Способ изготовления биметаллических изделий из порошков быстрорежущей стали

(56) Авторское свидетельство СССРМ 988456, кл. В 22 Р 7/04, 1983.Заявка Японии 3 Ф 58-53684,кл. В 22 Р 7/06, 1983,крынченко, .А. Ш аманов, , Л.И.ПоспеИзобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения биметаллических заготовок из порошков быстрорежущей сталй, и может быть использовано при изготовлении валков прокатных станов и режущего инструмента,Известен способ изготовления биметаллических изделий, включающий установку в капсулу сердечника из низколегированной стали, загрузку порошка быстрорежущей стали и загрузку порошка в качестве промежуточного слоя из материала сердечника, нагрев и горячее прессование.Недостатком известного способа являются трудоемкость и сложность получения заготовок по причине необходимости изготовления компактного сердечника и засыпки промежуточного слоя, а также невозможность эффективно утилизировать отходы в качестве высоколегированной огласно споских издеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗО ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ(57) Область применения: изготовление валков прокатных станов и режущего инструмента. Сущность изобретения: порошки из быстрорежущей стали засыпают в прессформу, разделенную перегородкой, причем материал стали внутреннего слоя содержит углерода в 2 - 3 раза меньше, чем материал стали наружного слоя, удаляют перегородку и проводят горячее изостатическое прессование, 1 табл. электросталеплавильной шихты вследствие использования в качестве биметаллической пары материалов, значительно отличающихся по химическому составу.Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является способ изготовления биметаллических изделий и порошков быстрорежущей стали, включающий засыпку порошков различного состава в пресс-форму, разделенную перегородкой на зоны, удаление перегородки, вибрацию, спекание и горячую обработку давлением,Недостатками известного способа являются сложность технологического процесса и низкая эффективность утилизации отходов,Цель изобретения - упрощение техн логического процесса и повышение эффективности утилизации отходов при сохранении качества изделий.Цель достигается тем, что сособу изготовления биметалличе45 50 55 лий из порошков быстрорежущей стали, включающему засыпку порошков различного состава в пресс-форму, разделенную перегородкой на зоны, удаление перегородки, вибрацию, спекание и горячую деформацию, во внутреннюю зону пресс-формы засыпают порошок стали с содержанием углерода в 2 - 3 раза меньшим, чем в порошке стали, засыпаемом в наружную зону,Засыпка во внутреннюю зону прессформы порошка стали с содержанием углерода в 2 - 3 раза меньшим, чем в порошке стали, засыпаемом в наружную зону, обеспечивает упрощение технологического процесса при сохранении высокого качества изделий за счет исключения операции тонкого измельчения и подготовки по крупности двух различных порошков, а также повышение эффективности утилизации отходов (изделий после эксплуатации) в качестве высоколегирован ной электросталеплавильной шихты за счет использования в качестве биметаллической пары порошковых материалов, отличающихся по химическому составу только содержанием углерода (исключается необходимость предварительного переплава отходов - отработавших изделий).