RU2171159C2 - Method of production of structural wear-resistant powder steel - Google Patents

Method of production of structural wear-resistant powder steel Download PDF

Info

Publication number
RU2171159C2
RU2171159C2 RU99120828A RU99120828A RU2171159C2 RU 2171159 C2 RU2171159 C2 RU 2171159C2 RU 99120828 A RU99120828 A RU 99120828A RU 99120828 A RU99120828 A RU 99120828A RU 2171159 C2 RU2171159 C2 RU 2171159C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
briquette
powder
steel
pressing
porous
Prior art date
Application number
RU99120828A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU99120828A (en
Inventor
О.В. Попова
Ж.В. Еремеева
В.Т. Логинов
А.А. Александров
Н.Д. Шерстюкова
Original Assignee
Государственное Унитарное предприятие Особое конструкторско-технологическое бюро "ОРИОН"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное Унитарное предприятие Особое конструкторско-технологическое бюро "ОРИОН" filed Critical Государственное Унитарное предприятие Особое конструкторско-технологическое бюро "ОРИОН"
Priority to RU99120828A priority Critical patent/RU2171159C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2171159C2 publication Critical patent/RU2171159C2/en
Publication of RU99120828A publication Critical patent/RU99120828A/en

Links

Images

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

FIELD: powder metallurgy. SUBSTANCE: method includes preparation of powder mixture of components included in steel composition; pressing of mixture in closed mold to obtain porous briquette; heating of porous briquette in protective atmosphere up to 1000- 1100 C and heat treatment by pressing. In so doing, introduced additionally into powder mixture is high- temperature fluorolignin in closed mold to attain residual porosity in it up to 7-17%. Subsequent heating of briquette is conducted at rate of 15-25 C/s and held at this temperature for 7- 17 min. EFFECT: higher wear resistance of produced structural wear-resistant steel. 6 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к порошковой металлурги и, а именно к способам изготовления высокоплотной беспористой конструкционной порошковой стали общемашиностроительного назначения улучшенной обрабатываемости резанием. The invention relates to powder metallurgy and, in particular, to methods for manufacturing high-density non-porous structural powder steel for general engineering purposes with improved machinability.

Известен способ получения конструкционных износостойких порошковых сталей (Дорофеев Ю.Г. Динамическое горячее прессование пористых порошковых заготовок. - М.: Металлургия, 1977), включающий операции приготовления порошковой смеси компонентов, входящих в состав стали; прессование порошковой смеси компонентов, входящих в состав стали, прессование порошковой смеси с получением пористого брикета с остаточной пористостью 20-30%, спекание брикета в защитной атмосфере в течение 40-60 мин, горячую обработку давлением нагретого брикета с получением беспористого материала. A known method of obtaining structural wear-resistant powder steels (Dorofeev YG Dynamic hot pressing of porous powder billets. - M .: Metallurgy, 1977), including the operation of preparing a powder mixture of the components that make up the steel; pressing the powder mixture of the components included in the steel, pressing the powder mixture to obtain a porous briquette with a residual porosity of 20-30%, sintering the briquette in a protective atmosphere for 40-60 minutes, hot pressure treatment of the heated briquette to obtain a non-porous material.

Сталь, полученная по этому способу, имеет высокие физико-механические свойства: предел прочности 300-400 МПа, твердость 60-120 HRB. Сталь, полученная таким способом, обладает низкой износостойкостью. Steel obtained by this method has high physical and mechanical properties: tensile strength 300-400 MPa, hardness 60-120 HRB. Steel obtained in this way has low wear resistance.

