Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу изготовления спеченных изделий из стружковых отходов чугуна, например для производства деталей узлов трения. The invention relates to powder metallurgy, in particular to a method for the manufacture of sintered products from pig iron waste, for example, for the production of parts of friction units.
Известен способ получения спеченных изделий из стружковых отходов чугуна, включающий в себя очистку стружки в трихлорэтилене, измельчение в шаровой мельнице в течение 36-48 ч, ситовую квалификацию, отжиг при температуре 750оС в течение 1 ч в Н2 или NH3, прессование полученного порошка с добавлением 0,75 мас.% стеарата цинка под давлением 8 МПа, спекание при температуре 1000-1100оС в течение 15-60 мин. Недостатком указанного способа является высокая трудоемкость изготовления и себестоимость спеченных изделий.A known method of producing sintered products from pig iron waste, including cleaning chips in trichlorethylene, grinding in a ball mill for 36-48 hours, sieve qualification, annealing at a temperature of 750 about C for 1 h in N 2 or NH 3 , pressing the resulting powder with the addition of 0.75 wt.% zinc stearate under a pressure of 8 MPa, sintering at a temperature of 1000-1100 about C for 15-60 minutes The disadvantage of this method is the high complexity of manufacturing and the cost of sintered products.
Наиболее близким техническим решением является способ изготовления спеченных изделий, заключающийся в измельчении чугунной стружки в молотковой мельнице, извлечении графита (обезуглероживание) в циклонных сепараторах, смешивании обезуглероженного порошка чугуна с пластификатором, прессовании под давлением 800 МПа и спекании при температуре 1125оС. Недостатки указанного способа: нечистая экология производства и высокая себестоимость спеченных изделий. Эти недостатки связаны с тем, что процесс извлечения включений графита из чугунного порошка в циклонных сепараторах значительно ухудшает экологию производства и как трудоемкая операция повышает себестоимость спеченных изделий.The closest technical solution is a method of making sintered products, comprising the grinding of cast iron chips in a hammer mill, removing the graphite (decarburization) in cyclonic separators, mixing decarburized iron powder with a plasticizer, pressing pressure 800 MPa and sintering at a temperature of 1125 C. The disadvantages of said Methods: unclean production ecology and high cost of sintered products. These disadvantages are related to the fact that the process of extracting graphite inclusions from cast iron powder in cyclone separators significantly affects the production ecology and how a laborious operation increases the cost of sintered products.
Целью изобретения является снижение себестоимости спеченных изделий при сохранении их качества. The aim of the invention is to reduce the cost of sintered products while maintaining their quality.
Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления спеченных изделий из стружковых отходов чугуна, заключающемся в измельчении стружки в шаровой мельнице, прессовании и спекании заготовок, перед спеканием заготовки нагревают в печи со скоростью 1,4-1,8оС/с без защитной среды до температуры 800-950оС, выдерживают при этой температуре в течение 1-3 ч и охлаждают на воздухе. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного обезуглероживанием чугуна путем нагрева прессовок в печи без защитной атмосферы со скоростью 1,4-1,8 оС/с до температуры 800-950оС при изотермической выдержке 1-3 ч. При этом происходит "обезуглероживание-окисление" прессовок, которое активизирует спекание последних в защитной среде. Известно техническое решение, в котором осуществляется оксидирование прессовки перед спеканием в среде перегретого пара при температуре 570-600оС с изотермической выдержкой в течение 2-3 ч. Однако, в случае использования указанного способа ввиду бурной дегазации прессовок под воздействием перегретого пара происходит их разрушение, т. е. получение годных заготовок становится затруднительным. Кроме того, повышается трудоемкость и энергоемкость процесса из-за длительности оксидирования прессовок в среде перегретого пара. При нагреве прессовок из чугунного порошка в печи без защитной среды протекает их обезуглероживание с последующим окислением поверхностей частиц. В процессе спекания заготовок в восстановительной среде идет восстановление-перестройка решетки оксидов в решетку металла при их высокой подвижности. В дальнейшем образуются непосредственные межчастичные контакты, которые продолжают расти с увеличением продолжительности спекания до тех пор, пока поры полностью не закрываются. Управление процессом спекания прессовок из чугунного порошка по описанному механизму обеспечивают получение спеченных изделий достаточно хорошего качества. Оптимальная скорость нагрева прессовок в печи без защитной среды находится в пределах 1,4-1,8оС/с. При скорости нагрева прессовок менее 1,4оС/с снижается производительность процесса, а при увеличении ее более 1,8оС/с происходит образование трещин в прессовке ввиду бурной дегазации. При температуре нагрева менее 800оС окисление происходит неэффективно, а при более 950оС, наоборот, степень окисления очень высокая, что приводит к ухудшению качества спеченных изделий. Продолжительность изотермической выдержки менее 1 ч также недостаточна для удовлетворительного окисления прессовок, а при выдержке более 3 ч наблюдается чрезмерное окисление