RU1803264C

RU1803264C - Способ получени конструкционной порошковой стали

Info

Publication number: RU1803264C
Application number: SU914942938A
Authority: RU
Inventors: Владимир Юрьевич Дорофеев; Александр Валентинович Скориков; Евгений Викторович Козлов; Василий Григорьевич Шишка; Жанна Владимировна Еремеева; Валерий Васильевич Шевченко
Original assignee: Новочеркасский Политехнический Институт Им.Серго Орджоникидзе
Priority date: 1991-04-22
Filing date: 1991-04-22
Publication date: 1993-03-23

Abstract

Сущность изобретени : смешивают порошковые компоненты, вход щие в состав стали, с соединением стеарата кальци в составе 0,1-5 мас.%, ведут прессование пористого брикета до остаточной пористости 10-15%, нагревают брикет в защитной атмосфере со скоростью 10-20 С/с до температуры 900-1000&deg;С с выдержкой при этой температуре 3-5 с на 1 мм сечени образца. Провод т гор чую обработку давлением с получением беспористого материала и диффузионный отжиг в защитной атмосфере в течение 0,5-3 ч при температуре 900-1000&deg;С. 5 табл.

Description

Изобретение относитс к области порошковой металлургии, а именно к способам изготовлени высокоплотной беспористой конструкционной порошковой стали общемашиностроительного назначени улучшенной обрабатываемости резанием.

Целью изобретени вл етс улучшение и стабилизаци обрабатываемости резанием высокоплотной конструкционной порошковой стали заключающеес в получении высоких показателей ее обрабатываемости резанием при повыигений физико-механических свойств, а также в улучшении стабильности этих свойств, посредством введени кальци в минимальном количестве обеспечивающим эффект улучшени обрабатываемости резанием и получени его равномерного распределени по объему заготовки в виде мелкодисперсной фазы.

Поставленна цель достигаетс за счет того, что высокоплотную порошковую конструкционную сталь получают по следующей технологии: приготовление порошковой смеси компонентов, вход щих в состав стали, прессование порошковой смеси в закрытой пресс-форме с получением пористого брикета, нагрев брикета до температуры ковки в защитной атмосфере, выдержку его при этой температуре и его гор чую обработку давлением с получением беспористого материала, диффузионный отжиг в защитной атмосфере с получением готового материала, причем кальций ввод т в порошковую смесь компонентов, вход щих в состав стали, в виде химического соединени СНз(СН)1бСООЬСа (стеарат кальци ) в количестве 0,1+5 мас.%, пористый брикет изготовл ют с остаточной пористостью 7-10%, нагрев пористого брикета осуществл ют со скоростью 10-20°С/с до температуры 900- 1000°С, а выдержку брикета при этой температуре осуществл ют из расчета 3-5 с на 1 мм сечени заготовки.

ел

с

со

О

ы ю о

Јь

Введение кальци в порошковую смесь в виде стеарата кальци в указанном количестве дает возможность получить готовый материал с содержанием кальци в количестве 0,05-1-0,5 мас.%, что достаточно дл улучшени обрабатываемости резанием и не приводит к ухудшению прочностных и других физико-механических свойств.

Стеарат кальци имеет невысокую плотность и при введении его в порошковую смесь в. указанном количестве он занимает больший объем, чем эквивалентное по массе количество порошка фторида кальци .

Поэтому при перемешивании порошковой смеси достигаетс его более равномерное распределение по обьему смеси. . . При нагреве пористого брикета перед гор чей обработкой давлением в защитной среде до указанных температур стеарат кальци разлагаетс на составл ющие компоненты . Газообразные компоненты разложени образуют в порах брикета восстановительную среду. Это с/юсобству- ет удалению оксидов железа с поверхности пор, кальций выдел етс на этих поверхност х в виде мелкодисперсной фазы.

Дл предотвращени окислени кальци пористой порошковый брикет выполн ют более высокоплотным с остаточной пористостью в пределах 10-15% (вместо 15- 20% в способах аналогах). При такой остаточной пористости количество открытых пор в брикете резко сокращаетс , сужаетс сечение открытых пор. Газообразные продукты распада стеарата кальци частично удал ютс через открытые поры, а окисление кальци при этом незначительно (не более 10%).

При гор чей обработки давлением нагретого брикета происходит ликвидаци как закрытых так и открытых пор по всему объему заготовки, В процессе этого газообразные продукты распада окончательно удал ютс из материала, а кальций распредел етс в виде мелкодисперсной фазы равномерно по всему объему материала.