В качестве прототипа принят способ получения порошковых износостойких конструкционных сталей (Ю.Г. Дорофеев "Динамическое горячее прессование пористых порошковых заготовок", М.: Металлургия, 1977), включающий операции приготовления порошковой смеси компонентов, входящих в состав стали, прессование порошковой смеси в закрытой пресс-форме с получением пористого брикета с остаточной пористостью 20-30%, нагрев брикета в защитной атмосфере в течение 7-15 мин при температуре 1000-1100oC, что соответствует скорости нагрева 1,1-2,6oC/мин, горячую обработку давлением нагретого брикета с получением беспористого материала. Сталь, полученная по этому способу, имеет высокие физико-механические показатели, которые в зависимости от состава стали изменяются в интервале: предел прочности 290-390 МПа, твердость 60-120 HRB. Однако сталь, полученная этим способом, имеет низкую износостойкость.As a prototype, a method has been adopted for producing powder wear-resistant structural steels (Yu.G. Dorofeev "Dynamic hot pressing of porous powder billets", M .: Metallurgy, 1977), including the steps of preparing a powder mixture of the components that make up steel, pressing the powder mixture in closed a mold to obtain a porous briquette with a residual porosity of 20-30%, heating the briquette in a protective atmosphere for 7-15 minutes at a temperature of 1000-1100 o C, which corresponds to a heating rate of 1.1-2.6 o C / min, hot processing q by heating heated briquette to obtain non-porous material. The steel obtained by this method has high physical and mechanical properties, which, depending on the composition of the steel, vary in the range: tensile strength 290-390 MPa, hardness 60-120 HRB. However, the steel obtained by this method has low wear resistance.

Перед авторами стояла задача повышения износостойкости конструкционной порошковой стали путем легирования ее высокотемпературным полимером. The authors were faced with the task of increasing the wear resistance of structural powder steel by alloying it with a high-temperature polymer.

Поставленная задача решена тем, что в порошковую смесь компонентов, входящих в состав стали, дополнительно вводят высокотемпературный полимер, в качестве которого используют фтор-лигнин в количестве 2,0-10,0 мас.%. Затем последовательно производят прессование порошковой смеси в закрытой пресс-форме до получения пористого брикета с пористостью 7-17%, нагрев этого брикета в защитной атмосфере со скоростью нагрева 15-25oC/с до 1000-1100oC и выдерживают в течение 7-17 мин.The problem is solved in that a high-temperature polymer is additionally introduced into the powder mixture of the components that make up the steel, which is used as fluorine-lignin in an amount of 2.0-10.0 wt.%. Then the powder mixture is successively pressed in a closed mold to obtain a porous briquette with a porosity of 7-17%, heating this briquette in a protective atmosphere with a heating rate of 15-25 o C / s to 1000-1100 o C and incubated for 7- 17 minutes

Для предотвращения интенсивного выгорания высокотемпературного фтор-лигнина пористый порошковый брикет выполняют более плотным, с остаточной пористостью 7-17%. При такой остаточной пористости количество открытых пор в брикете резко сокращается, сужается сечение открытых пор, и в результате выгорание фтор-лигнина незначительное. To prevent intense burnout of high-temperature fluorine lignin, the porous powder briquette is more dense, with a residual porosity of 7-17%. With such residual porosity, the number of open pores in the briquette sharply decreases, the cross section of open pores narrows, and, as a result, the fluorine lignin burnup is negligible.

Введение фтор-лигнина способствует получению плотного брикета, т.к. уменьшает трение между частицами железного порошка. The introduction of fluorine lignin helps to obtain a dense briquette, because reduces friction between particles of iron powder.

При нагреве пористого брикета перед горячей обработкой давлением в защитной среде в интервале 1000-1100oC высокотемпературный полимер фтор-лигнин разлагается на составляющие элементы. Водород, выделяясь, взаимодействует с оксидами, восстанавливая их, углерод и фтор взаимодействуют с частицами стального порошка, образуя на их поверхности оболочку из карбида (цементита) и фторида железа, которые повышают и твердость, и прочность поверхности частиц. При этом пластические свойства самих частиц остаются высокими. Таким образом, разложение фтор-лигнина создает условия формирования структуры прессовки, характеризующейся высокими прочностными характеристиками, повышенной твердостью и износостойкостью без снижения пластических свойств.When a porous briquette is heated before hot pressure treatment in a protective medium in the range of 1000-1100 o C, the high-temperature fluorine-lignin polymer decomposes into its constituent elements. Hydrogen, released, interacts with oxides, reducing them, carbon and fluorine interact with particles of steel powder, forming on their surface a shell of carbide (cementite) and iron fluoride, which increase both the hardness and strength of the surface of the particles. In this case, the plastic properties of the particles themselves remain high. Thus, the decomposition of fluorine lignin creates the conditions for the formation of a compact structure characterized by high strength characteristics, increased hardness and wear resistance without reducing plastic properties.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется примером осуществления способа, который заключается в проведении следующих операций. The essence of the invention is illustrated by an example implementation of the method, which consists in carrying out the following operations.

1. Приготовление порошковой смеси из железного порошка ПЖВ 2.160.26 ГОСТ 9849-86 и порошка высокотемпературного полимера фтор-лигнина 2-10 мас.%. 1. Preparation of a powder mixture from iron powder ПЖВ 2.160.26 GOST 9849-86 and powder of a high-temperature polymer fluorine-lignin 2-10 wt.%.

2. Прессование порошковой смеси в закрытой пресс-форме с получением пористого брикета с остаточной пористостью 7-17%. 2. Pressing the powder mixture in a closed mold to obtain a porous briquette with a residual porosity of 7-17%.

3. Нагрев брикета со скоростью 15-25oC/с до температуры 1000-1100oC в защитной атмосфере, выдержку его при этой температуре 7-17 мин.3. Heating the briquette at a speed of 15-25 o C / s to a temperature of 1000-1100 o C in a protective atmosphere, holding it at this temperature for 7-17 minutes.

4. Горячую обработку давлением методом осадки в закрытой пресс-форме при величине удельной приведенной работы уплотнения 220-250 МДж/м3.4. Hot pressure treatment by the method of precipitation in a closed mold with a value of the specific reduced work of the seal 220-250 MJ / m 3 .

Результаты испытаний образцов стали, полученных в соответствии с предлагаемым способом, представлены в табл. 2-6. The test results of steel samples obtained in accordance with the proposed method are presented in table. 2-6.

Свойства порошковой стали существенно зависят от используемого железного порошка, поэтому для сравнения физико-механических свойств были изготовлены образцы из железного порошка ПЖВ 2.160.26 ГОСТ 9849-86 по способу-прототипу. В табл. 1 приведены результаты испытания образцов, изготовленных по способу-прототипу. The properties of powder steel significantly depend on the used iron powder, therefore, to compare the physicomechanical properties, samples were made of iron powder ПЖВ 2.160.26 GOST 9849-86 according to the prototype method. In the table. 1 shows the results of testing samples made by the prototype method.

Из приведенных данных следует, что при содержании высокотемпературного полимера фтор-лигнина менее 2 мас.% износостойкость не лучше, чем у прототипа, а при содержании его более 10 мас.% механические свойства хуже, чем у прототипа. From the above data it follows that when the content of the high-temperature polymer fluorine-lignin is less than 2 wt.%, The wear resistance is not better than that of the prototype, and if it contains more than 10 wt.%, The mechanical properties are worse than that of the prototype.

При содержании высокотемпературного полимера фтор-лигнина в пределах 2-10 мас. % физико-механические свойства лучше, чем у прототипа, а износостойкость выше в 2,5-4 раза. Таким образом, оптимальным следует считать количество вводимого высокотемпературного полимера фтор-лигнина в пределах 2-10 мас.%. When the content of the high-temperature polymer fluorine-lignin in the range of 2-10 wt. % physical and mechanical properties are better than that of the prototype, and wear resistance is 2.5-4 times higher. Thus, the amount of the introduced high-temperature fluorine-lignin polymer in the range of 2-10 wt.% Should be considered optimal.

Для определения оптимальной остаточной пористости заготовки по вышеописанной технологии получены образцы по остаточной пористости от 5 до 20%. Результаты испытаний образцов приведены в табл. 3. To determine the optimal residual porosity of the preform according to the above technology, samples were obtained for the residual porosity of 5 to 20%. The test results of the samples are given in table. 3.

