Способ получения изделий из порошковых конструкционных сталей

Номер патента: 1740108

Авторы: Севастьянов, Авербух, Белко, Мехед

Скачать ZIP архив.

Текст

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИИЛИСТИЧГСКИХРЕСПУБЛИК 08 А 1 5)5 В 22 Г 3/16 ГОСУДЛР СТВ Е ННЫИПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТОТКРЫТИЯ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН А научно рошко В ических легиро- .32-34, ование ях плаь, 1990,СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Белорусское республиканскоепроизводственное объединение ивой металлургии(56) Пумпянская Т.А, и др, О механсвойствах изделий из порошковыхванных сталей. - МИТОМ, 1989, ч. 6,Гордеева А.А. и др. Формирсвойств порошковой стали в условстического деформирования, - СталМ 2, с,91 - 95,Изобретение относится к порошковойметаллургии, может быть использовано напредприятиях автомобильной и тракторнойпромышленности для изготовления изделийиз порошковых конструкционных сталей иособенно эффективно при изготовлении деталей ответственного назначения, например силовых шестерен,Известен способ изготовления изделийиз порошковых легированных сталей, включающий приготовление шихты, прессование изделий и спекание ввосстановительной атмосфере при температуре 1100 - 1150 С,Недостатком известного метода является низкая прочность готовых изделий, чтообусловливается большими значениями остаточной пористости (до 100),Известен способ изготовления иэделийиз порошковых легированных сталей, включающий приготовление шихты, двукратноепрессование и спекание при 800 и 1150 С.(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ(57) Сущность изобретения: готовят шихту, прессуют, предварительно спекают в защитной атмосфере при температуре 715- 725 С, осаждают, проводят пластическое деформирование и окончательное спекание в защитной атмосфере с последующей термообработкой. 2 ил., 1 табл. Недостатком известного способа являются сравнительно низкие значения прочностных характеристик готовых изделий.Известен способ получения иэделий из порошковых углеродистых легированных сталей, включающий приготовление шихты, прессование заготовок, предварительное спекание при температуре 800 - 850 С, деформирование спеченной заготовки, повторное спекание в защитной атмосфере при температуре 1120 - 11800 С и термическую обработку.Недостатком известного способа являются сравнительно невысокие значения прочностных свойств, в частности предела прочности на изгиб.Наиболее близким к предлагаемому пс технической сущности является способ изготовления изделий из порошковых легированных сталей, включающий приготовление шихты, прессование, первое спекание при650 С, второе прессование и повторное спекание при 1150"С и термическую обработку,Недостатком известного метода являются низкие значения прочностных свойств готовых иэделий (в частности, пределов прочности зубьев шестерен на изгиб).Цель изобретения - получение иэделий из порошковых конструкционных сталей, характеризующихся высокими значениями прочности.Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения изделий из порошковых легированных сталей, включающем приготовление шихты, прессование, первое спекание, пластическую деформацию спеченной заготовки, окончательное спекание и термическую обработку, первое спекание осуществляется при температуре 715-725 С.Уплотнение порошка в закрытой прессформе под действием внешней нагрузки происходит в результате взаимного перемещения частиц шихты и их пластической деформации. На некотором этапе уплотнения взаимное перемещение частиц прекращается, происходит их заклинивание, дальнейшее увеличение плотности под действием внешней нагрузки может иметь место лишь в результате пластической деформации отдельных частиц. Интенсивный наклеп составляющих прессовку частиц и большие затраты усилия прессования на преодоление внешнего трения порошка о контактирующие с ним поверхности пресс-формы являются основной причиной получения высоких значений пористости после однократного прессования (до 10).Дальнейшее увеличение плотности изделия возможно лишь путем увеличения пластичности прессовки, для чего используется предварительное спекание при температурах, равных температурам отжига металлического материала. Снятие наклепа порошкового материала в процессе спекания при температуре отжига приводит к увеличению его пластичности и дает возможность повысить плотность изделий путем дополнительной пластической деформации спеченной заготовки.Пластическая деформация порошковой спеченной заготовки, как и в компактных материалах, осуществляется зарождением и последующим перемещением через кристаллическую решетку вдоль определенных плоскостей и направлений дислокаций, Пластичность спеченной заготовки и, соответственно, плотность готового изделия существенным образом увеличивается, если в процессе первого спекания будет исключе 5 10 15 20 но образование таких факторов торможения движения дислокаций, как образование твердого раствора, мелкодисперсных частиц, вторичных фаз и пр,Для этого первое спекание необходимо выполнять в режиме рекристаллизационного отжига при температуре, ограниченной точкой Ас 1. Структура прессовок из порошковой конструкционной стали представляет собой смесь отдельных компонентов (если шихта приготавливается из механической смеси ) или легированного феррита (если основой для шихты является легированный железный порошок), Оптимальная температура первого спекания должна быть равна 715 - 7250 С. При этой температуре растворимость углерода в а -железе составляет 0,03;(, и после спекания в режиме рекристаллизационного отжига прессовки характеризуются низкими значениями твердостииз-за отсутствия таких факторов упрочнения, как твердорастворное, дисперсными частицами, вторичными фазами. Кроме того спекание.при 715 - 725 С сопровождаетсячастичным восстановлением отдельных компонентов прессовки и их припеканием, в результате чего межчастичные границы при комнатной температуре приобретаютсостояние, соответствующее состоянию 30 границ зерен компактных материалов в высокотемпературной области в момент проявления ими сверхпластичности. Это приводит к дополнительному резкому увеличению пластичности спеченной заготов ки, поскольку известно, что пластичностьметаллических материалов существенным образом возрастает, если в процесс пластического течения, помимо скольжения дислокаций, вовлекается какой-либо 40 дополнительный механизм пластической деформации.Сущность изобретения поясняется гра-.фиком 1, на котором для порошковой стали Ж 60 Н 4 Д 2 М представлена зависимость ис тинного напряжения 01 от истинной деформации е при испытаниях на сжатие гладких цилиндрических образцов диаметром 10 мм и высотой 15 мм, Прессование образцов осуществляют давлением 850 МПа при ско рости движения ползуна испытательной машины 60 ммlмин. Плотность образцов после прессования составляла 89;4.Представленные на фиг,1 данные показывают, что после спекания по стандартно му режиму (кривая 1) порошковая стальЖ 60 Н 4 Д 2 М характеризуется высоким сопротивлением пластической деформации и высокими значениями коэффициентов деформационного упрочнения в области ма5 10 20 25 30 35 40 45 50 55 лых пластических деформаций, Заметное пластическое течение начинается при напряжениях выше 700 МПа. Пластичность стали после стандартного спекания невысока и составляет - 0,44. Разрушение стали носит хрупкий характер, о чем свидетельствует блестящая поверхность разрушения,После спекания при 720 С в печи СКЗ в среде диссоциированного аммиака механическое поведение порошковой стали Ж 60 Н 4 Д 2 М коренным образом меняется (см кривую 2 на фиг,1). Пластическое течение начинается практически без признаков упругой деформации. Коэффициент деформационного упрочнения очень низкий, в результате чего при деформации е = 1,0 напряжение течения составляет 460 МПа. После спекания по стандартному режиму при напряжении 460 МПа степень деформации е = 0,01, т,е, пластичность после спекания при 720 С увеличивается в 100 раз.На фиг.2 представлена зависимость коэффициента консолидации С от степени деформации Ю . Коэффициент консолидации С характеризует поведение тела в условиях пластической деформации, и для несжимаемого тела он равен 0,5. Из представленных на фиг.2 данных видно, что у порошковой стали Ж 60 Н 4 Д 2 М, спеченной при температуре 720 С,. при испытаниях на сжатие разрушения не происходит (кривая 1). При деформациях О от 0 до 0,4 сжатие спеченной заготовки сопровождается ее уплотнением, При ц0,4 порошковая спеченная заготовка ведет себя, как несжимаемое тело, т.е. ее деформирование происходит беэ уплотнения.Указанные особенности пластической деформации после спекания при 715 - 725 С носят довольно общий характер и наблюдаются на всех порошковых сталях.Если первое спекание осуществляется при температуре выше 725 С, то это выэвает формирование аустенита, распадающегося при последующем охлаждении с образованием пластинчатых структур. Это не только не приводит к снижению наклепа спрессованных заготовок, но даже заметно повышает его, вследствие чего сопротивление пластической деформации возрастает и пластичность матрицы уменьшается по сравнению со значениями, полученными после спекания при температуре 715 - 725 С(фиг.1, кривая 3). Уменьшается в этом случае и вклад в пластическую деформацию от проскальзывания по межчастичным границам вследствие совершенствования характера связей с повышением температуры спекания. Если температура первого спекания выбирается ниже 715 - 725 ОС, то это не обеспечивает восстановления компонентов шихты до требуемых значений, Это иллюстрируется данными, представленными на фиг,1 (кривая 4), Вследствие недостаточного восстановленИя порошковой стали Ж 60 Н 4 Д 2 М при температуре спекания 650 С металлическая связь на межчастичных границах представляет собой металл- окись или окись-окись, что приводит к низкой пластичности спеченной заготовки (как видно иэ фиг,1, разрушение спеченной заготовки происходит при степени деформации е =0,1).Увеличение прочностных свойств порошковых углеродистых легированных сталей обусловливается не только увеличением плотности после предварительного спекания при 715 - 725 ОС, но и образованием более совершенных связей по межчастичным контактам. Наличие чистых восстановленных поверхностей. в результате спекания при 715 - 725 С, низкая твердость компонент шихты, а также проскальзывание по межчастичным контактам способствует возникновению сцепления в процессе доуплотнения и приводит к образованию более совершенных металлических связей при повторном спекании. Об этом свидетельствует изменение оттенка поверхности разрушения, которые становятся более блестящими.Если первое спекание производится при температуре 650 С, то на межчастичных контактах остаются пленки оксидов. В этом случае при доуплотнении спеченной заготовки поверхностные слои деформируются только упруго и сцеление между ними отсутствует,Спекание при температурах выше 725 С приводит к уменьшению вклада в пластическую деформацию от проскальзывания по межчастичным границам и увеличению степени наклепа матрицы, В результате этого растут упругие деформации при доуплотнении и ухудшается сцепление по межчастичным контактам,Способ осуществляется следующим образом,Смешивают шихты иэ металлических порошков с добавкой 0,5 - 0,8; стеарата цинка, прессуют брикеты давлением 750 - 850 МПа, спекают при температуре 715 - 725 С в восстановительной атмосфере, повторно прессуют давлением 850 - 900 МПа, спекают при температуре 1150 С, проводят окончательную термообработку, 1740108Пример изготовления цилиндрической шестерни с модулем 1,25, наружным диаметром 24 мм, внутренним диаметром 12 мм и высотой 12 мм.В качестве исходйцх материалов использовали порошки конструкционных сталей: частично легированные ПЖЧЛ, Н 4 Д 2 М, ПЖЧЛ Н 2 Д 2 М (ТУ 14-1-4393-87), гомогенно легированные, полученные распылением ПРХН 2 Г и ПРН 2 М (ТУ 14-1-4587-89). Смешивали шихту из исходных порошков с добавлением графита 0,3-0,б и стеарата цинка О 7 вес.о Из представленных шихт давлением 800 МПа прессовали шестерни наружным диаметром 24,2. мм и внутренним диаметром 12,2 мм, спекали при температуре 720 С в восстановительной атмосфере, прессовали давлением 900 МПа в окончательной пресс-форме, спекали в атмосфере дисс.аммиака при температуре 1150 С, проводили закалку и отпуск по стандартному режиму.В таблице приведены данные экспериментов по влиянию температуры предварительного спекания на изгибную прочность зубьев шестерен, полученных из различных порошковых сталей по способу-прототипу и по предложенному способу.Иэ приведенных данных видно, что предварительное спекание в интервале температур 715-725 С позволяет повысить изгибную прочность порошковой стали по сравнению с прототипом в 1,55 раза (для стали ЗОН 2 М) до 1,8 раза (для стали бОН 4 Д 2 М),При изменении температуры первого спекания как в сторону ее уменьшения, так и увеличения, прочностные характеристики зубьев шестерен уменьшаются. Так, из представленной таблицы видно, что если в температурном интервале первого спекания 715 - 725 С (Ъзг, шестерен составляет -365 кг/мм.,(пример 2, 3, 4), то после спекания п 2 ои 700 С сиз, снижается до 280 кг/мм (пример 5), т.е. уменьшается на 22,3.Уменьшение предела прочности зубьев шестерни на изгиб происходит и в том случае, когда первое спекание осуществляетсяпри температурах выше 725 С. Так, если.температура первого спекания равна 750 С(пример 6), то аизг, снижается до 3005 кг/мм, т.е. уменьшается на 17,8 О,. Пример7 показывает, что при увеличении темпера-.туры первого спекания до 800 С пределпрочности зубьев шестерни не превышает280 кг/мм 2, т,е, имеет такую же величину,10 как и после спекания при 700 С.Аналогично поведение иэгибной прочности шестерен, изготовленных из другихмарок порошковых конструкционных сталей. Таким образом, оптимальным техноло 15 гическим режимом, позволяющимсущественным образом повысить прочностные характеристики изделий, являютсярежимы, приведенные в примерах 2, 3, 4, 9,10, 11, 16, 17, 18, 23, 24, 25, в которых тем 20 пература первого спекания равна 715 -725 С.Наилучший результат по изгибной прочности при применении предложенного способа показала порошковая сталь 60 Н 4 Д 2 М,25 она выбрана для производства шестерендля стартера с редуктором планетарного типа,По сравнению с прототипом ( о и= 200кг/мм ) применение предложенного спосо 30 ба позволяет получить сто = 370 кг/мм, что2в 1,85 раз больше, чем у прототипа,Предложенный способ прост в исполнении, не требует для своего осуществленияспециализированного печного и прессового35 оборудования и может быть механизированили автоматизирован,Ф ор м ул а изобретен ия Способ получения изделий из порошко вых конструкционных сталей, включающийприготовление шихты, прессование, предварительное спекание в защитной атмосфере, охлаждение, пластическое деформирование, окончательное спекание в 45 защитной атмосфере и термообработку, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения прочности, предварительное спекание проводят при 715 - 725 С.650 200,0 1,85 198,0 650 1,8 650 178,0 1,6 22 650 ЗОН 2 М 167,0 1,55 сОО Марка стали 60 Н 4 Д 2 М ЗОН 2 Д 2 М 60 ХН 2 Г Способ изготовления715 720 725 700 750 800 715 720 725 700 750 800 720 725 700 750 80 О 720 725 700 750 800 Предел прочности зубьев шестерни наизгиб,кг/мм", ти 360,0 370,0 370,0 280,0 300,0 280,0 350,0 356,0 356,0 270,0 300,0 275 0 286,0 286,0 220,0 238,0 214,0 259,0 259,0 222,0 235,0230,0 Отношениео при 720 С.2 Составитель И.БелькоТехред М.Моргентал Редактор А.М Корректор М.Кучерява овска каз 2035 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Га

Смотреть

Заявка

4848202, 09.07.1990

БЕЛОРУССКОЕ РЕСПУБЛИКАНСКОЕ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

СЕВАСТЬЯНОВ ЕВГЕНИЙ СТЕПАНОВИЧ, АВЕРБУХ ЕФИМ ДАНИЛОВИЧ, МЕХЕД ВИКТОР ИВАНОВИЧ, БЕЛЬКО ИРИНА АЛЕКСАНДРОВНА

МПК / Метки

МПК: B22F 3/16

Метки: сталей, порошковых, конструкционных

Опубликовано: 15.06.1992

Код ссылки

<a href="http://patents.su/6-1740108-sposob-polucheniya-izdelijj-iz-poroshkovykh-konstrukcionnykh-stalejj.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ получения изделий из порошковых конструкционных сталей</a>

Похожие патенты