close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY7804

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 7804
(13) C1
(19)
(46) 2006.02.28
(12)
7
(51) B 22F 3/12
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ
СРЕДНЕЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
(21) Номер заявки: a 20020989
(22) 2002.12.06
(43) 2004.06.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(72) Авторы: Ильющенко Александр
Федорович; Мелешко Михаил Григорьевич; Севастьянов Евгений Степанович; Киреев Петр Николаевич
(BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(56) Ермаков С.С. и др. Порошковые стали
и изделия. - Ленинград: Машиностроение, 1990. - С. 39-41, 248-253.
SU 1740108 A1, 1992.
SU 1638904 A1, 1995.
(57)
Способ изготовления изделий из порошковых преимущественно среднелегированных
сталей, включающий приготовление шихты, прессование, спекание в восстановительной
атмосфере, отжиг, холодную калибровку спеченной заготовки и термическую обработку,
отличающийся тем, что при спекании получают заготовку с относительной плотностью
ρ = 0,8-0,9, нагрев до температуры отжига ведут со скоростью 1-2 °С/мин, а температуру
отжига Тотж. определяют по формуле:
BY 7804 C1 2006.02.28
Тотж. = [Ac1 + (10-20 °С)]⋅exp(-0,0855ρ),
где Ac1 - температура α→γ превращения беспористой стали, °С.
BY 7804 C1 2006.02.28
Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано
на предприятиях автомобильной и тракторной промышленности для изготовления изделий из порошковых среднелегированных сталей и особенно эффективно при изготовлении
деталей ответственного назначения, например силовых шестерен и колец синхронизатора.
Известны способы изготовления изделий из порошковых среднелегированных сталей,
включающие приготовление шихты, прессование, спекание при температуре 11001150 °C, холодную калибровку и окончательную термическую обработку [1, 2, 3].
Недостатком известных способов является низкая плотность готовых изделий, обусловленная плохой деформируемостью спеченных заготовок.
Известен способ изготовления изделий из порошковых среднелегированных сталей,
включающий приготовление шихты, прессование, спекание в восстановительной атмосфере, отжиг при температуре на 30...60 °C выше точки Асз, холодную калибровку и окончательную термическую обработку [4].
Недостатком известного способа является недостаточно высокая деформируемость
спеченных заготовок после данного вида термической обработки.
Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления изделий из
порошковых среднелегированных сталей, включающий приготовление шихты, прессование, спекание в восстановительной атмосфере при температуре 1100...1150 °C, отжиг по
режиму: нагрев до 780 °C, выдержка 30 минут, охлаждение до 680 °C и выдержка в течение 2-х часов, холодную калибровку и окончательную термическую обработку [5].
Недостатком известного способа является сравнительно невысокая плотность готовых
изделий вследствие неудовлетворительной деформируемости заготовок из порошковых
преимущественно среднелегированных сталей при калибровке в холодном состоянии.
Задача изобретения - повышение плотности изделий из порошковых преимущественно среднелегированных сталей.
Поставленная задача достигается тем, что в способе получения изделий из порошковых преимущественно среднелегированных сталей, включающем приготовление шихты,
прессование, спекание, отжиг, холодную калибровку и окончательную термическую обработку, отжиг осуществляют при температуре [Ас1 + (10-20)°С]⋅exp(-0,0855ρ), где Аc1 температура α→γ превращения беспористой стали, ρ - относительная плотность, η - коэффициент, зависящий от плотности спеченной заготовки перед отжигом, при этом нагрев
до температуры отжига проводят со скоростью 1-2 °С/мин.