поверхностных слоев прессовок. Качественные изделия получаются в случае нагрева со скоростью 1,4-1,8оС/с до температуры 800-950оС с изотермической выдержкой 1-3 ч.This goal is achieved by the fact that in the method of manufacturing sintered products from pig iron waste, which consists in grinding chips in a ball mill, pressing and sintering billets, before sintering the billets are heated in a furnace at a speed of 1.4-1.8 about C / s without protective environment to a temperature of 800-950 about With, kept at this temperature for 1-3 hours and cooled in air. C. isothermally at 1-3 Comparative analysis of the inventive solutions with the prototype shows that the proposed method differs from the known decarburization of pig iron by heating the compacts in an oven without a protective atmosphere at a rate of 1.4-1.8 C / s to a temperature of 800-950 h. In this case, decarburization-oxidation of the compacts occurs, which activates the sintering of the latter in a protective environment. Known technical solution, wherein the oxidation is performed before sintering the compact in a superheated steam atmosphere at a temperature of 570-600 C with isothermal exposure for 2-3 hours. However, when using this method because of violent outgassing agglomerates under the influence of superheated steam is their destruction , i.e., obtaining suitable workpieces becomes difficult. In addition, increases the complexity and energy intensity of the process due to the duration of the oxidation of the compacts in an environment of superheated steam. When the pressed iron powder compacts are heated in a furnace without a protective medium, their decarburization proceeds, followed by oxidation of the particle surfaces. In the process of sintering the workpieces in a reducing medium, the oxide lattice is restored-rebuilt into a metal lattice at their high mobility. In the future, direct interparticle contacts are formed, which continue to grow with an increase in the sintering duration until the pores are completely closed. Controlling the sintering process of cast iron compacts by the described mechanism ensures the production of sintered products of good enough quality. The optimal heating rate of the compacts in a furnace without a protective medium is in the range 1.4-1.8 about C / s. Compacts at a heating rate less than 1.4 ° C / s reduces the process efficiency, while increasing its more than 1.8 ° C / s, the formation of cracks in the compact because of violent outgassing. At a heating temperature lower than 800 ° C is inefficient oxidation occurs, and when more than 950 C, on the contrary, the degree of oxidation is very high, resulting in deterioration of quality of sintered products. Duration of isothermal exposure of less than 1 h is also insufficient for satisfactory oxidation of the compacts, and when holding for more than 3 hours, excessive oxidation of the surface layers of the compacts is observed. Quality products are obtained in the case of heating at a rate of 1.4-1.8 C / s to a temperature of 800-950 ° C with 1-3 hours of isothermal exposure.
П р и м е р. Для получения спеченных изделий использовали стружковые отходы серого чугуна, выпускаемого по ТУ 16-83 ВАИК 411100.006 ТУ. Стружку измельчали в шаровой мельнице, просеивали и из порошков с крупностью частиц менее 200 мкм прессовали призматические образцы (10х10х55 мм) под давлением 700 МПа. Прессовки подвергали нагреву без защитной атмосферы в муфельной печи модели СНЗ. 3,5х3.5.1000/М1 со скоростью 1,4-1,8оС/с до температуры 800-950оС, выдерживали при этой температуре в течение 1-3 ч, затем обезуглероженные образцы вынимали из печи и охлаждали на воздухе. В дальнейшем окисленные прессовки спекали в печи конвейерного типа модели "Койо линдберг" в среде эндотермического газа при температуре 1150оС с изотермической выдержкой 1,5-2,5 ч.PRI me R. To obtain sintered products, we used chip iron waste produced in accordance with TU 16-83 VAIK 411100.006 TU. The chips were crushed in a ball mill, sieved, and prismatic samples (10 × 10 × 55 mm) were pressed from powders with a particle size of less than 200 μm under a pressure of 700 MPa. The compacts were heated without a protective atmosphere in a muffle furnace of the SNZ model. 3,5h3.5.1000 / M1 at a rate 1.4-1.8 ° C / s to a temperature of 800-950 C, maintained at this temperature for 1-3 hours, then decarburization samples were removed from the oven and cooled in air. Subsequently oxidized compact was sintered in a furnace conveyor type model "Koyo Lindberg" among endothermic gas at temperature of 1150 ° C with an isothermal exposure 1.5-2.5 hours.
Как свидетельствуют данные, приведенные в таблице, полученные предложенным способом образцы отличаются меньшей себестоимостью изготовления при сохранении достаточно хорошего качества спеченных изделий по сравнению с образцами, полученными по прототипу. В случае выхода режимов обезуглероживания-оксидирования прессовок за заявленные пределы либо повышается себестоимость, либо ухудшается качество спеченного материала. As evidenced by the data given in the table, the samples obtained by the proposed method are distinguished by lower manufacturing costs while maintaining a sufficiently good quality of sintered products in comparison with the samples obtained by the prototype. If the decarburization-oxidation modes of the compacts go beyond the stated limits, either the cost increases or the quality of the sintered material worsens.