RU2327548C1 - Способ получения порошка на железной основе (его варианты) - Google Patents
Способ получения порошка на железной основе (его варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2327548C1 RU2327548C1 RU2006132829/02A RU2006132829A RU2327548C1 RU 2327548 C1 RU2327548 C1 RU 2327548C1 RU 2006132829/02 A RU2006132829/02 A RU 2006132829/02A RU 2006132829 A RU2006132829 A RU 2006132829A RU 2327548 C1 RU2327548 C1 RU 2327548C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- copper
- iron
- silicon
- molybdenum
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения порошков на железной основе, и может быть использовано при изготовлении порошковых конструкционных деталей, эксплуатируемых в условиях износа, в том числе при повышенных температурах. Способ включает получение расплава на основе с содержанием никеля не более 4 мас.%, распыление его сжатым воздухом, восстановительный отжиг полученного порошка-сырца, дробление, введение в полученный порошок механическим смешиванием добавок, содержащих медь и молибден в виде оксидов меди и молибдена или полимолибдатов аммония, с суммарным содержанием легирующих элементов, вводимых в виде соединений, не превышающим 25 мас.%, диффузионно-восстановительный отжиг в водородосодержащей атмосфере при 800-850°С и последующее измельчение. Далее к полученному легированному порошку механическим смешиванием добавляют порошковую лигатуру железокремниевого сплава с размером частиц не более 45 мкм и с содержанием кремния либо 18-21 мас.%, либо 51-56 мас.%. Согласно второму варианту способа одновременно с кобальтом и молибденом в порошок вводят медь в виде ее оксидов. Полученный порошок обладает высокой уплотняемостью и прочностью прессовки, является не склонным к макросегрегации легирующих элементов и обеспечивает получение износо- и теплостойких изделий с высокими эксплутационными свойствами. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 табл.
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения порошков на железной основе и предназначено для изготовления порошковых конструкционных деталей, эксплуатируемых в условиях износа, в том числе при повышенных температурах.
Изобретение наиболее эффективно может быть использовано при производстве износостойких изделий различной конфигурации, например деталей металлургического оборудования или автомобилей, методом прессования с последующим спеканием с использованием прессов-автоматов и проходных печей конвейерного или толкательного типов.
Для обеспечения необходимого комплекса потребительских свойств порошок должен иметь высокую уплотняемость (более 6,95 г/см3 при давлении прессования 700 МПа), хорошую прочность прессовки (более 15 МПа при плотности спрессованного образца 7 г/см3), а в спеченном состоянии обеспечивать получение высокопрочных, износостойких и теплостойких деталей, эксплуатируемых вплоть до 750°С.
Известен способ получения порошка на железной основе для указанных целей, включающий получение предварительно легированного молибденом и марганцем водораспыленного железного порошка, добавление в него хрома в виде феррохрома (FeCr) и меди в виде металлического порошка или методом частичного легирования. Применение такого порошка для получения изделий методом прессования с последующим спеканием обеспечивает достижение при комнатной температуре твердости 219-244 HV, предела прочности при растяжении более 650 МПа и относительного удлинения более 0,8% (патент ЕР 0779847 В1, МПК В22F 1/00, С22С 33/01, опубл. 22.02.1996).
Недостатками порошка, полученного этим способом, являются низкая прочность прессовки, так как водораспыленные порошки имеют округлую форму частиц, а также повышенная склонность к окислению из-за наличия в водораспыленном порошке добавок марганца, обладающего высоким сродством к кислороду и окисляющегося на стадии распыления расплава Fe-Mo-Mn водой высокого давления. Образовавшиеся при этом оксиды марганца в отличие от оксидов железа и молибдена, которые восстанавливаются в процессе последующего восстановительного отжига порошка-сырца, остаются в порошке в виде неметаллических включений, снижая уплотняемость, ухудшая механические свойства и усиливая износ пресс-оснастки.
