ИЗНОСОСТОЙКИЙ ИНСТРУМЕНТ Российский патент 1995 года по МПК B22F7/06 C22C38/60 

Изобретение относится к стекольному машиностроению, а также электротехнической промышленности, и может быть использовано при производстве стеклянных изделий на стеклоформующих машинах, а также для производства держателей электродов, электроконтакторов, нагревателей и т.д.

Известен стеклоформующий инструмент, например форма, плунжер, плунжерное и горловое кольцо, воронка, поддон и т.п. изготовленный из чугуна или легированной жаропрочной стали (Стеинов И.Е. Гладштейн И.Е. Конструирование форм для стеклянных изделий, М. Легкая индустрия, 1974, с.153).

Стеклоформующий инструмент, в частности горловые кольца, изготовленные из чугуна, имеют малый срок службы, а изготовленные из легированной стали горловые кольца чрезвычайно дороги и сложны в изготовлении.

Наиболее близким к предлагаемому является стеклоформующий инструмент, изготовленный из жаропрочной стали, содержащей 13 мас. хрома, а его рабочие поверхности выполнены из сплава, содержащего, мас. Никель 75-90 Хром 4-18 Бром 0,75-4,5
Железо, кремний, углерод не более 10 [1]
Недостатками этого стеклоформующего инструмента являются его высокая стоимость, сложность изготовления, использование остродефицитных материалов, что не позволяет осуществить его массовое производство. Кроме того, срок службы такого инструмента относительно затрат невелик.

Целью изобретения является повышение теплопроводности, пластичности и срока службы.

Цель достигается тем, что стеклоформующий инструмент, преимущественно горловое кольцо, выполнен из материала, содержащего железо, углерод и дополнительно медь при следующем соотношении компонентов, мас. Углерод 0,1-1,5 Медь 12-35 Железо Остальное
Материал корпуса горлового кольца или его части может также содержать дополнительно, мас. хром 1-5; серу 0,2-0,5; никель 1-6.

В данном материале стеклоформующего инструмента железо-углерод являются основными конструкционными компонентами.

Медь способствует формированию износостойкой мартенситной структуры, сглаживанию неровностей границ исходных порошков при спекании, заполняет поры, в результате чего увеличивается плотность, пластичность, теплопроводность и износостойкость материала.

Хром повышает прочность, износостойкость и жаропрочность материала.

Сера стабилизирует структуру материала и улучшает механическую обрабатываемость его.

Никель улучшает износостойкость, жаропрочность, жаростойкость и внешний вид.

Увеличение концентрации углерода свыше 1,5 мас. повышает хрупкость материала, а при уменьшении ниже 0,1 мас. снижает прочность, что в обоих случаях сокращает срок службы.

Увеличение концентрации меди выше 35 мас. не вызывает повышения эксплуатационных качеств материала, приводит к росту заготовок при спекании, их себестоимость увеличивается; уменьшение концентрации меди ниже 12 мас. уменьшает твердость, прочность и теплопроводность, ведет к увеличению пористости материала, что негативно сказывается на качестве поверхности формуемых стеклоизделий.

При увеличении концентрации хрома свыше 5 мас. снижается пластичность и плотность, а также происходит расслоение материала заготовок при прессовании образование брака в виде пустот или областей с высокой пористостью. При снижении концентрации хрома ниже 1 мас. уменьшается прочность и жаростойкость.

Увеличение концентрации серы свыше 0,5 мас. не способствует улучшению обрабатываемости деталей, а уменьшение концентрации ниже 0,2 мас. ухудшает механическую обрабатываемость материала и не позволяет стабилизировать его структуру.

Увеличение концентрации никеля свыше 6 мас. ведет к снижению пластичности материала, а снижение концентрации ниже 1 мас. ведет к уменьшению прочности материала.

П р и м е р 1. Горловое кольцо может быть изготовлено методом порошковой металлургии. Сначала восстанавливают порошок железа в среде водорода при повышенной температуре, затем приготавливают шихту, смешивая в смесителе порошки определенных размеров гранул при следующем соотношении компонентов, мас. Железо 64,9 Углерод 0,1 Медь 35
Осуществляют прессование заготовок горловых колец на прессе при давлении 550 МПа. Затем спекают заготовки в печи в водородной среде при 1150^оС в течение 2 ч. После чего охлаждают их в водородной среде.

П р и м е р 2. Для заготовки кольца брали порошки материала при следующем соотношении компонентов, мас. Железо 58,3 Хром 5 Углерод 1,5 Медь 35 Сера 0,2 а затем весь процесс изготовления заготовки повторили по схеме, описанной в примере 1.

П р и м е р 3. Для заготовки кольца брали порошки материалов при следующем соотношении компонентов, мас. Железо 80,4 Хром 1 Углерод 12 Сера 0,5 Никель 6 а затем весь процесс изготовления заготовки повторили по схеме, описанной в примере 1.

При изготовлении инструмента для формирования стеклянных изделий по примерам 1, 2, 3 получаются качественные детали, отличающиеся высокой теплопроводностью, электропроводностью, пластичностью и износостойкостью, а поскольку медь уменьшает пористость поверхности формующего инструмента, то это ведет к повышению качества формуемых стеклоизделий.

Формовой инструмент или его часть, например формующая поверхность и прилегающая к ней зона, изготовленный из предлагаемого порошкового спеченного материала предлагаемым способом, обладает существенными преимуществами по сравнению с прототипом. Износостойкость деталей более чем в 2 раза выше. Кроме того, предложенный способ позволяет получить материал с наперед заданными механическими и теплофизическими характеристиками.

Использование: в стекольном машиностроении при производстве стеклянных изделий на стеклоформующих машинах. Износостойкий инструмент, преимущественно горловое кольцо, выполняют из материала, содержащего, мас. хром 1-5; углерод 0,1-1,5; медь 12-35; железо остальное. Материал может дополнительно содержать 0,2-0,5 мас. серы и 1-6 мас. никеля. 3 з. п. ф-лы.

1. ИЗНОСОСТОЙКИЙ ИНСТРУМЕНТ преимущественно для формования стекла, формующая поверхность которого и прилегающая к ней зона выполнены из порошкового материала, содержащего углерод и железо, отличающийся тем, что материал дополнительно содержит медь при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,1 1,5
Медь 12 35
Железо Остальное
2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что материал дополнительно содержит хром в количестве 1 5 мас.