СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ КОНЦЕНТРАЦИОННО-НЕОДНОРОДНЫХ ТРИПСТАЛЕЙ Российский патент 1997 года по МПК B22F1/00 C22C1/04 

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления конструкционных и износостойких деталей машиностроительной, добывающей, приборостроительной, перерабатывающей и других отраслей промышленности.

Известны способы получения высокопрочных порошковых сталей из диффузионно-легированных порошков, включающие приготовление шихты, прессование, спекание (Metal powder report, 11, 1986, p. 815-181; Порошковая металлургия. 1994, N 4, с.8, реферат 4Е55). Высокие механические свойства обеспечивает получаемая неоднородная структура материалов, тормозящая продвижение трещины и тем самым затрудняющая разрушение. Недостатком лучших из этих материалов является высокое содержание легирующих элементов. Такой же уровень механических свойств можно достичь при понижении содержания добавок или за счет применения термообработки.

В качестве прототипа выбран способ изготовления сталей, включающий приготовление шихты, прессование, спекание и термическую обработку (Obtaining high strength steel powders. Metal powder report, N 7/8, 1991, p. 32). Требуемые механические свойства у материала-прототипа достигнуты благодаря распаду метастабильного аустенита при нагружении. Однако, доля метастабильного аустенита для данного способа, основанного на использовании частично-легированных порошков, невелика и составляет порядка 10% Относительно невысокое содержание остаточного аустенита, распадающегося при разрушении, не позволяет добиться высокой вязкости и трещиностойкости.

Цель изобретения повышение вязкости и трещиностойкости порошковых концентрационно-неоднородных сталей при сохранении высокой прочности, в том числе и за счет большей доли распада метастабильного аустенита.

Предлагаемый способ получения порошковых концентрационно-неоднородных трипсталей, включающий приготовление шихты, прессование, спекание и термообработку, отличается тем, что при приготовлении шихты, прессовании, спекании и термообработке обеспечивают неоднородное распределение никеля с коэффициентом вариации концентрации 0,018-0,074. При этом шихту предпочтительно готовить полидисперсной.

Из сравнения с известным способом получения порошковых деталей с метастабильным аустенитом ясно, что заявляемый метод позволяет получать метастабильную аустенитную сталь из поликомпонентной шихты, а не из частично-легированных порошков, по иным, чем в способе-прототипе, технологическим режимам. Кроме того, заявляемый метод обеспечивает более высокое содержание остаточного аустенита, распадающегося при нагружении. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "существенные отличия".

Предлагаемый способ включает: приготовление поликомпонентной шихты, прессование деталей, спекание и термообработку по оптимальным режимам.

Образцы из порошковой стали приготовлены по следующей технологии:
шихту, содержащую 6% порошка никеля, 0,6% порошка графита и 95,4% порошка железа марки ОСЧ 6-2, перемешивали 24 ч в двуконусном смесителе, вводя для улучшения прессуемости 1% стеарата цинка;
образцы прессовали при давлении 600 МПа в закрытых стальных пресс-формах;
спекание проводили в атмосфере водорода при температуре 1180-1200^oC 5 ч;
термообработка включала закалку с 850^oC и отпуск при 180^oC 2 ч.

Была получена сталь со следующими механическими свойствами: предел прочности σ_в 1520 МПа, предел текучести σ_0,2 1070 МПа, относительное удлинение δ 3,9% ударная вязкость a 806 кДж/м², трещиностойкость K_1c 100 МПа•м^1/2, твердость 43 HRC.

Перечисленные выше механические свойства были достигнуты благодаря высокой доле метастабильного аустенита А_M (примерно 40%), распадающегося при любом из проведенных испытаний. В свою очередь образование большого количества А_M обусловлено оптимальной концентрационной неоднородностью стали. В качестве критерия концентрационной неоднородности служил коэффициент вариации концентрации V, равный отношению квадратного корня из дисперсии концентрации D к ее среднему значению C.

Варьируя технологические режимы и состав стали, получили представленные в таблице значения V и механические свойства.

Таким образом, концентрационная неоднородность распределения никеля на уровне V 0,018-0,074 обеспечивает значительное повышение вязкости стали при сохранении ее высокой прочности. При более высоком, чем указано в таблице, содержании никеля возможно образование стабильного остаточного аустенита, неблагоприятно влияющего на механические свойства, а его более низкое содержание создает трудности при термообработке концентрационно-неоднородной стали, поскольку нельзя исключить перлитное превращение.

Использование: в порошковой металлургии для изготовления конструкционных и износостойких деталей машиностроительной, добывающей, приборостроительной, перерабатывающей и других отраслей промышленности. Сущность изобретения: при приготовлении шихты, прессовании, спекании и термообработке обеспечивают неоднородное распределение никеля с коэффициентом вариации концентрации 0,018-0,074. При этом шихту предпочтительно готовить полидисперсной. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения порошковых концентрационно-неоднородных трипсталей, включающий приготовление шихты, прессование, спекание и термообработку, отличающийся тем, что при приготовлении шихты, прессовании, спекании и термообработке обеспечивают неоднородное распределение никеля с коэффициентом вариации концентрации 0,018 0,074. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что шихту готовят поликомпонентной.