Из приведенных данных следует, что при остаточной пористости менее 7% физико-механические свойства хуже, чем у прототипа, а при остаточной пористости более 17% износостойкость на уровне прототипа. При остаточной пористости 7-17% физико-механические свойства лучше, чем у прототипа, а износостойкость возрастает в 3-4,5 раза. Таким образом, оптимальным следует считать остаточную пористость 7-17%. From the above data it follows that with a residual porosity of less than 7%, the physical and mechanical properties are worse than that of the prototype, and with a residual porosity of more than 17%, wear resistance is at the level of the prototype. With a residual porosity of 7-17%, the physical and mechanical properties are better than that of the prototype, and the wear resistance increases by 3-4.5 times. Thus, the residual porosity of 7-17% should be considered optimal.

Для определения оптимальной скорости нагрева получены образцы по вышеописанной технологии при различной скорости нагрева пористых брикетов с 10 до 30oC.To determine the optimal heating rate, samples were obtained according to the above technology at different heating rates of porous briquettes from 10 to 30 o C.

Результаты испытаний приведены в табл. 4. The test results are given in table. 4.

Из приведенных данных следует, что при скорости нагрева менее 15oC/с износостойкость не лучше, чем у прототипа, а при скорости нагрева более 25oC/с наблюдается ухудшение физико-механических свойств. При скорости нагрева в пределах 15-25oC/с физико-механические свойства и износостойкость лучше, чем у материала, полученного по технологии, принятой в качестве прототипа. Таким образом, оптимальной следует считать скорость нагрева 15-25oC/с.From the above data it follows that at a heating rate of less than 15 o C / s, the wear resistance is not better than that of the prototype, and at a heating rate of more than 25 o C / s, a deterioration in physical and mechanical properties is observed. When the heating rate is in the range of 15-25 o C / s, the physicomechanical properties and wear resistance are better than that of the material obtained by the technology adopted as a prototype. Thus, the optimal should be considered a heating rate of 15-25 o C / s.

Из табл. 5 видно, что оптимальной температурой нагрева является интервал 1000-1100oC.From the table. 5 shows that the optimal heating temperature is the interval 1000-1100 o C.

Из табл. 6 видно, что оптимальным временем выдержки является временной интервал 7-17 мин. From the table. 6 shows that the optimal exposure time is a time interval of 7-17 minutes

Выдержка при температуре 1000-1100oC нужна для того, чтобы образующиеся при разложении фтор-лигнина углерод и фтор диффундировали в частицы железного порошка. При выдержке менее 7 мин диффузия происходит недостаточно полно. При выдержке более 17 мин диффузия углерода и фтора вглубь порошка приводит к обеднению его поверхностных слоев, из-за чего ухудшаются механические характеристики стали. Дополнительного насыщения поверхностных слоев углеродом и фтором не происходит, т.к. фтор-лигнин за это время разлагается полностью.Exposure at a temperature of 1000-1100 o C is necessary so that the carbon and fluorine formed during the decomposition of fluorine lignin diffuse into iron powder particles. When holding for less than 7 min, diffusion does not occur completely. When holding for more than 17 min, the diffusion of carbon and fluorine deep into the powder leads to depletion of its surface layers, which results in deterioration of the mechanical characteristics of steel. Additional saturation of the surface layers with carbon and fluorine does not occur, because fluorine lignin decomposes completely during this time.

Таким образом, из результатов испытания опытных образцов стали видно, что оптимальные режимы осуществления способа следующие:
- количество вводимого высокотемпературного полимера фтор-лигнина 2-10 мас.%;
- прессование пористого брикета при остаточной пористости 7-17%;
- скоростной режим нагрева брикета 15-25oC/с.
Thus, from the test results of the prototypes it became clear that the optimal modes of the method are as follows:
- the amount of introduced high-temperature polymer fluorine-lignin 2-10 wt.%;
- pressing a porous briquette with a residual porosity of 7-17%;
- high-speed heating briquette 15-25 o C / s.

Как видно из описания, предлагаемый способ обладает изобретательским уровнем. Так, полученные результаты испытаний позволяют судить о высокой износостойкости порошковой конструкционной стали при сохранении высоких физико-механических характеристик. As can be seen from the description, the proposed method has an inventive step. Thus, the test results obtained allow us to judge the high wear resistance of powder structural steel while maintaining high physical and mechanical characteristics.

