close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY17564

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2013.10.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 17564
(13) C1
(19)
B 22F 3/16
B 22F 3/24
(2006.01)
(2006.01)
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ ИЗ ПОРОШКОВОЙ
НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ
(21) Номер заявки: a 20101864
(22) 2010.12.21
(43) 2012.08.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(72) Авторы: Ильющенко Александр
Федорович; 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. 9-10, 253-257, 284290.
САЗОНОВ Б.Г. Металловедение и
термическая обработка металлов. 1990. - № 7. - С. 13-15.
ГУЛЯЕВ А.П. Металловедение. - М.:
Металлургия, 1986. - С. 275-279.
ФЕДОРЧЕНКО И.М.и др. Структура
металлокерамических материалов на
основе железа. - М.: Металлургия,
1968. - С. 116-133.
WO 2007/034063 A1.
CA 2746212 A1, 2010.
BY 17564 C1 2013.10.30
(57)
Способ изготовления изделия из порошковой низколегированной стали, включающий
приготовление шихты, прессование, спекание, повторное прессование, цементацию путем
нагрева изделия в насыщающей среде до температуры Ac3 + (30-40 °С) и закалку с повторного нагрева до температуры 780-900 °С, отличающийся тем, что нагрев в насыщающей среде осуществляют ступенчато с выдержкой при температуре Ac1 ± (5-10 °С).
Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано на предприятиях автотракторной промышленности при изготовлении деталей синхронизаторов, высоконагруженных зубчатых колес, шлицевых втулок и пр.
Известен способ получения изделий из порошковых низколегированных сталей, включающий приготовление шихты, прессование, спекание, калибровку, нитроцементацию путем насыщения при температуре 840-850 °С и закалку с температуры насыщения [1, 2].
Недостатком известных способов являются сравнительно низкие значения статической
прочности и большие коробления деталей, что неприемлемо для изготовления деталей
высокой точности, таких как зубчатые колеса, детали качающих узлов масляных насосов
героторного типа и пр.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения изделий из
порошковых низколегированных сталей, включающий приготовление шихты, прессование, спекание, повторное прессование и цементацию путем насыщения элементами при
температуре на 30-40 °С выше точки Ac3 и закалки с повторного нагрева до температуры
780 °С [3]. Недостатком известного метода являются сравнительно невысокие значения
BY 17564 C1 2013.10.30
статической прочности и достаточно большие и нестабильные изменения размеров и формы изделий (коробление).
Технической задачей изобретения является увеличение статической прочности и
уменьшение коробления (стабильность размеров и формы) изделий, получаемых методом
порошковой металлургии из низколегированных сталей.
Поставленная техническая задача решается тем, что в способе изготовления изделий
из порошковой низколегированной стали, включающем приготовление шихты, прессование, спекание, повторное прессование, цементацию путем нагрева изделия в насыщающей
среде до температуры Ac3 + (30-40 °С) и закалку с повторного нагрева до температуры
780-900 °С, нагрев в насыщающей среде осуществляют ступенчато с выдержкой при температуре Ac1 ± (5-10 °С).
Неравномерная пластическая деформация спеченных заготовок в холодном состоянии
при повторном прессовании приводит к возникновению неравномерной локальной остаточной деформации и образованию суммарных моментов, которые после деформации находятся в уравновешенном состоянии [4]. При достаточно быстром нагреве под
цементацию релаксация напряжений до достижения точки Aс1 не успевает пройти и к остаточным напряжениям от предварительного деформирования прибавляются напряжения
от фазовых напряжений и температурного градиента. Одновременно с ростом возбуждаемых напряжений происходит снижение предела текучести вследствие его температурной
зависимости. Это приводит к изменению равновесия суммарных моментов (эпюра изгибающих напряжений) и всегда сопровождается короблением.
Поверхности порошковых частиц, находящиеся в состоянии физического контакта,
характеризуются различными несовершенствами тонкой структуры, обрывом периодического расположения атомов в кристаллической решетке, наличием нескомпенсированных
связей между атомами, меньшим координационным числом. Плотность этих дефектов велика, и с точки зрения структурно-энергетического состояния такая поверхность характеризуется метастабильным состоянием.
В процессе диффузионного насыщения элементами цементации происходят структурно-энергетические изменения в зоне диффузии, сопровождающиеся уменьшением термодинамического потенциала поверхности. Диффузионные потоки атомов в области
физического контакта и в приповерхностные зоны приводят к микропластической деформации и возникновению дополнительных локальных напряжений в вершинах плоских
пор. Такие значительные изменения структуры поверхности в области физического контакта нарушают равновесие суммарных моментов, приводят к дополнительному короблению деталей в процессе охлаждения и получению сравнительно невысоких значений
статической прочности после цементации.
Таким образом, основной причиной коробления и сравнительно невысоких значений
статической прочности конструкционных деталей из порошковых низколегированных
сталей, изготавливаемых по известному способу, являются локальные напряжения в областях физического контакта и неравномерный характер их распределения, а также нарушение равновесия суммарных моментов в процессе нагрева и охлаждения в процессе
химико-термической обработки.
Уменьшить или даже полностью устранить вредное влияние локальных напряжений в
области физического контакта между частицами, возникающих при деформировании спеченных заготовок, можно проведением ступенчатого нагрева деталей при цементации с
выдержкой при температуре превращения Ac1 ± (5-10 °С). Указанный температурный интервал характеризуется резким возрастанием диффузионной подвижности атомов железа,
которая сравнима с диффузионной подвижностью атомов железа при 1100-1200 °С.
