Способ изготовления изделий из быстрорежущих сталей

) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩ СТАЛЕЙкапсулу, после ч уют и.герметизи- Герметизированком нагревают доргают экструдироеформации 70 естного способадержание остаточформированном ме еские сво предла аемому тигаемо- изгоизделий, ей ста- агружаости тся спосо амических строрежущшением,(72) Авторы В.Л. Гиршов, Е.Г, Кизобретения, А.П. Урбанюк, Л.И,и Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству металлокерамических изде-лий из быстрорежущих сталей.Известен способ изготовления порошковых изделий, предусматривающий использование титанового геттера для дегазации порошковой массы 11.Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает достижения стабильных результатов, поскольку не регламентирует соотношение массы геттера и порошка с учетомсодержания в порошке кислорода и неучитывает возможные изменения сорбционных свойств геттера, зависящиеот величины и частоты его реакционной поверхности.Наиболее близки по технической сущ му результату явля товления металлоке в котором порошок ли, полученный рас ют в металлическуюго капсулу вакуумируют путем заваркиную капсулу с лоро1050-1150 С и подвф ванию со степенью д903 С 23.Недостатками изявляются высокое сного кислорода в дталле и низкие мехава. Цель. изобретения " снижение содер" жания остаточного кислорода и повышение механических свойств.Указанная цель достигается тем, что в способе изготовления изделий из быстрорежущих сталей, включающем загрузку порошка в капсулу, холодное вакуумирование капсулы с порошком, ее герметизацию, нагрев с выдержкой при 1050-1150 вС и деформацию, при загрузке порошка в капсулу на дно и под крыщку ее помещают губку тита884859 4ственной близости от сварных швов.Этим предотвращается возможностьслучайного насыщения порошка кислородом. Временной интервал выдержкикапсулы с порошком при нагреве включает в себя время, необходимое дляпрогрева .капсулы до температуры деформации 1100-1150 С (й), и время,необходимое для дегазации порошка1 Ю(=+ )Интервал времени С линейно зависит от квадрата диаметра капсулы илиплощади ее поперечного сечения. Значение определяют экспериментально,измеряя температуру порошковой массыв центре капсулы ф 100 мм, а для капсул другого размера рассчитывают поизвестным уравнениям теплопередачи.Интервал времени С практическимало зависит от размера капсулы и определяется скоростью реакции поглои- щения газов,геттером. По эксперии, ментальным данным масс-спектрометрического анализа установлено, что через 20 мин после прогрева капсулынаступает термодинамическое равновесие реакции между геттером и газовойфазой, о чем свидетельствует постоянный объем остаточного газа в капсуле.Таким образом, значение интервалавремени принято равным 20 мин, Подтверждение правильности выбора граничных значений временных интерваловвыдержки при нагреве иллюстрируетсяследующим примером.Капсулу с порошком диаметром 100мм (поперечное сечение 78 смф) за-.гружают в нагревательную печь с температурой 1100 С. По показаниямтермопары, расположенной в центрекапсулы, ее прогрев до 1100 фС, происходит через 43 мин, Капсулу выдерживают еще 20 мин для завершения.реакции поглощения газа геттером.После охлаждения капсулы определя 45 ют содержание кислорода в порошке.Оно снизилось с 0,03 до 0,01 . Суммарное время выдержки 63 мин или63/78=0,81 м на 1 смф поперечногосечения капсулы. Расчет времени вы 5 О держки для капсул максимального раз-,мера выполняют по общеизвестномукритериальному уравнению фурье на в количестве 0,004-0,006% от массы порошка, а выдержку при нагреве под деформацию производят из расчета 0,6-0,8 мин на 1 смф поперечного сечения капсулы.Способ осуществляют следующим образом.Экспериментально определяют количество кислорода, выделившегося из порошка в зависимости от наличия и характеристик геттера. В качестве ис слеДуемого объекта служит порошок быстрорежущей стали 10 Р 6 М 5, содержащий 0,03 . кислорода.Навеску порошка массой 5 г помещают в герметичный объем, подвергающийся вакуумированию. Порошок нагревают до температуры деформации 110050 С и выделяющиеся из порошка газы собирают в мер ныйобъем, после чего анализируют химический состав газов.В качестве образцов геттера, разл чающихся по шероховатости поверхност применяют фольгу титана (коэффициент шероховатости 5) и губку титана (коэффициент шероховатости 20). Результаты экспериментов сведены в табл, 1Эффективность поглощения СО титановым геттером зависит как от количества геттера, так и от шероховатос ти, т,е. величины его поверхности. Титановая губка обладает лучшими сорбционными свойствами по сравнению с титановой фольгой.Из опытов 7 и 8 следует, что увеличение соотношения. масс геттера и порошка сверх 0,004 1 20/5000) не при водит к дальнейшему снижению содержа. ния СО.Таким образом, в качестве нижнего предела этого соотношения принято значение 0,004.