СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННОЙ ПОРОШКОВОЙ СТАЛИ Российский патент 1997 года по МПК B22F3/17 C22C33/02 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к способам изготовления беспористой конструкционной порошковой стали общемашиностроительного назначения улучшенной обрабатываемости резанием.

Известен способ получения конструкционных порошковых сталей [1] включающий операции приготовления порошковой смеси компонентов, входящих в состав стали, прессование порошковой смеси с получением пористого брикета с остаточной пористостью 20-30% спекание брикета в защитной атмосфере в течение 40-60 минут, горячую обработку давлением нагретого брикета с получением беспористого материала.

Сталь, полученная по этому способу, имеет высокие физико-механические свойства: предел прочности 300-400 МПа, твердость 60-120 НРВ. Сталь, полученная таким способом, имеет недостаток большие затраты времени на спекание и низкие показатели обработки резанием.

В качестве прототипа принят способ получения порошковых конструкционных сталей [2] включающий операции приготовления порошковой смеси компонентов, входящих в состав стали, прессование порошковой смеси в закрытой пресс-форме с получением пористого брикета в защитной атмосфере до 1000-1100^oC, выдержку времени в течение 20-22 минут при температуре 1000-1100^oC, горячую обработку давлением нагретого брикета с получением беспористого материала. Сталь, полученная по этому способу, имеет следующие показатели: предел прочности 290-390 МПа, твердость 60-120 НРВ. Данная сталь имеет недостаток - низкие показатели обрабатываемости резанием.

Задача: улучшение обрабатываемости резанием конструктивной порошковой стали путем легирования висмутом и выбора временного режима нагрева.

Решение задачи достигается тем, что приготовляют порошковую смесь компонентов, входящих в состав стали, в которую дополнительно вводится порошок висмута в количестве 0,1-1,8 мас. прессуют данную смесь в закрытой пресс-форме до остаточной пористости 20-30% осуществляют нагрев при температуре 1000-1100^oC пористого брикета в защитной атмосфере в течение 6-20 минут и горячую обработку давлением.

Существенным признаком заявляемого решения является:
1. Применение новых продуктов с целью их полезного преобразования, а именно: дополнительное введения в шихту для производства порошковой стали висмута в количестве 0,1-1,8 мас.

2. Временный режим нагрева 6-20 минут.

Новизна предлагаемого способа заключается в том, что ранее не известно применение порошка висмута для улучшения обрабатываемости резанием конструкционной порошковой стали в сочетании с временем нагрева 6-20 минут при температуре 1000-1100^oC.

Существенность отличий состоит в том, что предложенное техническое решение для этих целей не применялось.

При нагреве заготовки висмут переходит в жидкую фазу и обволакивает неметаллические включения, содержащиеся в порошковой стали, тем самым снижается износ инструмента при обработке резанием, проявляется эффект Ребиндера улучшается стружкоотделение, снижается сила резания.

Экспериментально установлено, что для протекания вышеописанной реакции требуется временный интервал нагрева 6-20 минут при температуре 1000-1100^oC.

Висмут может вводится в виде порошка гранулометрическим составом 0,5-150 мкм. Для определения оптимального содержания висмута и сравнения с прототипом были изготовлены призматические образцы 55х10х10 мм и образцы типа "втулка" 60х30х10 мм путем приготовления порошковой смеси с различным содержанием висмута, прессования в закрытой пресс-форме с получением пористого брикета остаточной пористостью 20-30% нагрев брикета при температуре 1000-1100^oC в течение 6-20 минут в защитной атмосфере и его горячую обработку давлением с получением беспористого материала с приведенной работой уплотнения 200-220 МДж/м². Исследовались прочность, твердость, а также обрабатываемость резанием по стандартным и общепринятым методикам образцов, полученных по предлагаемому способу и по способу-прототипу. Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Из приведенных данных следует, что при содержании висмута менее 0,10 мас. обрабатываемость не лучше, чем у прототипа, а при содержании 1,8 мас. механические свойства хуже, чем у прототипа. При содержании висмута в пределах 0,10-1,8 мас. физико-механические свойства материала лучше, чем у полученного по технологии, принятой в качестве прототипа, а обрабатываемость резанием в 1,5-2,0 раза лучше.

Таким образом, оптимальным следует считать количество вводимого висмута в пределах 0,1-1,8 мас.

Для определения оптимального времени нагрева получены образцы по вышеописанной технологии при различном времени нагрева пористых брикетов с 6 до 20 минут. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Из приведенных данных следует, что при времени нагрева менее 6 минут обрабатываемость не лучше, чем у прототипа, а при времени нагрева более 20 минут не наблюдается дальнейшего улучшения ни механических свойств, ни обрабатываемости резанием.

При времени нагрева в пределах 6-20 минут физико-механические свойства не хуже, чем у материала, полученного по технологии, принятой в качестве прототипа, а обрабатываемость резанием в 1,5-2,0 раза лучше. Таким образом, оптимальным следует считать время нагрева 6-20 минут.

Оптимальная остаточная пористость заготовок и температура нагрева определены экспериментальным путем. Результаты испытаний приведены в таблице 3 и 4.

Из таблицы 3 и 4 видно, что оптимальными являются пористость 20-30% а температура нагрева 1000-1100^oC.

Пример получения деталей типа "втулка" по заявляемому способу.

По предложенному способу получены детали типа "втулка", изготовленная по следующему технологическому процессу:
1. Приготовление порошковой смеси из железного порошка ПЖВ5. 160.2с карандашного графита ГК-3, с добавкой порошка висмута в количестве 0,75 мас.

2. Статическое холодное прессование порошковой смеси в закрытой пресс-форме с получением брикета с остаточной пористостью 18%
3. Нагрев брикета в защитной атмосфере (диссоциированный аммиак) до температуры 1050^oC, выдержку его при этой температуре 16 мин.

4. Горячую обработку давлением методом осадки в закрытой пресс-форме с получением готового материала с остаточной пористостью 0,65% при величине удельной приведенной работы уплотнения 223 МДж/м³.

Сталь, полученная по этому способу, имела следующие физико-механические характеристики обрабатываемости резанием:
твердость 68 НРВ;
предел прочности при растяжении 364 МПа;
относительное удлинение 15,2%
оптимальная скорость резания 182 м/мин;
относительный износ по задней поверхности
при этой скорости 1,3 мм•10^-6.

Сущностью изобретения является способ получения конструктивной порошковой стали, который предусматривает приготовление порошковой смеси из компонентов, входящих в состав стали, с добавками порошка висмута в количестве 0,1-1,8 мас.%, статическое холодное прессование порошковой смеси в закрытой пресс-форме с получением брикета с остаточной пористостью 20-30%, нагрев брикета в защитной атмосфере до температуры 1000-1100^oC, выдержку его при этой температуре в течение 6-20 минут, горячую обработку давлением методом осадки в закрытой пресс-форме с получением беспористого готового материала при величине удельной приведенной работы уплотнения 200-220 К Дж/м³. Сталь, полученная этим способом, имеет высокие физико-механические характеристики и хорошую обрабатываемость резанием. 4 табл.

Способ получения конструкционной порошковой стали, включающий приготовление порошковой смеси компонентов, входящих в состав стали, прессование порошковой смеси в закрытой пресс-форме с формированием пористого брикета с остаточной пористостью 20 30 нагрев брикета в защитной атмосфере до температуры ковки, выдержку его при этой температуре и горячую обработку давлением до беспористого состояния материала, отличающийся тем, что в смесь дополнительно вводят порошок висмута в количестве 0,1 1,8 мас. а нагрев брикета осуществляют в течение 6 20 мин.