Проведенный патентно-информационный поиск показал, что объектов, обладающих совокупностью основных отличительных признаков предлагаемого способа, не обнаружено. A patent information search showed that objects with a combination of the main distinguishing features of the proposed method were not found.

Claims (1)

Способ получения конструкционной порошковой износостойкой стали, заключающийся в приготовлении порошковой смеси компонентов, входящих в состав стали, прессовании этой смеси в закрытой пресс-форме до получения пористого брикета, нагреве его в защитной атмосфере до 1000-1100oC и горячей обработке давлением до получения беспористого материала, отличающийся тем, что в порошковую смесь дополнительно вводят высокотемпературный полимер фтор-лигнин в количестве 2-10 мас. %, прессование брикета порошковой смеси в закрытой пресс-форме проводят до достижения пористости 7-17%, а последующий его нагрев до 1000-1100oC осуществляют со скоростью 15-25oC/с и выдерживают брикет при 1000-1100oC в течение 7-17 мин.The method of obtaining structural powder wear-resistant steel, which consists in preparing a powder mixture of the components that make up the steel, pressing the mixture in a closed mold to obtain a porous briquette, heating it in a protective atmosphere to 1000-1100 o C and hot pressure treatment to obtain a non-porous material, characterized in that the high-temperature polymer fluorine-lignin in an amount of 2-10 wt. %, pressing the briquette of the powder mixture in a closed mold is carried out until porosity of 7-17% is reached, and its subsequent heating to 1000-1100 o C is carried out at a speed of 15-25 o C / s and the briquette is held at 1000-1100 o C within 7-17 minutes
RU99120828A 1999-09-28 1999-09-28 Method of production of structural wear-resistant powder steel RU2171159C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99120828A RU2171159C2 (en) 1999-09-28 1999-09-28 Method of production of structural wear-resistant powder steel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99120828A RU2171159C2 (en) 1999-09-28 1999-09-28 Method of production of structural wear-resistant powder steel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2171159C2 true RU2171159C2 (en) 2001-07-27
RU99120828A RU99120828A (en) 2001-08-20

Family

ID=20225431

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99120828A RU2171159C2 (en) 1999-09-28 1999-09-28 Method of production of structural wear-resistant powder steel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2171159C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ДОРОФЕЕВ Ю.Г. Динамическое горячее прессование пористых порошковых заготовок. - М.: Металлургия, 1977, с.69-101. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100391659C (en) Method of production of surface densified powder metal components
RU2181317C2 (en) Method for making parts by powder metallurgy process and part made by such method
US2411073A (en) Making products of iron or iron alloys
US4063940A (en) Making of articles from metallic powder
US4002471A (en) Method of making a through-hardened scale-free forged powdered metal article without heat treatment after forging
US2342799A (en) Process of manufacturing shaped bodies from iron powders
US4738730A (en) Steam sealing for nitrogen treated ferrous part
CA1083021A (en) Method and apparatus for case hardening powdered metal parts
JP2011508091A (en) Low alloy steel powder
RU2171159C2 (en) Method of production of structural wear-resistant powder steel
WO2002034957A1 (en) Sintered sprocket
US20080025863A1 (en) High carbon surface densified sintered steel products and method of production therefor
Slattery et al. Powder metallurgy of high density helical gears
US6500384B1 (en) Process for the hardening treatment of sintered members
EP0105138B1 (en) High efficiency reduction carburization and sintering method
JPH04157109A (en) Material for metallic mold
US4655853A (en) Method for making powder metal forging preforms of high-strength ferrous-base alloys
RU1803264C (en) Method for production powder construction steel
US2495823A (en) Pressing of articles from metal powder
RU2158658C2 (en) Method of manufacture of borated powder products
RU1792804C (en) Method of producing infiltrated iron powder materials
SU1743693A1 (en) Method of producing structural steel by powder metallurgy technology
JPS6330395B2 (en)
JP6810883B2 (en) Iron-carbon sintered member and its manufacturing method
JPH02101102A (en) Material for metallic mold