При нагреве в процессе отжига по известному способу порошковой среднелегированной стали до температуры 780 °C, т.е. выше точки α→γ - превращения, происходит образование аустенита и растворение в нем перлита в процессе выдержки. Обогащенный
углеродом аустенит после охлаждения до температуры 680 °C снова распадается на пластинчатый перлит и остаточный феррит, однако пластинки перлита в этом случае формируются более грубыми, чем после спекания, что является результатом меньшей скорости
охлаждения. В процессе выдержки при 680 °C происходит формирование зернистого перлита и отжиг феррита, что существенным образом повышает деформируемость порошковых среднелегированных сталей. Однако энергетические и концентрационные условия не
обеспечивают полного завершения процесса коагуляции карбидных частиц и равномерного их распределения по объему ферритной матрицы. Сфероидизация цементита происходит в пределах перлитных колоний, что приводит к образованию большого количества
мелких частиц, которые существенным образом затрудняют деформируемость порошковых среднелегированных сталей.
Для получения более крупных сферических частиц цементита и равномерного их распределения в ферритной матрице необходимо после завершения процесса сфероидизации
в субкритической области повысить температуру на 10-20 °C выше точки α→γ - превращения. Превышение точки Ac1 сопровождается образованием аустенита и растворением в
нем перлита. Однако растворимость в аустените перлита определяется формой последнего.
2
BY 7804 C1 2006.02.28
При быстром нагреве в межкритическую область температур перлит сохраняет пластинчатое строение и характеризуется низкой стабильностью к растворимости в аустените.
Растворение пластинчатого перлита сопровождается увеличением содержания углерода в
аустените и его стабильности. При последующем охлаждении вследствие понижения температуры превращения аустенит снова распадается на пластинчатые структуры с повышенной дисперсностью, что приводит к уменьшению деформируемости порошковых
спеченных заготовок.
При медленном нагреве заготовок из порошковых среднелегированных сталей со скоростью 1-2 °С/мин сфероидизация цементита заканчивается в субкритическом интервале
температур. При незначительном превышении температуры α→γ - превращения сферический цементит обладает повышенной стабильностью к растворимости, вследствие чего в
равновесии в этих условиях находятся аустенит, феррит и сферический цементит. Вследствие
высокой стабильности цементита сферической формы при незначительном превышении
температуры α→γ - превращения в аустените растворяются глобули цементита размером
менее 0,2 мкм, вследствие чего пересыщение аустенита углеродом невысоко. Кроме того,
при выдержке в межкритическом интервале температур завершается процесс рекристаллизации феррита и одновременно протекает процесс коагуляции не растворившегося цементита.
При последующем медленном охлаждении происходит выделение углерода из аустенита на уже имеющихся глобулях цементита, а сам аустенит превращается в свободный от
субструктуры феррит с низкой микротвердостью. В результате формируется структура
зернистого перлита с достаточно крупными и равномерно распределенными в ферритной
матрице глобулями цементита. Спеченные заготовки из порошковых среднелегированных
сталей с такой структурой характеризуются наиболее высокой деформируемостью.
Следует отметить, что сохранение глобулей цементита в межкритическом интервале
температур наблюдается лишь при незначительном перегреве выше точки α→γ - превращения (на 10-20 °C). При дальнейшем повышении температуры происходит растворение
цементита в аустените с образованием при последующем охлаждении пластинчатых
структур, что приводит к значительному понижению деформируемости спеченных заготовок
из порошковых среднелегированных сталей и уменьшению плотности готовых изделий.
При осуществлении термической обработки порошковых заготовок после спекания
необходимо учитывать реальную структуру, а именно неравновесный ее характер. Неравновесный характер структуры порошковых спеченных заготовок оказывает влияние не
только на кинетику фазовых превращений, но и на температурные интервалы существования фаз, их состав и морфологические характеристики образующихся структур. В неравновесных структурах предпочтительными местами зарождения аустенита являются
участки с повышенной свободной энергией независимо от наличия карбидных частиц. Такими местами наряду с межчастичными границами могут быть участки с высокой плотностью дислокаций внутри ячеек.
В зависимости от исходной пористости при одном и том же режиме термической обработки в порошковой среднелегированной стали могут сформироваться принципиально
различающиеся структуры, а следовательно и деформируемость. Необходимо отметить
неправомерность использования равновесной диаграммы состояния Fe-C для количественного описания развития α→γ - превращения в порошковых структурах. В результате,
как на стадии зарождения, так и на более поздних стадиях аустенита количество γ - фазы
не подчиняется правилу отрезков, а ее состав не определяется линией GS диаграммы состояния Fe-C.
