Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при получении порошковых азотсодержащих сталей и сплавов.
Известен способ получения порошковых сталей и сплавов, включающий азотирование порошка при давлении 60 150 атм, и температуре 600 - 1150oC. [1]
Способ направлен на повышение технологических и служебных свойств сталей и сплавов за счет высокого содержания азота в порошке.
Недостатком известного способа является использование относительно низких давлений, что при азотировании существенно ограничивает как достигаемые концентрации азота, так и номенклатуру азотируемых сплавов. Низкая термодинамическая активность азота при этих давлениях не позволяет обеспечить введение достаточного количества азота в сплавы, содержащие большие количества легирующих элементов сильно понижающих его растворимость (Co, Ni, Cu, Si и т.п.)
Известен способ получения высокопрочных порошковых сталей и сплавов, легированных нитридообразующими элементами, включающий выплавку, распыление и последующее азотирование порошка в азоте, аммиаке, либо в их смесях при повышенном давлении и температуре 920 1200oC [2]
Способ обеспечивает введение азота в пороки легированного железа, но в случае использования аммиака образование на поверхности гранул сплошного нитридного слоя существенно замедляет процесс азотирования, приводя к образованию хрупких ε- и γ′ -нитридов железа.
Недостатком способа является необходимость создания и использования специального оборудования для перемешивания азотируемых порошков, практическая неуправляемость процесса, приводящая к невоспроизводимости результатов, невысокое содержание азота в азотированном порошке.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в получении порошковых сталей и сплавов, обеспечивающих при переделе получение изделий с высокой прочностью, пластичностью и износостойкостью.
Техническим результатом изобретения валяется повышение содержания азота в металле, уменьшение размеров нитридов и увеличение объемной доли дисперсных нитридов и равномерное их распределение в объеме, что обеспечивает улучшение теологических и служебных свойств сталей и сплавов.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения высокопрочных легированных порошковых сталей и сплавов, включающем выплавку сплавов на основе железа, дополнительно легированных нитридообразующими элементами, распыление и азотирование порошка в среде молекулярного азота при повышенных давлении и температуре, легирование нитридообразующими элементами ведут в количествах, обеспечивающих после затвердевания получение твердых растворов, а азотирование ведут при давлении не ниже 20 МПа. В качестве нитридообразующих элементов используют титан, алюминий, ванадий, ниобий, кремний, хром. Азотирование ведут при температуре 500 1500oC.
Легирование нитридообразующими элементами в количествах, обеспечивающих после затвердевания получение твердых растворов, при последующей химико-барической обработке приводит к образованию равномерно распределенных в объеме гранул дисперсных нитридов. Это существенно повышает твердость гранул и обеспечивает достижение высоких концентраций азота.
Азотирование в среде молекулярного азота при давления не ниже 20,0 МПа и температурах 500 1500oC позволяет регулировать азотный потенциал насыщающей атмосферы в широких пределах, что обеспечивает исключение возможности образования на поверхности гранул сплошного нитридного слоя, состоящего из хрупких ε- и γ′ -нитридов, который существенно затрудняет процесс образования специальных нитридов вследствие необходимости диффузии азота через этот нитридный слой. С другой стороны, возможность варьирования температуры процесса позволяет регулировать размеры образующихся специальных нитридов от 5 10 нм до 5 10 мкм.
Поскольку нитриды образуются непосредственно в стальной матрице, снимается вопрос их смачиваемости, что при обычной технологии получения порошковых высокопрочных материалов является одной из основных причин из повышенной хрупкости.
При температуре ниже 500oC и давлении ниже 20,0 МПа не образуются специальные нитриды.
Использование в качестве легирующих элементов Ti, Al, Nb позволяет получать высокопрочные тугоплавкие кубические нитриды этих элементов, изоморфные матрице, характеризуемые высокими прочностью и износостойкостью.
Кремний образует с азотом нитрид Si3N4, характеризуемый твердостью 3500 ед. HV, высокой химической инертностью и высокой жаропрочностью, увеличивающейся с ростом температуры.
Хром и ванадий в процессе химико-барической обработки в атмосфере молекулярного азота образуют кубические нитриды, изоморфные матрице, термическая устойчивость которых позволяет в дальнейшем проводить термическую обработку азотсодержащих сплавов. Растворение их при температурах порядка 1000oC и последующее выделение при старении приводит к дополнительному упрочнению сплавов.