Изготовление на операции прессовани порошковой смеси пористого брикета с меньшей остаточной пористостью (10-15% вместо 15-10% в способах аналогах) не приводит к значительному увеличению энергозатрат и снижению ресурса работы штамповой оснастки, т.к. стеарат кальци оказывает смазочное действие и значительно снижает трение в процессе прессовани как между частицами порошка в объеме брикета , так и между частицами порошка и .стенками штамповой оснастки, в конечном итоге дл получени более плотного брикета

усилие прессовани практически не возрастает .

В цел х сокращени окислени кальци из поверхностных слоев брикета при его

нагреве перед гор чей обработкой давлением выбраны рациональные температурно- временные режимы нагрева. Скорость нагрева в пределах 10-20% С/с и врем выдержки брикета при конечной температуре

0 нагрева в пределах 3-5 с на 1 мм сечени заготовки обеспечивают минимальное врем прогрева до равномерной температуры по всему сечению образца.

Конечна температура нагрева брикета

5 900-1000°С достаточна дл гор чей обработки давлением. При переносе брикета из зоны нагрева в зону гор чей обработки давлением не происходит его остывани ниже температуры ковки.

0 Превышение температуры нагрева свыше 1000°С приводит к увеличению окислени кальци в поверхностном слое заготовки и вызывает неравномерное распределение его по объему брикета и поэто5 Му нежелательно.

Если дл получени требуемой структуры стали необходимы диффузионные реакции между компонентами при высоких температурах, после гор чей обработки

0 давлением осуществл ют диффузионный отжиг материала при температуре до 1200°С и времени выдержки до 5 ч.

Установлено, что режимы диффузионного отжига в указанных пределах не приво5 д т к окислению кальци в готовом материале. Приведенный способ позвол ет получить равномерное распределение кальци по всему объему заготовки в виде мелко дисперсной фазы, поэтому дл реализации

0 эффекта улучшени обрабатываемости резанием требуетс меньшее его количество, а именно 0,1-0,5 мас.%.

Уменьшение содержани кальци до указанных пределов снижает эффект разуп5 рочнени готового материала, поэтому твердость и предел прочности материала, полученного по за вленному нами способу выше и лежат в пределах, характерных дл бескальциевых материалов.

0 Основными отличительными признаками за вл емого способа вл ютс :

использование нового исходного сырь стеарата кальци и его количественное со- дерхоние 0,1-0,5 мас.%;

5 параметры пористого брикета, а именно:

остаточна пористость в пределах 10-15%,

скоростной режим нагрева пористого брикета °С/с,

временной режим выдержки нагретого брикета из расчета 3-5 с на 1 мм сечени брикета:

температурный режим нагрева: конечна температура в пределах 900-1000°С.

Предлагаемое техническое решение обладает новизной, так как совокупность, отличительных признаков решени направленна на достижени поставленной цели неизвестно из патентных и литературных источников.

Совокупность признаков ограничительной и отличительной части формулы изобре-. тени дает новое свойство и эффект, а Именно улучшение качества высокоплотной конструкционной порошковой стали обще- |у|ашиностроительного назначени , которое выражаетс в повышении твердости и предела прочности на 10-15%, При получении высоких показателей обрабатываемости ре- з1анием, а также в получении более стабильных прочностных и пластических свойств готового материала.

Дл проведени сравнительных испытаний были изготовлены порошковые стали п|о предлагаемому способу и способу, при- н тому в качестве прототипа.

Предлагаемый способ включает следующие , операции:

приготовление порошковой смеси из порошков железа (ПЖ2Р) с добавкой: 2% по стеарата кальци ; j прессование порошковой смеси в закрытой пресс-форме с получением пористого брикета с остаточной пористостью 12% (развиваемое при этом удельное усилие прессовани 520 МПа);

нагрев брикета в защитной атмосфере (осушенный водород) в течение 100 с со скоростью нагрева 15°С/с до температуры 950°С;.-..выдержку при этой температуре в течение 30 с (из расчета 4 с на 1 мм сечени при толщине брикета 10 мм); 4 гор чую обработку давлением методом осадки в закрытой пресс-форме при величине удельной приведенной работы уплотнени 200-220 МД/м3;

диффузионный отжиг в защитной атмосфере .

Известный способ включает следующие операции:

приготовление порошковой смеси из компонентов, вход щих в состав стали;

прессование порошковой смеси в закрытой пресс-форме с получением пористого брикета с остаточной пористостью 20% (развиваемое при этом удельное усилие прессование 750 МПа):

нагрев брикета в защитной атмосфере (осушенный водород) в течение 5-20 мин при температуре 1100°С:

гор чую обработку давлением методом

осадки в закрытой пресс-форме при величине удельной приведенной работы уплотнени 200-220 МДж/м5:

диффузионный отжиг в защитной атмосфере .

. Исследовались прочность, твердость, а также обрабатываемость резанием по стандартным и общеприн тым методикам, образцов , полученных по первому и второму способу.

PeiyflbTaTbi испытаний приведены в табл.1.

Из приведенных данных следует, что материал изготовленный по предлагаемому способу, по характеристикам обрабатывае .мости резанием лучше, чем материал изготовленный по известному способу. При этом прочность и твердость материала, полученного по предлагаемой нами технологии на 10-12% выше, а стабильность этих свойств

в 1,5-2 раза лучше.

Дл обосновани граничных режимов предлагаемого нами способа проведены дополнительные эксперименты.

Результаты экспериментов приведены

в табл.2,

Из-приведенных данных таблицы следует , что увеличение пористости брикета свыше 15% ведет к значительному окислению кальци . Уменьшение пористости брикета

менее 10% приводит к значительному возрастанию удельного усили прессовани и технически нецелесообразно.

В табл.3 приведены данные окислени кальци при нагреве пористого брикета в

зависимости от скорости нагрева, в табл. 4 - то же, в зависимости от температуры нагрева.

Из приведенных данных следует, что уменьшение скорости нагрева менее

10°С/с ведет к значительному увеличению окислени кальци . Увеличение скорости нагрева свыше 20°С/с требует значительных энергозатрат, не привод к заметному сокращению окислени кальци .

Из приведенных данных следует, что увеличение температуры нагрева свыше 1000°С ведет к значительному окислению кальци свыше 10% и поэтому нецелесообразно . Снижение температуры ниже 900°С

может привести к остыванию заготовки при переносе ее из зоны нагрева в зону обработки давлением до температуры ниже температуры ковки и технически нецелесообразно .

В табл.5 приведены данные окислени кальци при нагреве пористого брикета в зависимости от времени выдержки при конечной температуре нагрева.

Из приведенных данных следует, что увеличение времени выдержки свыше 5 с/мм ведет к значительному окислению кальци . Снижение времени выдержки менее 3 с/мм приводит к неравномерному прогреву заготовки по объему к увеличению коэффициента вариации прочностных свойств в 2-2,5 раза.

Таким образом,.оптимальным следует считать следующие режимы получени материала: прессование пористого брикета до остаточной пористости 10-15%; скоростной режим нагрева пористого брикета 10-20°С/с; временный режим выдержки нагретого брикета из расчета 3-5 с на 1 мм сечени заготовки; температурный режим нагрева 900-1000°С. ,..-.

Пример 1. Предлагаемый способ включает следующие операции:

прессование порошковой смеси из порошков железа (ПЖ2Р) с добавкой 2 мас.% стеарата кальци ;

прессование порошковой смеси в закрытой пресс-форме с получением пористого брикета с остаточной пористостью 12% (развиваемое при этом удельное усилие прессовани 520 МПа);

нагрев брикета в защитной атмосфере (осушенный водород) в течение 100 с со скоростью нагревд Т5°С/с до температуры 950°С;

выдержку при этой температуре в теме- ние 30 с (из расчета 4 с на 1 мм сечени при толщине брикета 10 мм);

.гор чую обработку давлением методом осадки в закрытой пресс-форме при величине удельной приведенной работы уплотне- ни 200-220 МДж/м3;

диффузионный отжиг в защитной атмосфере . -..-.

Сталь- полученна по этому способу, имеет следующие характеристики: 7В 345 -МПа, HRB 65, Т 120 мин.

Пример 2. Аналогично примеру 1, только количество стеарата кальци составл ет 0,05 мас.%. Сталь, полученна поэтому способу, имеет следующие характеристики: С7В 300 МПа, HRB 600, Т 96 мин.

Пример 3, Аналогично примеру 1, только количество стеарата кальци составл ет 6 мас.%. Сталь, полученна по этому способу, имеет следующие характеристики: тв 280 МПа, HRB 55, Т 120 мин.

Пример 4. Аналогично примеру 1, только количество стеарата кальци составл ет 0,1 мас.%. Сталь, полученна по этому

способу, имеет следующие характеристики: (7„ 320 МПа. HRB-63. Т 105 мин.

Пример 5. Аналогично примеру 1. только количество стеарата кальци составл ет 5 мас.%. Сталь, полученна по этому способу, имеет следующие характеристики: 0в 310 МПа, HRB 62, Т 120 мин.