Известен также способ получения порошка для материалов с улучшенной износостойкостью при высоких температурах, включающий механическое смешивание матричного порошка Fe - 6,5%, Co - 1%, Ni - 1,5%, Mo с 15% порошка упрочняющей фазы Со - 28%, Mo - 8,5%, Cr - 2,5% Si (New sintered valve seat material for LPG engines // Metal Powder Report. 1988. V.43, №7, 8, p.538).
Недостатками этого способа являются высокая стоимость порошка упрочняющей фазы на основе дорогостоящего кобальта и невозможность ее равномерного распределения в матрице спеченного материала. Кроме того, для придания необходимого комплекса эксплуатационных свойств при повышенных температурах материал пропитывают свинцом, что существенно ухудшает экологическую чистоту технологического процесса и материала в процессе эксплуатации.
Прототипом настоящего изобретения является способ получения порошка на железной основе, включающий подготовку расплава, распыление его сжатым воздухом, восстановительный отжиг полученного порошка-сырца и последующее дробление. Затем в отожженный порошок методом механического смешивания вводят порошкообразные легирующие добавки в виде соединений металлов, имеющих низкое сродство к кислороду, при этом их суммарное содержание не превышает 25 мас.%. Далее смесь подвергают диффузионно-восстановительному отжигу в водородосодержащей атмосфере при 800-850°С с последующим измельчением. После этого к частично легированному железному порошку механическим смешиванием добавляют порошок никеля. В качестве соединений металлов используют оксиды молибдена или полимолибдаты аммония, а также оксиды меди и оксиды кобальта (патент РФ №2202445, МПК В22F 9/06, 9/08, опубл. 20.04.2003. Бюл. №11).
Недостатками порошка, полученного этим способом, являются низкие износостойкость и устойчивость против окисления спеченной стали на его основе в процессе эксплуатации при повышенных температурах.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в получении порошка на железной основе, обладающего высокой уплотняемостью (более 6,95 г/см3 при 700 МПа), хорошей прочностью прессовки (более 15 МПа при 7 г/см3), не склонного к макросегрегации легирующих элементов и обеспечивающего получение износо- и теплостойких изделий из спеченных сталей с твердостью не менее 60 HRA, пределом прочности при изгибе не менее 850 МПа, ударной вязкостью более 5 Дж/см2 и горячей твердостью при 300°С и выше не менее 150 HV. Кроме того, порошок должен обеспечивать стабильность размеров и свойств, получаемых из него изделий в условиях крупносерийного производства и в процессе эксплуатации.
Технический результат изобретения состоит в получении порошка на железной основе, обеспечивающего достижение при повышенных температурах высоких износостойкости и прочности спрессованных и спеченных из него изделий при сохранении высокого уровня технологических характеристик.
Технический результат по первому варианту достигается тем, что в способе получения порошка на железной основе, включающем подготовку расплава, распыление его сжатым воздухом, восстановительный отжиг полученного порошка-сырца, последующее дробление, введение в полученный порошок механическим смешиванием легирующих добавок, содержащих медь и молибден в виде оксидов меди и молибдена или полимолибдатов аммония, при этом суммарное содержание оксидов, вводимых в виде соединений, не превышает 25 мас.%, диффузионно-восстановительный отжиг в водородосодержащей атмосфере при 800-850°С, последующее измельчение и добавление механическим смешиванием порошка никеля, согласно изобретению в легированный порошок одновременно с порошком никеля с размером частиц не более 25 мкм вводят порошковую лигатуру железо-кремниевого сплава с размером частиц не более 45 мкм и с содержанием кремния либо 18-21 мас.%, либо 51-56 мас.%. При этом содержание меди и кремния в порошке составляет 1-3 мас.% каждого.
Технический результат по второму варианту достигается тем, что в способе получения порошка на железной основе, включающем подготовку расплава, распыление его сжатым воздухом, восстановительный отжиг полученного порошка-сырца, последующее дробление, введение в полученный порошок механическим смешиванием легирующих добавок, содержащих кобальт и молибден в виде оксидов кобальта и молибдена или полимолибдатов аммония, при этом суммарное содержание оксидов, вводимых в виде соединений, не превышает 25 мас.%, диффузионно-восстановительный отжиг в водородосодержащей атмосфере при 800-850°С, последующее измельчение и добавление механическим смешиванием порошка никеля, согласно изобретению одновременно с кобальтом и молибденом в железный порошок вводят медь в виде ее оксидов, а после измельчения к легированному порошку механическим смешиванием вместе с порошком никеля с размером частиц не более 25 мкм добавляют порошковую лигатуру железо-кремниевого сплава с размером частиц не более 45 мкм и с содержанием кремния либо 18-21 мас.%, либо 51-56 мас.%. При этом содержание меди и кремния в порошке составляет 1-3 мас.% каждого.
Предлагаемые способы отличаются от известного тем, что одновременно с кобальтом и молибденом, существенно повышающими теплостойкость порошковых сталей, в железный порошок вводят медь в виде оксидов (вариант II), а после диффузионно-восстановительного отжига и измельчения в легированный порошок механическим смешиванием вместе с порошком никеля крупностью не более 25 мкм дополнительно вводят кремний в виде порошковой лигатуры железо-кремниевого сплава с содержанием кремния либо 18-21 мас.%, либо 51-56 мас.% с размером частиц не более 45 мкм (варианты I и II). Содержание меди и кремния в порошке составляет 1-3 мас.% каждого (варианты I и II).
Медь вводят в порошок методом частичного легирования для повышения теплопроводности порошковых изделий. Кроме того, медь, образуя жидкую фазу в процессе спекания, компенсирует усадку и интенсифицирует диффузионные процессы, оказывая положительное воздействие на повышение размерной точности и механических свойств спеченных сталей (варианты I и II).
Никель вводят в частично легированный медью и молибденом либо кобальтом, медью и молибденом железный порошок механическим смешиванием в виде частиц размером не более 25 мкм для более равномерного распределения в массе порошка основы с целью создания при последующем спекании спрессованных изделий порошковой стали с композиционной структурой, в которой высокопрочные частицы порошка основы окружены износостойким вязким аустенитом, обогащенным до 40-50% никелем (варианты I и II). Применение никелевого порошка с размером частиц более 25 мкм приводит к снижению ударной вязкости спеченной стали вследствие недостаточно равномерного распределения никеля в межчастичных границах - местах преимущественного разрушения порошковых спеченных сталей.
Кремний вводят в частично легированный медью и молибденом либо кобальтом, медью и молибденом железный порошок в виде порошка железокремниевого сплава с содержанием кремния либо 18-21 мас.%, либо 51-56 мас.% для повышения износостойкости и устойчивости против окисления при повышенных температурах (варианты I и II). Составы железокремниевых сплавов выбраны исходя из того, что в указанных интервалах концентраций кремния при спекании деталей из порошка частицы таких сплавов плавятся и образуют жидкую фазу, что способствует ускорению диффузионных процессов по границам частиц порошка-основы. В результате образуется высокопрочная, износостойкая металлическая матрица. Кроме того, сфероидизируются остаточные поры, что также способствует повышению механических свойств спеченной стали. Для более равномерного распределения порошка железокремниевого сплава в массе порошка максимальный размер частиц не должен превышать 45 мкм (варианты I и II). Частицы сплава размером более 45 мкм при спекании, в процессе плавления, взаимодействуют с окружающими их частицами порошка-основы, и на месте железокремниевых частиц образуются крупные поры, приводящие к ухудшению механических характеристик, особенно пластичности и ударной вязкости. Порошок железокремниевого сплава берут в таком количестве, чтобы содержание кремния в готовом порошке составляло от 1 до 3 мас.%. Ограничения по содержанию кремния и меди в порошке на уровне 1-3 мас.% каждого обусловлены тем, что при концентрациях менее 1 мас.% их влияние на свойства и размерную точность спеченных изделий незначительно. При содержании меди выше 3 мас.% наблюдается существенное изменение размеров спрессованных деталей в процессе спекания и нарушается их размерная точность. Повышение содержания кремния более 3 мас.% приводит к сильному охрупчиванию спеченного материала (варианты I и II).