На практике содержание кислорода после длительного хранения порошка может возрасти до 0,04-0,05 за счет поступления атмосферного воздуха через отдельные неплотности тары или капсулы. Расчеты показывают, что при содержании кислорода в порошке до 0,05 соотношение масс геттера и порошка должно быть 0,006,Соотношение масс геттера и порош.ка 0,004 рекомендуется для порошков быстрорежущих сталей, содержащих менее 0,033 кислорода, соотношение 0,006 - соответственно для порошков с содержанием кислорода более 0,03 гТитановая губка укладывается на дно и под крышку капсулы в непосред"=н где а - температуропроводность,м "/ч;- время, ч;Й - радиус цилиндра, м.884859 0О,ох Опыт, Р ГеттерКоличество СОГ в объеме ампулы, тип масса, мг 1 Без геттера 1,6 2,0 То же 3 Фольга Т 1,75 4 То же 15 1,10 5 Губка Т 1,05 Анализ результатов эксперимента с капсулой 100 мм показывает, что для порошковой массы а=0,02 м"/ч при Г,Ф 5,75. Максимальный диаметр капсулы, которая может быть проэкструдирована на отечественном оборудовании, составляет 365 мм. Тогда время прогрева такой капсулы до 1100 фС составитО,ЗбБ н ю()СС=9,65 ч=580 мин.С учетом выдержки 20 мин для дегазации С=600 мин. Поперечное сечение капсулы,ф 365 мм составит 1040 см", Следовательно время выдержки капсулы)6 365 мм ,0,58 мин на 1 см"сечения. После округления результатовграничные значения интервалов выдержки 0,6-0,8 мин на 1 см сечения капсу лы,П р и м е р 1. В капсулы диаметром100 мм и высотой 160 мм засыпают порошок быстрорежущей стали 1 ОР 6 И 5 вколичестве 7 кг. На дно и под крышку 25капсул укладывают предварительноотожженную в водороде титановую губкув количестве 35 г (0,0057). Капсулы спорошком вакуумируют до остаточногодавления 10 мм,рт.ст.после чего 30заваривают оставшиеся отверстия. Капсулы нагревают в электрической печипри 1100 С в течение 1 ч, после чегоэкструдируют через очко матрицы состепенью деформации 857. на пруткидиаметром 40 мм.П р и и е р 2. При тех же технологических параметрах подготовки капсул,нагреве и деформации экструдируют биметаллические капсулы с сердечникомна контрукционной стали и внешнимслоем из порошковой быстрорежущейстали. 6П р и м е р 3. При тех же техноло" гических параметрах подготовки капсул и нагрева проиэводят прокатку и ковку капсул с порошком. Во всех случаях наблюдается снижение содержания кислорода в деформированном металле до значений 0,003-0,0083 против 0,0 в 0,027 при обычной технологии.В табл. 2 представлены результаты химического анализа на кислород и цанные о механических свойствах для нескольких партий заготовок, изготовленных по предлагаемому способу и по известному. Как видно из табл. 2 предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет существенно снизить содержание кислорода в деформированном материале и соответственно, повысить уровень его механических свойств.Предлагаемый способ позволяет получать деформированные заготовки из распыленных порошков быстрорежущих сталей, инструмент из которых в 3-4 раза более стоек, чем аналогичный инструмент из стандартной стали Р 6 И 5. Экономические преимущества заготовок из порошковой быстрорежущей стали выражаются в повышении выхода годного (расходный коэффициент по шихте 1,4 против 1,9 по традиционной технологии) и сокращении потребного количества инструмента для эквивалентного объема механической обработки. В зависимости от конструкции инструмента и заготовки (биметаллическая или сплошная), а также от коэффицидента стойкости инструмента экономический эффект колеблется в пределах 2000-5000 руб. из расчета на 1 т, заготовок.Таблица 1884859 Продолжение табл. 1 Опыт Х Количество СОв объеме ампулы,мл Геттер тип масса, мг0,6 То же 0,5 20 0,5 ЮТаблица 2 Способ изготовВременное Ударная вязкостьсопротивление (без надреза),изгибу, 11 Па ИДж/и (кгс м/см(кгс/ммф) Заготов- Содержание ка, У кислорода,мас.7 ления 0,0014 3940(394) Предлагаемый 66 69-0 0,0013 3400(340) 69- 1О, 0010 4700(470) 69-2 с 0,0010 5130(513) 72 693 Известный 708 709 1319 1320 Формула изобретения ка в капсулу на дно и под крышку еепомещают губку титана в количестве0,004-0,0063 от массы порошка, а вы 45 цержку при нагреве производят иэ расчета 0,6-0,8 мин на 1 см поперечФного сечения капсулы,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 4038738,кл. 29-420 5, 1977.2, Авторское свидетельство СССРР 417246. кл. В 22 Г 3/20, 09.06.72. ВНИИПИ Заказ 10378/14 Тираж 872 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 0,0017 0,0010 0,0230 0,0030 0,0036 0,0370 0,0640 Способ изготовления изделий иэ Фыстрорежущих сталей, включающий за груэку порошка в капсулу, холодное .вакуумирование капсулы с порошком, ее герметизацию, нагрев . с выдержкой при 1050-1150 С и деформацию, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения содержания остаточного кислорода и повышения механических свойств, при загрузке порош 3863(386) 4202(420) 2224(222) 3570(357) 3526(352) 2096(210) 1642(164) 0,48(4,8) 0,37(3,7) Не определена 0,71(7,1) 0,50(5,0) 0,47(4,7) 0,07(0,7) 0,26(2,6) 0,25(2,5) 0,08(0,8) 0,08(0,8)