RU2055933C1

RU2055933C1 - Iron-based powder-type constructional durable material

Info

Publication number: RU2055933C1
Authority: RU
Inventors: Виктор Николаевич Клименко; Алла Михайловна Петрова; Александр Васильевич Степичев; Анатолий Иванович Баньковский; Николай Иванович Бурнаев; Анатолий Михайлович Буров; Наум Эмильевич Корценштейн; Григорий Ефимович Скороход; Юрий Михайлович Храменков
Original assignee: Институт проблем материаловедения АН УССР
Priority date: 1991-12-23
Filing date: 1991-12-23
Publication date: 1996-03-10

Abstract

FIELD: powder metallurgy. SUBSTANCE: iron-based powder-type durable material is characterized by the fact, that it additionally has graphite under following ratio of components, mass %: graphite 0.5 - 1.5; pig-iron 4.0 - 5.0; chromium steel 10.0 - 12.0; iron - balance. EFFECT: improved quality. 2 tbl

Description

Изобретение относится к материаловедению износостойких материалов, изготовляемых методом порошковой металлургии. The invention relates to materials science of wear-resistant materials manufactured by powder metallurgy.

Известна износостойкая шарико- и роликоподшипниковая сталь ШХ15 (ГОСТ 801-78), содержащая 0,95-1,05% углерода, 1,30-1,65% хрома. Known wear-resistant ball and roller bearing steel SHX15 (GOST 801-78), containing 0.95-1.05% carbon, 1.30-1.65% chromium.

Ближайшим аналогом является металлокерамический материал на основе железа, состав которого следующий, мас. Чугунный порошок 20-30 Стальной порошок марки Х30 10-12 Железо Остальное
Износостойкость указанного материала в 1,5-2,0 раза выше легированной стали ШХ15. Повышение износостойкости материала достигается путем образования в нем гетерогенной структуры вследствие неполного растворения в железной матрице включений чугуна и стали Х30.The closest analogue is a metal-ceramic material based on iron, the composition of which is as follows, wt. Cast iron powder 20-30 Steel powder brand X30 10-12 Iron Else
The wear resistance of the specified material is 1.5-2.0 times higher than alloy steel ShKh15. Improving the wear resistance of the material is achieved by the formation of a heterogeneous structure in it due to incomplete dissolution of pig iron and X30 steel inclusions in the iron matrix.

Недостатком этого материала является высокая чувствительность одного из компонентов исходной смеси, а именно стали Х30, к малым количествам окисляющих примесей как в исходных порошках, так и в среде спекания, вследствие чего на поверхности частиц стали Х30 образуется хрупкая оксидная пленка состава FeCr₂O₄, ухудшающая связь хромистых включений с матрицей и обуславливающая их выкрашивание во время работы на износ. При этом прочность материала на разрыв снижается на 25-40% резко падает сопротивление износу.The disadvantage of this material is the high sensitivity of one of the components of the initial mixture, namely, X30 steel, to small amounts of oxidizing impurities both in the initial powders and in the sintering medium, as a result of which a brittle oxide film of the composition FeCr ₂ O _{4 is} formed on the surface of the particles of X30 steel, worsening the connection of chromium inclusions with the matrix and causing them to spall during wear. In this case, the tensile strength of the material is reduced by 25-40%, the wear resistance sharply decreases.

Задача изобретения заключается в повышении прочности и износостойкости материала за счет устранения окисляемости хромистой стали, например Х30, во время спекания или нагрева под штамповку. The objective of the invention is to increase the strength and wear resistance of the material by eliminating the oxidizability of chromium steel, for example X30, during sintering or heating for stamping.

Сущностью изобретения является то, что в известный состав порошковой смеси, содержащей порошки железа, хромистой стали, дополнительно вводится высокоактивный малозольный графит при следующем соотношении компонентов, мас. Порошок графита 0,5-1,5 Порошок чугуна 4,0-5,0 Порошок хромистой стали 10,0-12,0 Порошок железа Остальное
Вводимый графит может быть марок "ГС", -ГК", порошок хромистой стали марки Х30.The essence of the invention is that in the known composition of the powder mixture containing powders of iron, chromium steel, is additionally introduced highly active low-ash graphite in the following ratio, wt. Graphite powder 0.5-1.5 Cast iron powder 4.0-5.0 Chromium steel powder 10.0-12.0 Iron powder
Input graphite can be grades "GS", -GK ", powder of chromium steel grade X30.

