RU2775243C2 - Способ получения изделий горячим изостатическим прессованием карбидосталей из стружковых отходов металлорежущего производства - Google Patents
Способ получения изделий горячим изостатическим прессованием карбидосталей из стружковых отходов металлорежущего производства Download PDFInfo
- Publication number
- RU2775243C2 RU2775243C2 RU2020132374A RU2020132374A RU2775243C2 RU 2775243 C2 RU2775243 C2 RU 2775243C2 RU 2020132374 A RU2020132374 A RU 2020132374A RU 2020132374 A RU2020132374 A RU 2020132374A RU 2775243 C2 RU2775243 C2 RU 2775243C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- chips
- chip
- metal
- carbon black
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 28
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 title claims abstract description 6
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title abstract description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000002775 capsule Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 12
- TXKRDMUDKYVBLB-UHFFFAOYSA-N methane;titanium Chemical compound C.[Ti] TXKRDMUDKYVBLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000004484 Briquette Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 230000001264 neutralization Effects 0.000 claims description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 4
- 210000001624 Hip Anatomy 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 1
- MOYKHGMNXAOIAT-JGWLITMVSA-N Isosorbide dinitrate Chemical compound [O-][N+](=O)O[C@H]1CO[C@@H]2[C@H](O[N+](=O)[O-])CO[C@@H]21 MOYKHGMNXAOIAT-JGWLITMVSA-N 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для переработки отходов металлообрабатывающего производства в виде металлической стружки, преимущественно из стружковых отходов стали Р6М5. Способ получения заготовок из карбидосталей для металлорежущего инструмента из стружковых отходов стали Р6М5 включает дробление стружки стали Р6М5, добавление порошка карбида титана, прессование полученной шихты с получением стружечных брикетов, спекание и отжиг. Перед дроблением стружки стали Р6М5 ее очищают, в шихту из дробленой стружки стали Р6М5 и порошка карбида титана добавляют технический углерод из расчета 0,075% технического углерода на 0,1% кислорода в исходной стружке и вводят раствор каучука в бензине БР-2 из расчета 1,5% каучука по массе. Проводят холодное прессование шихты с получением стружечных брикетов в открытой капсуле при давлении 600-700 МПа, спекание брикета при температуре 1150°С и изотермический отжиг в вакуумной печи, затем капсулу вакуумируют, заваривают и далее осуществляют горячее изостатическое прессование при температуре 1150°С и давлении 200 МПа. Улучшается эксплуатационная стойкость инструмента, изготовленного из предлагаемого состава. Обеспечивается повышение износостойкости инструмента. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления износостойких изделий, например металлорежущего инструмента.
Инструмент для резания является ключевым элементом качества получаемой поверхности и экономических показателей процесса резания. В процессе резания образуется большое количество отходов в виде стружки.
В настоящее время используются различные классы инструментальных материалов, однако наибольшее распространение получили быстрорежущие стали, исследования свойств которых актуальны в настоящее время.
Известен способ [1] изготовления металлообрабатывающего инструмента, с использованием порошков безвольфрамовой быстрорежущей стали, заключающийся в выплавке стали в индукционной печи, распыление азотом, заполнением капсул с вакуумированием, горячем изостатическом прессовании капсул с порошком, горячей ковке прессовок, горячей прокатке при промежуточном отжиге после каждой деформации.
Однако при изготовлении таких изделий требуется получение и дальнейшее использование дорогостоящих порошков безвольфрамовых быстрорежущих сталей.
Известен также способ [2] изготовления спеченного материала - карбидостали методом размола карбида титана, дальнейшего размола карбида титана и порошка стали с последующим ударным воздействием на свободно насыпанную шихту с получением относительной плотности 0,98.
Предложенный способ не позволяет получить относительную плотность заготовки карбидостали, равной единице, что неизбежно приведет к снижению механических и эксплуатационных свойств инструментального материала.
Как было показано в [1, 2] быстрорежущие стали содержат в своем составе высокотвердые включения - карбиды, которые и обеспечивают их режущие, эксплуатационное свойства. Быстрорежущие стали содержат в своем составе до 30 об.% карбидов и после термической обработки показывают твердость 62…64 HRC и теплостойкость 600…700°С и неплохо работают в условиях ударных нагрузок. Твердые сплавы содержат до 95% карбидов, имеют твердость 88…92 HRA, теплостойкость до 1000°С и значительно хуже работают в условиях ударных нагрузок.
Существует и промежуточный класс материалов по содержанию карбидов между быстрорежущими сталями и твердыми сплавами - карбидостали. При обработке быстрорежущих сталей и твердые сплавов образуются отходы в виде стружки.
Карбидостали получают методами порошковой металлургии, для этого необходимое содержание карбидов достигается их введением в виде порошка в порошковую шихту.
Решаемая техническая проблема: получение методом горячего изостатического прессования высокоплотных заготовок материалов промежуточного класса между быстрорежущими сталями и твердыми сплавами по содержанию карбидов - карбидостали, с повышенными эксплуатационными характеристиками из стружковых отходов быстрорежущей стали Р6М5 с добавлением порошка карбида титана.
Технический результат достигается способом получения заготовок из карбидосталей для металлорежущего инструмента из стружковых отходов стали Р6М5. Способ включает дробление стружки стали Р6М5, добавление порошка карбида титана, прессование полученной шихты с получением стружечных брикетов, спекание и отжиг, отличающийся тем, что перед дроблением стружки стали Р6М5 ее очищают, в шихту из дробленой стружки стали Р6М5 и порошка карбида титана добавляют технический углерод из расчета 0,075% технического углерода на 0,1% кислорода в исходной стружке и вводят раствор каучука в бензине БР-2 из расчета 1,5% каучука по массе, проводят холодное прессование шихты с получением стружечных брикетов в открытой капсуле при давлении 600-700 МПа, спекание брикета при температуре 1150°С и изотермический отжиг в вакуумной печи, затем капсулу вакуумируют, заваривают и далее осуществляют горячее изостатическое прессование при температуре 1150°С и давлении 200 МПа.
Кроме того, очистку стружки от твердых и жидких неметаллических частиц производят промывкой в щелочном растворе и нейтральных моющих растворах.
Дробление стружки осуществляют до размера частиц менее 40 мкм.
Порошок стали, близкой по составу к стали Р6М5 получали механическим размолом, фракция минус 40 мкм (все частицы порошка менее 40 мкм).
К порошку стали Р6М5 дополнительно вводили технический углерод и порошок карбида титана ТУ 1798-111-75420116-2006 фракции 5/3 мкм. Технический углерод вводили с целью интенсификации восстановления окислов в толще образцов во время спекания из расчета 0,075% технического углерода на 0,1% кислорода в исходной стружке. Порошок карбида титана вводили с целью формирования эксплуатационных свойств конечного изделия. Для улучшения свойств шихты (формуемости и прессуемости) вводили раствор каучука в бензине БР-2 ТУ 38.401-67-108-92 из расчета 1,5% каучука но массе.
Из шихты полученного составов получали прессовки в открытой капсуле необходимых размеров, определяемых размерами изготавливаемого инструмента. Далее выполняли спекание и отжиг прессовок в вакуумной печи, остаточное давление не более 0,133 Па. Спекание прессовок проводили при температуре 1150°С в течение 240 минут с последующим охлаждением вместе с печью. После спекания проводили дополнительный вакуумный изотермический отжиг по режиму: нагрев до температуры 850°С с выдержкой 120 минут, охлаждение до 750°С со скоростью 5…7°С/мин с выдержкой 240 минут, далее охлаждение до 100°С. Динамика изменения относительной плотности после прессования и спекания при различной температуре приведена на рисунке 1.