Экспериментальным путем было установлено, что температура отжига заготовок из
порошковых среднелегированных сталей после спекания, при которой получается структура с крупными глобулями цементита, равномерно расположенными в ферритной матрице, обеспечивающая максимальную деформируемость, определяется соотношением:
3
BY 7804 C1 2006.02.28
Тотж = [Аc1 + (10-20 °С)]-exp(-ηρ),
где Ас1 - температура α→γ - превращения беспористой стали,
ρ - относительная плотность спеченной заготовки,
η - коэффициент, зависящий от плотности спеченной заготовки перед отжигом и при
ρ = 0,8...0,9 η = 0,0855.
Сущность изобретения поясняется графиком, на котором для порошковой стали Distaloy DC-1 с 0,4 %С представлена зависимость истинного напряжения σi от истинной деформации εi при испытании на сжатие гладких цилиндрических образцов диаметром 10 мм
и высотой 15 мм. Прессование образцов осуществляли давлением 600 МПа при скорости
движения ползуна испытательной машины 60 мм/мин. Плотность образцов после прессования составляла 89 %.
Представленные на рис. 1 данные показывают, что деформируемость порошковой стали Distaloy DC-1 оценивается величиной деформации εi при заданном напряжении σi и
после отжига по предлагаемому способу значительно выше по сравнению с отжигом по
способу прототипа. Так, при напряжении 800 МПа деформируемость возрастает в 2,4 раза,
а при σi = 900 МПа - в 2,2 раза.
Увеличение деформируемости порошковых среднелегированных сталей после отжига
по предлагаемому способу является основной причиной увеличения плотности после калибровки в холодном состоянии по сравнению с прототипом.
Способ осуществляют следующим образом. Смешивают шихту из металлических
порошков с добавкой 0,6-0,8 % стеарата цинка, прессуют заготовки давлением
600...700 МПа, спекают при температуре 1120-1130 °C в восстановительной атмосфере,
нагревают до температуры [Ас1 + (10-20 °С)]-exp(-ηρ) со скоростью 1-2 °С/мин, где Ас1 температура α→γ - превращения компактной стали аналогичного состава, калибруют в
холодном состоянии давлением 900-1000 МПа, проводят окончательную термическую обработку.
Пример изготовления детали "Кольцо синхронизатора" с модулем 3,175, наружным
диаметром 136,3 мм, внутренним диаметром 110 мм и высотой 9,5 мм. По заявляемому
способу в качестве исходного материала использовали порошковую сталь Astaloy 85 Mo
производства фирмы Höganäs. Приготавливали шихту из исходной стали с добавлением
0,4 % графита и 0,8 % стеарата цинка. Из полученной шихты давлением 600 МПа прессовали заготовки, которые спекали при температуре 1130 °C в проходной печи в среде эндогаза.
Плотность прессовок после спекания составляла 7,04 г/см3 или 90 %. Отжиг заготовок
кольца синхронизатора проводили при температуре 700 °C в среде эндогаза. Скорость нагрева до температуры отжига составляла 1 °С/мин. Температуру отжига определяли следующим образом. Температура Ас1 компактных конструкционных молибденовых сталей
составляет 740 °C. Следовательно, температура отжига порошковой стали Astaloy 85 Mo
плотностью 90 % должна быть равна 695-705 °C. После отжига заготовки подвергали холодной калибровке давлением 950 МПа, а также нитроцементации и отпуску по стандартному режиму.
В таблице 1 приведены данные по влиянию температуры отжига на плотность колец
синхронизатора, полученных холодной калибровкой заготовок после отжига по способу
прототипа и по предложенному способу.