Отличительным от прототипа признаком является введение в состав исходной смеси порошка графита. Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию "новизна". A distinctive feature of the prototype is the introduction of graphite powder into the composition of the initial mixture. Thus, the claimed solution meets the criterion of "novelty."

Отличительный признак, выражающийся в изменении состава исходной смеси при содержании порошка хромистой стали в количестве 10,0-12,0% порошка графита 0,5-1,5% порошка чугуна 4,0-5,0% железо остальное, в известных решениях при анализе патентной и технической литературы не обнаружен. A distinctive feature, expressed in a change in the composition of the initial mixture when the content of chromium steel powder in the amount of 10.0-12.0% of graphite powder 0.5-1.5% of pig iron powder 4.0-5.0% iron, the rest, in known solutions in the analysis of patent and technical literature is not found.

Предложенный материал сохраняет гетерогенную структуру, а за счет введенного в состав исходной смеси порошка графита, который распределяется на поверхности частиц хромистой стали, образуется концентрация углерода, достаточная для предотвращения образования оксидной пленки на ее границах. The proposed material retains a heterogeneous structure, and due to the graphite powder introduced into the composition of the initial mixture, which is distributed on the surface of chrome steel particles, a carbon concentration is formed that is sufficient to prevent the formation of an oxide film at its boundaries.

Технология получения материала включает следующие операции: приготовление шихты, холодное прессование заготовок при давлении 400-700 МПа, спекание при температурах 1150-120^оС, горячая штамповка от 1150^оС и выше, закалка с 820-860^оС, отпуск при 180-250^оС.The technology for producing material includes the steps of batch preparation, cold pressing the preforms at a pressure of 400-700 MPa and sintering at temperatures of 1150-120 ^{° C,} hot stamping from 1150 ^{° C} or higher, quenching from 820-860 ^{° C,} tempering at 180- 250 ^about S.

П р и м е р. Проводили сравнительные исследования прочности и износостойкости материалов составов Fe + 10% Х30 + 25% чугун и Fe + (9-13)% Х30 + (3-6)% чугун + 0,3-1,7% графит, полученных методом горячей штамповки. PRI me R. Comparative studies of the strength and wear resistance of materials of the compositions Fe + 10% X30 + 25% cast iron and Fe + (9-13)% X30 + (3-6)% cast iron + 0.3-1.7% graphite obtained by hot stamping .

Исходными компонентами служили железный порошок марки ПЖРВЗ.200.28 по ТК 14-1-3882-85 Сулинского металлургического завода. дробь техническая чугунная ДЧК-03 по ГОСТ 11964-66, порошок Х30 Броварского завода порошковой металлургии по ТУ 147-01-19-84, графит марки ГК-1 по ГОСТ 4404-78 производства Завальевского графитового комбината. Перед применением порошок Х30 и чугунную дробь просеивали через сито 100 мкм. В состав шихты для улучшения смешиваемости компонентов вводили 0,3% масла индустриального И-20А по ГОСТ 20799-75. The starting components were iron powder of the ПЖРВЗ.200.28 grade according to ТК 14-1-3882-85 of the Sulinsky Metallurgical Plant. technical cast iron fraction DChK-03 according to GOST 11964-66, powder X30 of the Brovarsky powder metallurgy plant according to TU 147-01-19-84, graphite grade GK-1 according to GOST 4404-78 produced by the Zavalevsky graphite plant. Before use, X30 powder and cast iron were sieved through a 100 μm sieve. To improve the miscibility of the components, 0.3% of industrial I-20A oil was introduced into the mixture as per GOST 20799-75.

Технология получения материалов включает следующие операции: приготовление шихты, холодное прессование заготовок при давлении 550 МПа, спекание при 1200^оС в среде осушенного водорода до точки росы -(30±2)^оС, горячая штамповка с предварительным нагревом заготовок в среде аргона при 1180^оС, закалка в воде с 840^оС, отпуск при 200^оС в течение 1 ч.The technology for producing materials comprising the steps of: preparing a charge, cold pressing the preforms at a pressure of 550 MPa and sintering at 1200 ^o C in a dry hydrogen until the dew point - (30 ± 2) ^{° C,} hot stamping preheating the preforms in an argon atmosphere at 1180 ^о С, quenching in water from 840 ^о С, vacation at 200 ^о С for 1 h.

Пористость материалов после штамповки составляла 2-3% В табл.1 приведено содержание углерода в штампованных материалах, твердость после термической обработки результаты исследования прочности на растяжение материалов, проведенные по ГОСТ 18227-85. При практически одинаковом содержании углерода и равной твердости материал состава Fe + 10% Х30 + 5% чуг. + 1,5% гр. имеет прочность на растяжение в 1,3-1,4 раза выше, чем состава Fe + 10% Х30 + 25% чугун. The porosity of the materials after stamping was 2-3%. Table 1 shows the carbon content in the stamped materials, the hardness after heat treatment, the results of studies of tensile strength of materials, carried out according to GOST 18227-85. With almost the same carbon content and equal hardness, the material composition is Fe + 10% X30 + 5% cast iron. + 1.5% gr. has a tensile strength of 1.3-1.4 times higher than the composition of Fe + 10% X30 + 25% cast iron.

Сравнительные испытания на износ проводили по схеме вал-вкладыш, где вкладышем является образец из испытываемых материалов, а валом контртело из закаленной стали 45 (HRC 45-50). Испытание проводили на воздухе в условиях сухого трения, ступенчатого повышения нагрузки при скорости скольжения 2 м/с. Определяли линейный износ с точностью до 25 мкм/км. Результаты испытаний на износ и трение приведены в табл.2. Материалы, в которые вводили графит и после спекания содержали 0,6% С и более, имеют износ значительно ниже, чем материал состава Fe + 10% Х30 + 25% чугун. Более высокая износостойкость и прочность материалов, содержащих графит, объясняется отсутствием образования оксидной пленки вокруг включений Х30. В материале состава Fe + 10% Х30 + 25% чугун наблюдается образование при спекании хрупкой оксидной пленки состава FeCr₂О₄ вокруг включений Х30, наличие которой разупрочняет материал и повышает износ в результате выкрашивания включений Х30 при трении в связи с низкой прочностью их связи с основой.Comparative wear tests were carried out according to the shaft-liner scheme, where the liner is a sample of the tested materials, and the shaft of the counterbody is made of hardened steel 45 (HRC 45-50). The test was carried out in air under conditions of dry friction, a stepwise increase in load at a sliding speed of 2 m / s. Linear wear was determined with an accuracy of 25 μm / km. The results of tests for wear and friction are given in table.2. The materials into which graphite was introduced and after sintering contained 0.6% C and more have a much lower wear rate than the material of the composition Fe + 10% X30 + 25% cast iron. The higher wear resistance and strength of materials containing graphite is explained by the absence of the formation of an oxide film around the inclusions X30. In the material of the composition Fe + 10% X30 + 25% cast iron, a brittle oxide film of composition FeCr ₂ O ₄ is formed during sintering around the X30 inclusions, the presence of which softens the material and increases wear due to the chipping of the X30 inclusions during friction due to their low bond strength basis.

Преимуществом материалов из заявляемых композиций является повышенная их прочность и износостойкость. The advantage of the materials from the claimed compositions is their increased strength and wear resistance.

Claims

POWDER STRUCTURAL WEAR-RESISTANT MATERIAL ON THE BASIS OF IRON, containing cast iron and chrome steel, characterized in that it additionally contains graphite in the following ratio of components, wt.%:
Graphite - 0.5 - 1.5
Cast Iron - 4.0 - 5.0
Chrome Steel - 10.0 - 12.0
Iron - Else