Совместное легирование железного порошка никелем, кремнием, молибденом и медью позволяет получать износостойкие спеченные стали с температурой эксплуатации до 300°С (вариант I).
Совместное легирование железного порошка кобальтом, никелем, молибденом, медью и кремнием позволяет повысить температуру эксплуатации износостойких спеченных сталей до 700-800°С (вариант II).
Примеры осуществления способа
Пример 1 (вариант I).
Выплавляют расплав железоуглеродистого материала, который распыляют сжатым воздухом. Полученный порошок-сырец подвергают восстановительному отжигу, в процессе которого образуются конгломераты частиц железа с развитой поверхностью, имеющей губчатое строение. После отжига железный порошок дробят и механически смешивают с порошками легирующих добавок, содержащих молибден и медь в виде полимолибдатов аммония и оксида меди, из расчета получения в порошке 0,5 мас.% молибдена и 2 мас.% меди. Смесь подвергают диффузионно-восстановительному отжигу при 820°С в атмосфере водорода с последующим измельчением. К порошку, частично-легированному молибденом и медью, механическим смешиванием добавляют порошок никеля с размером частиц 10 мкм и менее и порошковую лигатуру железокремниевого сплава с содержанием кремния 19 мас.% и размером частиц 30 мкм и менее из расчета получения в порошке 4 мас.% никеля и 1,5 мас.% кремния. Состав и свойства железного порошка, а также характеристики порошковой стали, спеченной при 1200°С, приведены в таблице 1.
Пример 2 (вариант I).
Получение порошка на железной основе, содержащего после проведения диффузионно-восстановительного отжига 0,5 мас.% молибдена и 2 мас.% меди, осуществляют способом, аналогичным описанному в примере 1. К этому порошку механическим смешиванием добавляют порошок никеля с размером частиц 10 мкм и менее и порошковую лигатуру железокремниевого сплава с содержанием кремния 53 мас.% и размером частиц 5 мкм и менее из расчета получения в порошке 8 мас.% никеля и 2,5 мас.% кремния. Состав и свойства полученного порошка, а также характеристики порошковой стали, спеченной при 1200°С, приведены в таблице 1.
Пример 3 (вариант I).
Получение железного порошка осуществляют способом, аналогичным описанному в примере 1. Затем этот порошок механически смешивают с порошками легирующих добавок, содержащих молибден и медь, в виде оксидов молибдена и меди, из расчета получения в порошке 1 мас.% молибдена и 1,5 мас.% меди. Смесь подвергают диффузионно-восстановительному отжигу при 850°С в атмосфере водорода с последующим измельчением. К этому порошку механическим смешиванием добавляют порошок никеля с размером частиц 20 мкм и менее и порошковую лигатуру железокремниевого сплава с содержанием кремния 20 мас.% и размером частиц 15 мкм и менее из расчета получения в порошке 4 мас.% никеля и 2 мас.% кремния. Состав и свойства полученного порошка, а также характеристики порошковой стали, спеченной при 1200°С, приведены в таблице 1.
Порошки, полученные в примерах 1, 2 и 3, предназначены для изготовления деталей методом прессования с последующим спеканием, эксплуатируемых в условиях износа и повышенных температур (до 250-300°С).
Пример 4 (вариант II).
Получение железного порошка осуществляют способом, аналогичным описанному в примере 1. К порошку железа механически домешивают порошки легирующих добавок, содержащих кобальт, молибден и медь в виде оксидов кобальта, молибдена и меди, из расчета получения в порошке 6,5 мас.% кобальта, 1,5 мас.% молибдена и 1,5 мас.% меди. Смесь подвергают диффузионно-восстановительному отжигу при 840°С в атмосфере водорода с последующим измельчением. К этому порошку механическим смешиванием добавляют порошок никеля с размером частиц 10 мкм и менее и порошковую лигатуру железокремниевого сплава с содержанием кремния 20 мас.% и размером частиц 15 мкм и менее из расчета получения в порошке 1,5 мас.% никеля и 2 мас.% кремния. Состав и свойства полученного порошка, а также характеристики порошковой стали, спеченной при 1250°С, приведены в таблице 2.
Пример 5 (вариант II).
Получение порошка на железной основе, содержащего после проведения диффузионно-восстановительного отжига 6,4 мас.% кобальта, 1,3 мас.% молибдена и 1,4 мас.% меди осуществляют способом, аналогичным описанному в примере 4. Затем к этому порошку механическим смешиванием добавляют порошок никеля с размером частиц 10 мкм и менее и порошковую лигатуру железокремниевого сплава с содержанием кремния 53 мас.% и размером частиц 5 мкм и менее из расчета получения в порошке 2 мас.% никеля и 2,5 мас.% кремния. Состав и свойства полученного порошка, а также характеристики порошковой стали, спеченной при 1250°С, приведены в таблице 2.
Пример 6 (вариант II).
Получение порошка на железной основе, содержащего после проведения диффузионно-восстановительного отжига 6,4 мас.% кобальта, 1,3 мас.% молибдена и 1,4 мас.% меди осуществляют способом, аналогичным описанному в примере 4. Затем к этому порошку механическим смешиванием добавляют порошок никеля с размером частиц 20 мкм и менее и порошковую лигатуру железокремниевого сплава с содержанием кремния 19 мас.% и размером частиц 30 мкм и менее из расчета получения в порошке 4 мас.% никеля и 1,5 мас.% кремния. Состав и свойства полученного порошка, а также характеристики порошковой стали, спеченной при 1250°С, приведены в таблице 2.
Пример 7 (вариант II).
Получение железного порошка осуществляют способом, аналогичным описанному в примере 1. К порошку железа механически домешивают порошки легирующих добавок, содержащих кобальт, медь и молибден, в виде оксидов кобальта и меди, а также полимолибдатов аммония, из расчета получения в порошке 6,5 мас.% кобальта, 2 мас.% меди и 1 мас.% молибдена. Смесь подвергают диффузионно-восстановительному отжигу при 830°С в атмосфере водорода с последующим измельчением. К этому порошку механическим смешиванием добавляют порошок никеля с размером частиц 10 мкм и менее и порошковую лигатуру железокремниевого сплава с содержанием кремния 55 мас.% и размером частиц 15 мкм и менее из расчета получения в порошке 2 мас.% никеля и 2 мас.% кремния. Состав и свойства полученного порошка, а также характеристики порошковой стали, спеченной при 1250°С, приведены в таблице 2.
Порошки, полученные в примерах 4, 5, 6 и 7, предназначены для изготовления деталей конструкционных износо- и теплостойких до 750°С деталей, изготавливаемых методом прессования с последующим спеканием.
Claims (4)
1. Способ получения порошка на железной основе, включающий получение расплава на основе железа, распыление его сжатым воздухом с получением порошка-сырца, восстановительный отжиг полученного порошка-сырца и последующее его дробление, введение в полученный порошок механическим смешиванием добавок, содержащих медь и молибден в виде оксидов меди и молибдена или полимолибдатов аммония, с суммарным содержанием легирующих элементов, вводимых в виде соединений, не превышающим 25 мас.%, диффузионно-восстановительный отжиг в водородосодержащей атмосфере при 800-850°С и последующее измельчение, отличающийся тем, что после измельчения к полученному легированному порошку механическим смешиванием добавляют порошковую лигатуру железо-кремниевого сплава с размером частиц не более 45 мкм и с содержанием кремния либо 18-21 мас.%, либо 51-56 мас.%.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание меди и кремния в полученном порошке составляет 1-3 мас.% каждого.
3. Способ получения порошка на железной основе, включающий получение расплава на основе железа, распыление его сжатым воздухом с получением порошка-сырца, восстановительный отжиг полученного порошка-сырца и его последующее дробление, введение в полученный порошок механическим смешиванием легирующих добавок, содержащих кобальт и молибден в виде оксидов кобальта и молибдена или полимолибдатов аммония, с суммарным содержанием легирующих элементов, вводимых в виде соединений, не превышающим 25 мас.%, диффузионно-восстановительный отжиг в водородосодержащей атмосфере при 800-850°С и последующее измельчение, отличающийся тем, что одновременно с кобальтом и молибденом в порошок вводят медь в виде ее оксидов, а после измельчения к полученному легированному порошку механическим смешиванием добавляют порошковую лигатуру железо-кремниевого сплава с размером частиц не более 45 мкм и с содержанием кремния либо 18-21 мас.%, либо 51-56 мас.%.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что содержание меди и кремния в полученном порошке составляет 1-3 мас.% каждого.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006132829/02A RU2327548C1 (ru) | 2006-09-14 | 2006-09-14 | Способ получения порошка на железной основе (его варианты) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006132829/02A RU2327548C1 (ru) | 2006-09-14 | 2006-09-14 | Способ получения порошка на железной основе (его варианты) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006132829A RU2006132829A (ru) | 2008-03-20 |
RU2327548C1 true RU2327548C1 (ru) | 2008-06-27 |
Family
ID=39279492
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006132829/02A RU2327548C1 (ru) | 2006-09-14 | 2006-09-14 | Способ получения порошка на железной основе (его варианты) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2327548C1 (ru) |
-
2006
- 2006-09-14 RU RU2006132829/02A patent/RU2327548C1/ru active IP Right Revival
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006132829A (ru) | 2008-03-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5453251B2 (ja) | 鉄系粉末及びその組成物 | |
CA2725652C (en) | Iron-based pre-alloyed powder | |
JP5920984B2 (ja) | 鉄基粉末組成物 | |
JP5671526B2 (ja) | 高強度低合金焼結鋼 | |
CA2911031C (en) | Alloy steel powder for powder metallurgy and method of producing iron-based sintered body | |
JP5958144B2 (ja) | 粉末冶金用鉄基混合粉および高強度鉄基焼結体ならびに高強度鉄基焼結体の製造方法 | |
CA2922018C (en) | Alloy steel powder for powder metallurgy and method of producing iron-based sintered body | |
JPH04231404A (ja) | 最適化2回プレス−2回焼結粉末冶金方法 | |
SE541267C2 (en) | Method of producing mixed powder for powder metallurgy, method of producing sintered body, and sintered body | |
EP0610231A1 (en) | Powder metal alloy process | |
JP2010090470A (ja) | 鉄系焼結合金およびその製造方法 | |
TW201037092A (en) | Iron vanadium powder alloy | |
EP2511031A1 (en) | A powder metallurgical composition and sintered component | |
JP2015108195A (ja) | 低合金鋼粉体 | |
KR100263283B1 (ko) | 크롬, 몰리브덴 및 망간을 함유한 철 기지 분말 | |
RU2327547C1 (ru) | Способ получения порошка на железной основе (его варианты) | |
JP5929084B2 (ja) | 粉末冶金用合金鋼粉ならびに鉄基焼結材料およびその製造方法 | |
RU2327548C1 (ru) | Способ получения порошка на железной основе (его варианты) | |
JP2007169736A (ja) | 粉末冶金用合金鋼粉 | |
JPWO2019188833A1 (ja) | 粉末冶金用合金鋼粉および粉末冶金用鉄基混合粉末 | |
KR102533137B1 (ko) | 분말 야금용 철기 혼합 분말 및 철기 소결체 | |
CN108034881A (zh) | 一种钢结TiCN基硬质合金及应用 | |
JP2012126972A (ja) | 粉末冶金用合金鋼粉ならびに鉄基焼結材料およびその製造方法 | |
JPS61117202A (ja) | 焼結用低合金鉄粉末 | |
WO2023157386A1 (ja) | 粉末冶金用鉄基混合粉および鉄基焼結体 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180915 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20210714 |