Химический состав порошка быстрорежущей стали, засыпаемого во внутреннюю зону пресс-формы, принят на основании обеспечения оптимального соотношения механической вязкости и теплофизических свойств между слоями, При уменьшении содержания углерода в порошке быстрорежущей стали, засыпаемого во внутреннюю зону пресс-формы, более чем в 3 раза, приводит к тому, что сталь из мартенситного класса переходит в ферритный, ферритная сталь не претерпевает полиморфных превращений в процессах нагрева и охлаждения, что характерно для мартенситной стали. Это способствует повышенной склонности к напряжениям на границе слоев стали различного класса и трещинообразованию в биметаллических заготовках,При уменьшении содержания углерода в порошке быстрорежущей стали, засыпаемого во внутреннюю зону пресс-формы, менее чем в 2 раза, различие в вязкостных свойствах стали снижается до уровня, при котором в случае возникновения трещины в наружном слое на границе раздела слоев снижается сопротивление к ее распространению внутрь заготовки, что может привести к аварийной ситуации, например к поломке прокатных валков. 5 10 15 20 25 30 35 40 П р и м е р. В пресс-форму диаметром 500 мм с концентрично установленной в ней тонкостенной перегородкой в виде трубы диаметром 280 мм, в образованную между стенками пресс-формы и перегородки зону засыпают порошок быстрорежущей стали Р 6 М 5 К 5-МП с содержанием углерода 1,08 о , а во внутреннюю зону пресс-формы засыпают порошок стали Р 6 М 5 К 5-МП с содержанием углерода 0,4. Затем перегородку удаляют, вибрируют и в зоне соединения порошков образуется смешанный переходный слой, Верхнюю часть прессформы закрывают крышкой с прокладкой, и роизводят вакуумирование, герметизацию, горячее изостатическое прессование в среде аргона при 1150 С и давлении 100 МПа. Затем пресс-форму нагревают до 1140 - 1130 С и производят ковку на радиально-ковочной машине (РКМ) усилием 10 МН с получением деформированной биметаллической заготовки, например, наружным диаметром 160 мм. Из полученных заготовок затем изготавливают рабочие валки для станков холодной прокатки или режущий инструмент.Испытания предлагаемого способа были проведены при граничных(опыты ЛЬ 2,4), оптимальном (опыт М 3) и запредельных (опыты М. 1, 4, 5) значениях отличительного признака,Результаты испытаний приведены в таблице 1.По сравнению с известным предлагаемый способ обеспечивает упрощение технологического процесса при сохранении высокого качества изделий и повышение эффективности утилизации отходов - использование отработавших изделий в качестве высоколегированной электросталеплавильной шихты,Формула изобретения Способ изготовления биметаллических изделий из порошков быстрорежущей стали, включающий засыпку порошков различного состава в пресс-форму, разделенную перегородкой на зоны, удаление перегородки, вибрацию, спекание и горячую обработку давлением, о тл и ч а ю щи й с я тем, что, с целью упрощения технологического процесса и повышения эффективности утилизации отходов при сохранении качества изделий, во внутреннюю зону пресс-формы засыпают порошок стали с содержанием углерода в 2 - 3 раза меньшим, чем в порошке стали, засыпаемом в наружную зону,1734954 Опыт Биметаллическая заготовка Рез льтаты испытаний ПримечаниеНаружный слой ЦентральНЫЙ СЛОЙ Твердость, НЯСЗ УдарнаяВЯЗКОСТЬ,КС,МДж/м П редлагаемый способ1 0,15 - 0,20 3400 -3700 3600-3900 66- 67 64- 65 1,5 0,20 - 0,25 С=0,54%С =040 о С=036 С = О,31% С = 0,25/ к 1 0,15 - 0,20 3400-3700 66- 67 2,0 0,35 - 0,50 0,15 - 0,20 4000-4100 3400-3700 62-63 66-67 к 2,7 0,60 - 0,70 0,15 - 0,20 60-61 66- 67 58- 59 66-67 С=1,08 3,0 0,85- 0,90 0,15 - 0,20 к 3,5 0,65- 0,80 Оа 15 - 0,20 3650-3750 3400-3700 57- 58 66- 67 35-40 4,3 0,60 - 0,70 го Стерженьиз стали 4 Х 5 МФС 3400-3700 0,15 - 0,20 66-67 44- 45 2,6 Известный0,40 - 0,55 П р и м е ч а н и е, В числителе - свойства в наружном слое заготовки, в знаменателе -свойства в центральном слое. Порошковая сталь Р 6 М 5 К 5 - МП С= 1,08 % Порошковая сталь РбМ 5 К 5 - МП С= 0,72 % Отношение содержания углерода в наружном и центральномслоях Предел прочности на изгиб, (Тизг,МПа 4050-4250 3400-3700 4230-4320 3400-3700 В центральном и наружном слоях сталь мар- тенситного классак1 1 1 В центре сталь феррито-ма р- тенситного класса в наружном слое мар- тенситноВ центральноми наруж-, ном слояхстали мар-тенситногс класса