Прессование порошков карбидосталей в открытой капсуле выполняли па гидравлическом прессе при усилиях 600…700 МПа. На рисунке 2 приводится график изменения относительной плотности в зависимости от усилия прессования.
Температура спекания принята 1150°С, что обеспечивает спекание преимущественно в твердой фазе, позволяет получить достаточно плотные прессовки, относительно плотностью 65…75%.
После спекания открытую капсулу закрывали крышкой с патрубком, крышка приваривается к капсуле.
Через патрубок капсула подключается к вакуумной системе и вакуумируются с одновременным нагреванием капсулы до 400°С, выдержка при этой температуре и вакууме порядка 5⋅10-5 мм рт.ст. составляла около 60-ти минут.
По завершению процесса дегазации капсула герметизируется через патрубок, методом его заварки. Полученную капсулу (рисунок 3) помещают в изостат и выполняют цикл ГИП: температура 1150°С, давление 200 МПа, среда - аргон, выдержка 120 минут, охлаждение со скоростью 180°С/ч до 400°С далее охлаждение па воздухе
После ГИП прессовки полностью компостируются и получают высокие эксплуатационные свойства. Для придания компактам формы близкой к изготавливаемому инструменту они могут быть подвержены горячей обработке давлением при температурах 900…1200°С, что позволит несколько измельчить карбиды в структуре. На рисунке 4 показана заготовка после ГИП и горячей осадки в гидравлическом прессе - заготовка дисковой фрезы.
Источники информации
1. Патент RU 20069602, МИК B22F 3/18, 25.12.1991.
2. Патент RU 2 601 363. МПК С22С 38/28, С22С 29/02, С22С 33/02, 21.10.2013.
Claims (3)
1. Способ получения заготовок из карбидосталей для металлорежущего инструмента из стружковых отходов стали Р6М5, включающий дробление стружки стали Р6М5, добавление порошка карбида титана, прессование полученной шихты с получением стружечных брикетов, спекание и отжиг, отличающийся тем, что перед дроблением стружки стали Р6М5 ее очищают, в шихту из дробленой стружки стали Р6М5 и порошка карбида титана добавляют технический углерод из расчета 0,075% технического углерода на 0,1% кислорода в исходной стружке и вводят раствор каучука в бензине БР-2 из расчета 1,5% каучука по массе, проводят холодное прессование шихты с получением стружечных брикетов в открытой капсуле при давлении 600-700 МПа, спекание брикета при температуре 1150°С и изотермический отжиг в вакуумной печи, затем капсулу вакуумируют, заваривают и далее осуществляют горячее изостатическое прессование при температуре 1150°С и давлении 200 МПа.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что очистку стружки от твердых и жидких неметаллических частиц производят промывкой в щелочном растворе и нейтральных моющих растворах.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дробление стружки осуществляют до размера частиц менее 40 мкм.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020132374A RU2775243C2 (ru) | 2020-09-29 | Способ получения изделий горячим изостатическим прессованием карбидосталей из стружковых отходов металлорежущего производства |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020132374A RU2775243C2 (ru) | 2020-09-29 | Способ получения изделий горячим изостатическим прессованием карбидосталей из стружковых отходов металлорежущего производства |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020132374A RU2020132374A (ru) | 2022-03-29 |
| RU2020132374A3 RU2020132374A3 (ru) | 2022-03-29 |
| RU2775243C2 true RU2775243C2 (ru) | 2022-06-28 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU64928A1 (ru) * | 1944-05-03 | 1945-06-30 | Р.Л. Богдановска | Способ регенерации отходов спеченных твердых сплавов |
| RU49476U1 (ru) * | 2005-07-04 | 2005-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") | Технологическая линия для производства шихты из дисперсных порошков для карбидосталей |
| RU2280706C2 (ru) * | 2001-01-24 | 2006-07-27 | Федерал-Могул Синтеред Продактс Лтд | Спеченное изделие на основе железа, содержащее медь, и способ его получения |
| RU2285583C2 (ru) * | 2004-04-20 | 2006-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Эталон" | Способ изготовления заготовок из композиционных материалов |
| RU2601363C2 (ru) * | 2013-10-21 | 2016-11-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) | Спеченный металлообрабатывающий инструмент, изготовленный из порошковой карбидостали |
| RU2612886C2 (ru) * | 2015-05-27 | 2017-03-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Шихта для производства вольфрамотитановых твердых сплавов |
| RU2726161C2 (ru) * | 2015-12-21 | 2020-07-09 | Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб | Режущий инструмент |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU64928A1 (ru) * | 1944-05-03 | 1945-06-30 | Р.Л. Богдановска | Способ регенерации отходов спеченных твердых сплавов |
| RU2280706C2 (ru) * | 2001-01-24 | 2006-07-27 | Федерал-Могул Синтеред Продактс Лтд | Спеченное изделие на основе железа, содержащее медь, и способ его получения |
| RU2285583C2 (ru) * | 2004-04-20 | 2006-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Эталон" | Способ изготовления заготовок из композиционных материалов |
| RU49476U1 (ru) * | 2005-07-04 | 2005-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") | Технологическая линия для производства шихты из дисперсных порошков для карбидосталей |
| RU2601363C2 (ru) * | 2013-10-21 | 2016-11-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) | Спеченный металлообрабатывающий инструмент, изготовленный из порошковой карбидостали |
| RU2612886C2 (ru) * | 2015-05-27 | 2017-03-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Шихта для производства вольфрамотитановых твердых сплавов |
| RU2726161C2 (ru) * | 2015-12-21 | 2020-07-09 | Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб | Режущий инструмент |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Дмитриенко Д.В. и др., Технология ударного прессования порошков карбидосталей типа "легированная сталь - карбид", Новые материалы и технологии в машиностроении. 2010, N12, с.31-34. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| James | Powder metallurgy methods and applications | |
| US6171546B1 (en) | Powder metallurgical body with compacted surface | |
| EP2376248B1 (en) | Method for the manufacture of a metal part | |
| WO1994005822A1 (en) | Powder metal alloy process | |
| EP0626893A1 (en) | Method of producing bearings | |
| US3744993A (en) | Powder metallurgy process | |
| US3811878A (en) | Production of powder metallurgical parts by preform and forge process utilizing sucrose as a binder | |
| WO1998059083A1 (en) | Method for manufacturing high carbon sintered powder metal steel parts of high density | |
| US3809541A (en) | Vanadium-containing tool steel article | |
| Huppmann et al. | Powder forging | |
| JP4923801B2 (ja) | 高密度鉄基成形体および高強度高密度鉄基焼結体の製造方法 | |
| Sundaram | Processing methods for reaching full density powder metallurgical materials | |
| Gordo et al. | Influence of milling parameters on the manufacturing of Fe–TiCN composite powders | |
| Sundaram | Novel approaches for achieving full density powder metallurgy steels | |
| RU2775243C2 (ru) | Способ получения изделий горячим изостатическим прессованием карбидосталей из стружковых отходов металлорежущего производства | |
| JPH0475295B2 (ru) | ||
| Denkena et al. | Recycled titanium chips as initial product for the atomisation process of powders for additive manufacturing to increase resource efficiency | |
| GB1590953A (en) | Making articles from metallic powder | |
| Fischmeister | Powder compaction: fundamentals and recent developments | |
| JP3572078B2 (ja) | 焼結部品を製造する方法 | |
| JPS62224602A (ja) | アルミニウム合金焼結鍛造品の製造方法 | |
| EP0234099B1 (en) | Powder metallurgy high speed tool steel article and method of manufacture | |
| CN113444959B (zh) | 一种沉淀硬化型高熵合金基钢结硬质合金及制备方法 | |
| Araoyinbo et al. | Overview of powder metallurgy process and its advantages | |
| CN111455206A (zh) | 快速半固态热压制造硬质合金的方法 |