Пример 6. Аналогично примеру 1. только пористость порошкового брикета составит 7%. Сталь, полученна по этому способу, имеет следующие характеристики: тв 345 МПа, HRB 65. Т 120. а развиваемое при этом удельное усилие прессовани составит 750 МПа.

Пример. Аналогично примеру 1, только пористость порошкового брикета составит 20%. Сталь полученна по этому способу , имеет следующие характеристики: ств 300 МПа. HRB 56, Т 97 мин.

Пример 8. Аналогично примеру 1, только пористость порошкового брикета составит 10%. Сталь, полученна по этому способу, имеет следующие характеристики: ств 330 МПа, HRB 63, Т 115 мин.

Пример 9. Аналогично примеру 1, только пористость порошкового брикета составит 15%. Сталь, полученна по этому способу, имеет следующие характеристики: 7В 340 МПа, HRB 63, Т 120 мин.

Пример 10. Аналогично примеру 1, только скорость нагрева составит 5°С/с. Сталь, полученна по этому способу имеет следующие характеристики: ав 280 МПа, HRB 57, Т 90 мин.

Пример 11. Аналогично примеру 1, только скорость нагрева составит 25°С/с. Сталь, полученна по этому способу имеет следующие характеристики: тв 290 МПа; HRB -бО. Т 10 мин.

Пример 12. Аналогично примеру 1, только скорость нагрева составит 10°С/с. Сталь, полученна по этому способу, имеет следующие характеристики: ав 340 МПа, HRB 63, мин.

Пример 13. Аналогично примеру 1, только скорость нагрева составит 20°С/с. Сталь, полученна по этому способу, имеет следующие характеристики: МПа, HRN 64, 7 115 мин.

Пример 14. Аналогично примеру 1, только температура нагрева составит 850°С. Сталь, полученна по этому способу, имеет следующие характеристики: ггв 260 МПа, HRB 50, 7 80 мин/

Пример 15. Аналогично примеру 1, только темп ература нагрева составит 1100°С. Сталь, полученна по этому способу , имеет следующие характеристики: ав 295 МПа, HRB 58. Т 98,мин.

Пример 16. Аналогично, примеру 1, только температура нагрева составит 9QO°C. Сталь, полученна по этому способу, имеет следующие характеристики: сгв 340 МПа, HRB 65, Т 115 мин.

Пример 17. Аналогично примеру 1, только температура нагрева составит 1000°С. Сталь, полученна по этому способу имеет следующие характеристики: аъ 345 МПа, HRB 63, Т- 117 мин,

Пример 18. Аналогично примеру 1, только врем выдержки при конечной температуре нагрева составит 1 с на 1 мм сечени брикета. Сталь, полученна по этому сп-особу имеет следующие характеристики: Ой 265 МПа, HRB 48, Т 97 мин.

Пример 19. Аналогично примеру 1, только врем выдержки при конечной тем- пфатуре нагрева составит 8 с на 1 мм сечени брикета. Сталь, полученна по этому способу имеет следующие характеристики: 295 МПа, HRB 55. Т 90 мин.

Пример 20. Аналогично примеру 1, только врем выдержки при конечной температуре составит 3 с на 1 мм сечени брикета . Сталь, полученна по этому способу, имеет следующие характеристики: (Тр - 345 МПа. HRB 65. Т 120 мин.

Пример 21. Аналогично примеру 1. только врем выдержки при конечной температуре составит 5 с на 1 мм сечени брикета . Сталь, полученна по этому способу, имеет следующие характеристики: гтв 345 МПа, HRB 65, Т 120 мин.

Claims

Формула изобретени Способ получени конструкционной порошковой стали, включающий приготовление шихты, прессование пористого брикета,

нагрев в защитной атмосфере, выдержку, гор чую обработку давлением, диффузионный отжиг, отличающийс тем, что, с целью улучшени и стабилизации обрэбатьи ваемости резанием, в шихту добавл ют стеарата кальци в количестве 0.1-5 мас.%, прессование провод т до пористости брикета 10-15%, нагрев ведут со скоростью 10- 20°С/с до температуры 900-1000°С, а врем выдержки определ ют из расчета 3-5 с на 4

мм сечени брикета.

Окисление кальци в готовом материале в зависимости от пористости порошкового брикета при его нагреве

Таблица 1

Таблица 2

Врем выдержки, секунды на 1 мм сечени заготовки

2

3

5

10

30

60

Таблица 3

Таблица 4

Таблица 5

Окисление кальци в готовом материале, %

8

8

10

15

20

30