spekanie nemá vplyv na výsledné mernú hmotnost materiálov po kovaní, ale každopádně zvyšuje súdržnost častíc polotovaru, co umožňuje lepšiu manipuláciu. Lepšie celkové hodnoty sa ukázali u výkovkov predtým spekaných, ale praktické využitie novovyvinutej technologie spracovania trieskového odpadu je aj pre prvý spósob, t.j. bez prechádzajúceho spekania.From the results it can be seen that sintering does not affect the resulting specific weight of the materials after forging, but in any case increases the cohesion of the workpiece particles, which allows for better handling. Better overall values have been shown for forgings previously sintered, but the practical use of the newly developed chip waste treatment technology is also for the first method, i. without sintering.

Ďalším vývojom navrhovanej technologie a rozšířením sortimentu výrobkov je možnost uplatnenia v tých istých oblastiach ako u výrobkov z póvodného materiálu, obzvlášť v prípadoch, kde nie sú kladené Speciálně požiadavky na niektoré z daných vlastností a parametrov.Further development of the proposed technology and extension of the product range is the possibility of application in the same areas as the products of the original material, especially in cases where there are no special requirements for some of the given properties and parameters.

Claims

Process for producing shaped forgings from fine-grained carbon steel or cast iron chips, characterized in that the chips are comminuted to particles up to 9 mm in size, degreased by washing and dried at 100 to 200 ° C, pre-compacted with a pressure of 100 to 300 MPa for semi-finished product, which is processed by forging in a closed die by dynamic impact at a speed of 0.3 to 10 ms ~ l at a pressure of 800 to 1200 MPa after short-term heating to a temperature of 850 to

1200 ° C by passing the current directly through the stock and then slowly cooling it in air.

2. A process according to claim 1, wherein the pre-compacted blank is sintered in vacuum at 950-1000 [deg.] C. for 50-70 minutes prior to forging and cooled.

Severography, n. p., MOST