Пример. Порошок разработанного сплава состава: Fe 0,46% C 3% Mo - 0,69% Si 0,05% Ti 3,6% Nb 0,51% Mn 0,004%S после распыления представляет собой однородный твердый раствор. Азотирование проводили при температуре 870oC и давлении 35,0 МПа в атмосфере молекулярного азота в течение 30 мин.
Порошок загружали в металлический контейнер, помещали в камеру высоких давлений газостата. Напускали азот и давление повышали до 350,0 МПа. Включали нагреватель и повышали температуру до 870oC. Выдерживали контейнер с порошком при этой температуре и давлении в течение 30 мин. Выключали нагрев и охлаждали контейнер с порошком до комнатной температуры. Снимали давление, вынимали контейнер с азотированным порошком. После чего азотированный порошок использовался для изготовления металлографических шлифтов, которые затем использовался для определения структуры и измерения микротвердости. Данные исследований приведены в таблице.
Приведены в таблице значения микротвердости являются средними, полученными на основании 25 30 измерений.
Содержание азота определялось методом вакуум-плавления с использованием азотированных порошков.
Другие примеры использования предлагаемого способ представлены в таблице.
Как видно из таблицы, предлагаемый способ приводит к 2 3 кратному увеличению твердости, образованию мелкодисперсных нитридов и высокому содержанию азота (более 3% по массе).
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЗОТИРОВАННЫХ ФЕРРОСПЛАВОВ И ЛИГАТУР | 2006 |
|
RU2331691C2 |
ПОРОШКОВЫЙ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ИЗНОСОСТОЙКИЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ | 1993 |
|
RU2038401C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЗОТСОДЕРЖАЩЕЙ ЛИГАТУРЫ | 2011 |
|
RU2462526C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЗОТСОДЕРЖАЩЕГО СПЛАВА ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ И АЗОТСОДЕРЖАЩИЙ СПЛАВ ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ | 2006 |
|
RU2341578C2 |
СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛЕЙ АЗОТОМ | 2009 |
|
RU2394107C2 |
СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ, МИКРОЛЕГИРОВАННОЙ АЗОТОМ | 2008 |
|
RU2389801C2 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЗОТСОДЕРЖАЩЕГО СПЛАВА ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ И ЧУГУНА И АЗОТСОДЕРЖАЩИЙ СПЛАВ ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ И ЧУГУНА | 2011 |
|
RU2479659C1 |
Способ получения высокопрочной стали | 1979 |
|
SU857271A1 |
СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО АЗОТИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ | 1998 |
|
RU2148677C1 |
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ | 2003 |
|
RU2233339C1 |
Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при получении порошковых азотсодержащих сталей и сплавов. Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в получении порошковых сталей и сплавов, обеспечивающих при переделе получение изделий с высокой прочностью, пластичностью и износостойкостью. Техническими результатом изобретения является повышение содержания азота в металле, уменьшение размеров нитридов, увеличение объемной доли дисперсных нитридов и равномерное их распределение в объеме, что обеспечивает улучшение технологических и служебных свойств сталей и сплавов. Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения высокопрочных легированных порошковых сталей и сплавов, включающем выплавку сплавов на основе железа, дополнительно легированных нитридообразующими элементами, распыление и азотирование порошка в среде молекулярного азота при повышенных давлении и температуре, легирование нитридообразующими элементами ведут в количествах, обеспечивающих после затвердевания получение твердых растворов, а азотирование ведут при давлении не ниже 20 МПа. В качестве нитридообразующих элементов используют титан, алюминий, ванадий, ниобий, кремний, хром. Азотирование ведут при температуре 500 - 1500oC. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
1500oС.
Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
Способ получения порошковых азотсодержащих сталей и сплавов | 1981 |
|
SU1088879A1 |
Машина для добывания торфа и т.п. | 1922 |
|
SU22A1 |
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов | 1917 |
|
SU2A1 |
Патент США N 3650729, кл | |||
Машина для добывания торфа и т.п. | 1922 |
|
SU22A1 |
Авторы
Даты
1997-05-20—Публикация
1995-07-20—Подача