Контактные поверхности в области физического контакта находятся в метастабильном
состоянии и характеризуются избыточной величиной энергии вследствие повышенной искаженности кристаллической решетки. Высота потенциального барьера, который необхо2
BY 17564 C1 2013.10.30
димо преодолеть для активации процесса соединения, в этом случае понижается на величину данной избыточной энергии.
Образование решетки совпадения под действием термических активаций, обусловленных аномально высокой диффузионной подвижностью атомов железа в температурной области Ac1 ± (5-10 °С), приводит к уменьшению или полному снятию локальных напряжений в
области физического контакта поверхностей. Кроме того, температура Ac1 ± (5-10 °С) является температурой рекристаллизационного отжига низколегированных сталей. В процессе
выдержки при данной температуре происходит релаксация остаточных локальных напряжений, которые возникают при пластической деформации любого металлического материала.
В процессе выдержки в температурном интервале предпревращения [Ac1 ± (5-10 °С)]
вследствие аномально высокой диффузионной подвижности атомов и избыточной свободной энергии в приповерхностных областях физического контакта происходит активация вступивших в контакт поверхностей с образованием в местах контактирования
решетки совпадения.
Сущность изобретения поясняется следующими примерами. Для экспериментов использовали металлические железные порошки трех сортов:
частично легированный железный порошок ПЖН4Д2М ТУ 14-1-4393-87;
гомогенно легированный железный порошок ПЖН2М ТУ 14-1-4587-89;
гомогенно легированный железный порошок Astaloy Mo производства фирмы
Höganäs.
Смешивали шихту из металлических железных порошков с добавлением графита ГК1
(ГОСТ 4404-78) в количестве 0,4 %. В качестве твердой смазки использовали стеарат цинка (ТУ У 24.1-347677516-004-2008) в количестве 0,8 %. Эксперименты были выполнены
на кольцевых образцах с наружным диаметром 41 мм, внутренним диаметром 28 мм и высотой 12 мм. Двухсторонним прессованием при давлении 566 МПа получали заготовки
кольцевых образцов, которые в дальнейшем подвергали спеканию при температуре 11201130 °С в течение 45 мин в среде диссоциированного аммиака. Плотность образцов после
спекания составила 92 % как для гомогенно-, так и для частично легированных порошковых сталей.
После спекания кольцевые образцы подвергали повторному прессованию в закрытом
штампе при давлении 950 МПа. Плотность образцов после повторного прессования всех
трех составов составляла ≈ 7,54 г/см3. Прессование и деформирование образцов осуществляли на испытательной машине ZD-40 со скоростью перемещения ползуна 20 мм/мин.
Химико-термическую обработку кольцевых образцов всех трех составов осуществляли в печи при температуре Ac3 + (30-40 °С) для получения слоя толщиной 0,6-0,8 мм.
Закалку образцов проводили с повторного нагрева до температуры 780-800 °С в масло, подогретое до температуры 80 °С.
Статическую прочность определяли сжатием кольцевых образцов в радиальном направлении по ГОСТ 26529-85.
Коробление кольцевых образцов оценивали по изменению наружного диаметра (эллиптичности) с помощью микрометра по ГОСТ 166-89.
Разрушение образцов выполняли на испытательной машине ZD-40. Всего было испытано 25 образцов.
Результаты экспериментов показали, что разброс значений диаметров кольцевых образцов, полученных по предлагаемому способу, уменьшился с 0,05 до 0,005 мм, то есть в
десять раз, а эллиптичность уменьшилась с 0,85 до 0,08 мм, то есть также почти в десять
раз, для всех трех марок порошковых низколегированных сталей.
Полученные результаты по изменению статической прочности свидетельствуют о том,
что разрушающее напряжение возросло с 180 кг/мм2 для образцов, полученных по извест-
3
BY 17564 C1 2013.10.30
ному способу, до 240 кг/мм2 для образцов, полученных по предлагаемому способу, т.е. на
33 % выше, а разброс значений уменьшился на ≈ 22 %.
Предлагаемый способ прост в исполнении, не требует для осуществления специализированного прессового оборудования, может быть механизирован и автоматизирован.
Таким образом, по сравнению с известным способом ступенчатый нагрев при цементации с выдержкой при температуре Ac1 ± (5-10 °С) позволяет резко уменьшить коробление деталей и получить изделия с более высокими значениями статической прочности. В
совокупности эти характеристики обеспечивают более высокие эксплуатационные свойства изделий из порошковых низколегированных сталей.
Источники информации:
1. Баран Я., Гюлиханданов Е.Л. Высокотемпературная нитроцементация спеченных
сталей высокой плотности // МиТОМ. - 1986. - № 9. - С. 8-11.
2. Ковриган В.А., Горюшина М.Н., Романов В.П. , Старокожев Б.С. Нитроцементация
порошковых материалов на основе железа // МиТОМ. - 1984. - № 7. - С. 37-39.
3. Ермаков С.С., Вязников Н.Ф. Порошковые стали и изделия. - 4-е изд., перераб. и
доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1990. - С. 54-56, 111-114, 140-141, 284289.
4. Кривко А.И. Влияние релаксации напряжений на коробление деталей. МиТОМ,
1978.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
84 Кб
Теги
by17564, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа