Способ получения булатной стали (его варианты)

(5)5 С 22 С 33/02 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ПАТЕНТУ СТАИэобрете в частности кЦелью из булатной стал роструктурой ие относится к металл олучению булатных ст бретения является пол с характерной макрогиией. ние ик(21) 4918311/02(56) Авторское свидетельство СССРМ 1567651, кл, С 22 С 33/02, 1988.Авторское свидетельство СССРМ 116334, кл. В 22 Г 3/12, 1955.(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БУЛАТНОЛИ (ЕГО ВАРИАНТЫ) Сущность способа заключается в том, что в контейнер послойно засыпают порошок оксида железа и смесь порошков оксида железа и белого заэвтектического чугуна. Содержание чугунного порошка в смеси составляет 50 - 80. Толщина засыпаемых слоев может изменяться от 0,1 до 2 мм. Соотношение между толщинами слоев подбирается так, чтобы общее содержание углерода составляло 1,2-2,0 Я. характерное для булатных сталей. При содержании порошка чугуна в смеси менее 50 не удается получить характерную для булата микроструктуру, так как общее содержание углерода не обеспечивает образование достаточного количества цементитн ых частиц после термообработки, а при содержании чугуна более 80; при дальнейшей обработке давлением происходит растре.,Ж 1823882 АЗ(57) Первый вариант включает послойную засыпку порошков оксида железа и смеси порошков оксида железа с чугуном, спекание в восстановительной атмосфере при 650 - 850 С, последующую обработку давлением при 800 - 900 С, и термическую обработку при нагреве до 740-790 С и охлаждение в масле. Второй вариант получения булатной стали включает послойную засыпку порошков железа и смеси железа с чугуном, спекание в защитной атмосфере при 800 - 900 С и термическую обработку путем нагрева до 740-790 С с охлаждением в масле, 2 табл,скивание заготовок из-за низкой деформи- Бруемости высокоуглеродистых слоев.После засыпки заготовки подвергаютотжигу в среде восстановительного газапри 650 - 850 С в течение 30-120 мин. В процессе отжига происходит восстановлениеоксида железа и,спекание заготовки. Притемпературе отжига 650 С заготовки не спекаются в процессе восстановления, а притемпературах свыше 850 С происходит интенсивное растворение карбидных частиц иперераспределение углерода между высокоуглеродистыми и низкоуглеродистымислоями, что не позволяет получить микро- имакроструктуру, характерную для булатныхсталей,После спекания заготовки подвергаются обработке давлением, в частности ковке,при 800-900 С., При меньших температурвхдеформации заготовки обладают недостаточной пластичностью. а при температурахсвыше 900 С распределение углерода между слоями за счет диффузии происходит занесколько минут и не удается сформироватьхарактерную макро- и микроструктуру.1823882 45 50 55 Для формирования микроструктуры, характерной для булатных сталей, заготовки подвергают термической обработке, заключающейся в нагреве до 740-790 С с последующим охлаждением в масле, Нижний предел температуры нагрева обусловлен температурой фазового превращения, а при температурах выше 790 С проиходит растворение цементных частиц и последующее выделение цементита по границам зерен, что не соответствует микроструктуре булатных сталей. При нагреве в укаэанном интервале в заготовке происходит частичное перераспределение углерода за счет диффузии углерода из высокоуглеродистого в низкоуглеродистый слой до содержания 0,7 - 0,8 . Одновременно в высокоуглеродистых слоях происходят процессы сфероидизации цементных частиц.Поставленная цель может быть достигнута другим способом,Сущность второго способа заключается в том, что в контейнер послойно засыпаются порошок низкоуглеродистого железа и смесь порошков заэвтектического белого чугуна и ниэкоуглеродистого железа. Содержание чугунного порошка в смеси составляет 60 - 90-",ь, Толщина слоев может изменяться от 0,1 до 2 мм, Соотношение между толщинами слоев подбирается так, чтобы общее содержание углерода составляло 1,2 - 2,0%, характерное для булатных сталей, При содержании чугуна в смеси менее 50% не удается получить характерную для булата микроструктуру, так как общее содержание углерода не обеспечивает образования достаточного количества цементитных частиц после термообработки, а при содержании чугуна более 90% в процессе последующей обработки давлением происходит расслоение и растрескивание заготовок из-за плохой прессуемости высокоуглеродистых слоев. После засыпки контейнер нагревают в защитной атмосфере (аргон, вакуум и т,д.) до температуры 800 - 900 С и подвергают горячему прессованию, При меньших температурах нагрева заготовки обладают большой пористостью из-эа плохой прессуемости чугунного порошка, а при температурах свыше 900" С распределение углерода между слоями за счет диффузии происходит эа несколько минут и не удается сформировать характерную для булатных сталей макро- и микроструктуру, Усилие горячего прессования и степень деформации должны обеспечивать получение беспористой заготовки и желаемую толщину слоев Горячее прессоеание можно заменить ковкой Для получения микроструктуры, присущей булатным сталям, заготовки подвергают термической обработке, заключающейся в нагреве до 740-790"С с последующим ох лаждением в масле. Нижний предел температуры нагрева обусловлен температурой фазового превращения, а при температуре выше 790 С происходит интенсивное растворение цементитных частиц и не удается "0 получить характерную для булатных сталеймикроструктуру. При нагреве в укаэанном интервале углерод из высокоуглеродистого слоя диффундирует в ниэкоуглеродистый слой, насыщая его до содержания углерода 15 0,7-0,8 о , Одновременно в высокоуглеродистых слоях происходит сфероидизация цементитных частиц.Обьединение двух вариантов в одну заявку обусловлено достижением одной цели 20 - получения булатной стали с характерноймакро- и микроструктурой.Решений с признаками, сходными с заявляемыми, кроме аналогов, авторами не обнаружено.25 П р и м е р ы конкретного осуществления:По 1 варианту:В контейнер послойно засыпали порошок оксида железа (РезОз) с размером час тиц 20 - 25 мкм и смесь порошков оксидажелеза и белого заэвтектического чугуна (С= =5,0 ; 53 =0,15 ; Мп =0,23 ). Содержание чугуна в смеси составляло 70%. Дисперсность чугунного порошка - 80-110 мкм. Тол щина засыпаемых слоев: оксидных - 0,8 - 1.0мм, чугун н ых - 0,3 - 0,5 мм.После засыпки заготовку спекали в среде водорода в течение 45 мин при 750 С.Полученную заготовку подвергали пласти ческой деформации (ковке) при 820 С, Степень деформации - 80%, Термообработку осуществляли по следующему режиму, нагрев до температуры 760 С, охлаждение в масле. Заготовку подвергали шлифованию в продольном и поперечном направлениях (относительно направления деформации). Химический состав полученной стали следующий: С = 1,86; Я = 0,05 ; Мп = 0,09, Результаты исследования приведены в табл, 1,По 2 варианту;В контейнер послойно засыпали низко- углеродистый железный порошок марки ПЖ 1-М с размером частиц 80-120 мкм и смесь порошков низкоуглеродистого железа и белого эаэвтектического чугуна (С = =5,0: Я = 0,15 6: Мп = 0,23 о ). Содержание чугуна в смеси составляло 85%, дисперсность чугунного порошка - 80-110 мкм, Толщина засыпаемых слоев:1823882 Таблица 1 Результаты исследования булатной стали, полученной по варианту 1 Общее содержание углерода,Иримеч МакроструктураТенперату- Количест. ра закал- во чугуна в ки,С смеси, 1 С Мик ост к а Температура деформации,С Температу.ра восста. новленид. аысокоуг.среднеуглероди- ) леродистых слоев стык слоев 1,21 вгслоения 1,421.651,90 фп т т+ ц.Таблица 2 Результаты исследования булатной стали, полученной по варианту 2- перлит, Т - тростит, Ц - цементит сферический, Ц - цементит игольчатый, Ц" И р и м е ч а н и е: Ф - феррит,- цементит по границам зерен. Составитель В. Герасимов Редактор М. Кузнецова Техред М. Моргентал Корректор П, ГерешиЗаказ 2193 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 4Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 низкоуглеродистых 0,5 мм, высокоуглеродистых - 0,3 мм. После формования заготовку нагревали в среде аргона до 830 С и подвергали динамическому горячему прес- сованию, Степень деформации составляла 570;6. Термообработку осуществляли по следующему режиму: нагрев до температуры 760 С, охлаждение в масле, Макро- и микроструктура полученного материала аналогична макро- и микроструктуре материала, 10 полученного по первому способу, Химический состав следующий: С = 1,95; Я = =0,127 о; Мп = 0,18%. Результаты исследований приведены в табл. 2.Предлагаемые способы позволяют пол учить булатную сталь с характерной микро- и макроструктурой (булатный узор), отличаются простотой и могут быть легко реализованы в производственных условиях, Использование указанных композиций по эволяет значительно повысить износостойкость изделий.Формула изобретения1. Способ получения булатной стали, включающий формирование структурной 25 неоднородности и последующую обработку давлением, о т л и ч а ю щ и и с ц 1 и ч 1 О, г целью получения характерной мак рп и мик роструктуры, структурную неоднородность формируют путем послойной засыпки ио Рошков оксида железа и 50-80 мас 7 е белого эаэвтектоидного чугуна, заготовки выдерживают в среде восстановительного газа при 650 - 850 С, обработку давлением осуществляют при 800 - 900 С, после чего проводят термообработку при 740-790"С с последующим охлаждением в масле,2. Способ получения булатной стали, включающий формирование структурной неоднородности и последующую обработку давлением, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что. с целью получения характерной макро- и микроструктуры, неоднородность формируют путем послойной засыпки порошков низко- УглеРодистого железа и 70-90 мас. 7 о белого эаэвтектического чугуна, перед обработкой давлением заготовку нагревают в защитной атмосфере до 800-900 С, обработку давлением осуществляют путем горячего прессования, после чего проводят термообработку при 740 - 790 С с последующим охлаждением в масле.