Из представленных в таблице 1 данных видно, что отжиг заготовок из порошковой
стали Astaloy 85 Mo в температурном интервале 695-705 °C (по предложенному способу)
позволят существенно повысить плотность готовых изделий по сравнению с прототипом
(с 7,41 г/см3 до 7,62-7,65 г/см3).
Уменьшение плотности готовых изделий происходит и в том случае, когда отжиг проводится при температурах выше 705 °C. Так, пример 3 показывает, что при увеличении
температуры отжига до 720 °C плотность готовых изделий после холодной калибровки
снижается до 7,48 г/см3.
4
BY 7804 C1 2006.02.28
Пример 2 изготовления опорного подшипника G-3561 с наружным диаметром 14,8 мм,
внутренним диаметром 8,0 мм и высотой 2,5 мм.
В качестве исходного материала использовали порошковую сталь Astaloy CrMo производства Höganäs. Смешивали шихту из исходного стального порошка с добавлением
0,4 % графита и 0,8 % стеарата цинка. Из полученной шихты давлением 600 МПа прессовали заготовки наружным диаметром 14,7 мм, внутренним диаметром 8,1 мм и спекали
при температуре 1130 °C в проходной печи в азотоводородной среде. Плотность заготовок
после спекания составляла 6,85 г/см3, т.е. 88 %.
Температура Ас1 компактных Cr - Mo-конструкционных сталей составляет 785 °C.
Следовательно, температура отжига порошковой стали Astaloy CrMo плотностью 88 %
должна составлять 737...747 °C. Отжиг заготовок опорного подшипника проводили при
температуре 740 °C. Скорость нагрева до температуры отжига составляла 1 °С/мин. После
отжига заготовки подвергали холодной калибровке давлением 950 МПа, а также нитроцементации и отпуску по стандартному режиму.
В таблице 2 представлены данные по влиянию температуры отжига на плотность
опорных подшипников, полученных холодной калибровкой заготовок после отжига по
способу прототипа и по предложенному способу.
Из представленных в таблице 2 данных видно, что после отжига заготовок из порошковой стали Astaloy CrMo в температурном интервале 737...747 °C (по предложенному
способу) плотность готовых изделий по сравнению с прототипом существенно повышается (с 7,31 г/см3 до 7,60-7,63 г/см3).
Уменьшение плотности готовых изделий происходит и в том случае, когда отжиг заготовок проводится при температуре выше 747 °C. Так, пример 3 показывает, что при увеличении температуры отжига до 780 °C плотность готовых изделий после холодной
калибровки снижается до 7,35 г/см3.
Предложенный способ прост в исполнении, не требует для своего осуществления специализированного прессового (как в случае теплого прессования) и печного оборудования
и может быть механизирован или автоматизирован.
Таблица 1
Способ изготовления изделий из порошковых среднелегированных сталей
№ п/п
Температура отжига, °C
Плотность, г/см3
1.
680
700
695
705
720
7,41
7,62
7,65
7,62
7,48
2.
3.
Таблица 2
№ п/п
Температура отжига, °C
Плотность, г/см3
1.
680
737
740
747
760
7,31
7,60
7,63
7,62
7,35
2.
3.
5
BY 7804 C1 2006.02.28
Источники информации:
1. Гуляев И.А., Калашникова О.Ю., Довгань Е.И. Частично легированные железные
порошки для спеченных конструкционных изделий. - M., 1988. - С. 31 -35.
2. Ильющенко А.Ф., Витязь П.А., Савич В.В., Звонарев E.В. Порошковая металлургия
в Республике Беларусь. - Минск // Порошковая металлургия. - Вып. 25 (2002). - С.25-33.
3. Sintertech takes top Europan PM part honour. Metal Powder Report, November 1997, 1416.
4. Структура металлокерамических материалов на основе железа /Федорченко И.М.,
Пугина Л.И., Филатова М.А. и др. - M.: Металлургия, 1963. - С. 140.
5. Ермаков C.C., Вязников Н.Ф. Порошковые стали и изделия. - Л.: Машиностроение,
1990. - С. 250-252.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
158 Кб
Теги
by7804, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа