СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГИРОВАННОЙ ПОРОШКОВОЙ СМЕСИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ ДЕТАЛЕЙ ОТВЕТСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК B22F1/00 C22C33/02 

Настоящее изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковой смеси на основе диффузионно-легированного порошка и ферросплавов, которая может быть использована для изготовления порошковых конструкционных деталей ответственного назначения.

Известна порошковая металлургическая композиция, содержащая порошок А на основе железа, по существу состоящий из базовых частиц железа, предварительно легированного молибденом, при этом 6-15 мас. % порошка А составляет медь, введенная посредством диффузионного легирования в базовые частицы; порошок В на основе железа, по существу состоящий из базовых частиц железа, предварительно легированных молибденом, при этом 4,5-8 мас. % никеля введены посредством диффузионного легирования в базовые частицы; и порошок С на основе железа, по существу состоящий из частиц железа, предварительно легированного молибденом, которую смешивание определенных количеств порошков А, В и С с графитом и другими необязательными добавками, выбранными из группы, включающей смазывающие вещества, связующие, другие легирующие элементы, твердофазные материалы, улучшающие обрабатываемость агенты, прессование смеси для получения порошковой прессовки, спекание порошковой прессовки (Патент РФ №2366537, МПК B22F 1/00, С22С 33/02, B22F 3/12, опубл. 10.09.2009 г.).

Недостатком является то, что смешивание с графитом приводит к пылению, а также то, что порошок железа, сплавленный с молибденом, может иметь нестабильный химический состав, что приводит к снижению механических свойств получаемого из порошковой смеси изделия.

Наиболее близким к предложенному является порошковый состав, включающий в себя железосодержащий порошок, добавки, смазки и повышающие текучесть вещества, который состоит, по существу, из железосодержащих частиц, связанных с частицами добавок с помощью расплавленной и затем затвердевшей смазки для образования агрегатных частиц, а также из повышающего текучесть вещества с размером частиц менее чем 200 нм, в количестве от около 0,005 до около 2 мас. %, а также способ получения порошковых составов для изготовления порошковых металлургических деталей, заключающийся в том, что перемешивают и нагревают железосодержащий порошок, порошкообразную добавку и порошкообразную смазку до температуры выше температуры плавления смазки, охлаждают полученную смесь до температуры ниже температуры плавления смазки на период времени, достаточный для затвердевания смазки и связывания частиц добавки с железосодержащими частицами, для образования агрегатных частиц, и смешивают с полученной смесью порошкообразное повышающее текучесть вещество, имеющее частицы размером менее чем 200 нм, в количестве от 0,005 до около 2 мас. % состава (Патент РФ №2245218, МПК B22F 1/00, С22С 33/02, опубл. 27.01.2005 г.).

Недостатком является зольный остаток, образующийся после выгорания смазки, который является источником неметаллических включений, приводящий к разупрочнению материала изделия, получаемого из порошковой смеси.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение порошковой смеси с меньшей сегрегацией и пылеобразованием, обладающей удовлетворительной (заданной) текучестью и улучшенной спекаемостью, позволяющей производить качественные конструкционные детали ответственного назначения.

Технический результат достигается тем, что в способе получения легированной порошковой смеси для изготовления порошковых конструкционных деталей ответственного назначения, порошки ферросплавов измельчают до размера частиц не более 120 мкм, просеивают и активируют в течение 5-30 минут в планетарно-центробежной мельнице при скорости вращения барабана 1000-1800 об/мин. и скорости вращения планетарного диска 600-900 об/мин., при этом отношение массы шаров мельницы к массе шихты порошков ферросплавов составляет 20:1, синтез проводят в атмосфере аргона при давлении 3-4 атм., в полученную смесь вводят диффузионно-легированный порошок на основе железа, содержащий в мас. %: 0,5-5 никеля, 0,5-4 меди, 0,5-1,5 молибдена, остальное - железо, производя смешивание в течение 45-90 минут, затем вводят смазку на основе стеаратов в виде добавки из группы: медь, никель, железо, марганец, смешивая с основной смесью в течение 30-60 минут, далее вводят графит с размером частиц не более 30 мкм, смешивая его со смесью в течение 30-60 минут, после чего полученную смесь подогревают и перемешивают при температуре 80-130°С, затем гранулируют. В качестве порошка ферросплавов выбирают один или несколько ферросплавов из группы: ферромарганец, феррохром, ферросилиций, ферросиликохром, ферросиликомарганец, в количестве 1-13 мас. %.

Сущность способа заключается в следующем.

Порошки ферросплавов (ферромарганец, феррохром, ферросилиций, либо комплексные ферросплавы ферросиликохром, ферросиликомарганец) измельчают до размера частиц не более 120 мкм, полученный порошок просеивают. Затем полученный порошок ферросплава активируют в планетарно-центробежной мельнице (ПЦМ) в течение 5-30 минут при скорости вращения барабанов - 1000-1800 об/мин., скорости вращения планетарного диска - 600-900 об/мин. Отношение массы шаров к массе шихты составляет 20:1. Синтез проводят в атмосфере аргона при давлении Р=3-4 атм. Активация порошка ферросплава приводит к активации процесса спекания. Затем полученную смесь вводят в диффузионно-легированный порошок на основе железа, содержащий в мас. %: 0,5-5 никеля, 0,5-4 меди, 0,5-1,5 молибдена и остальное железо, производя смешивание в течение 45-90 минут, далее вводят смазку на основе стеаратов в виде добавки из группы: медь, никель, железо, марганец, смешивая его с основной смесью в течение 30-60 минут. Далее вводят графит с размером частиц не более 30 мкм, смешивая его со смесью в течение 30-60 минут, после чего смесь подогревают и перемешивают при температуре 80-130°С, затем гранулируют. Изменение количества введенного ферросплава (феррохрома) в пределах 1-13 мас. % позволяет получать хромистые стали различного состава. Например, при введении 1,5% феррохрома, содержание хрома в изделии составляет 1%, при введении 2% феррохрома - 1,4%, при введении 3% - 2% и т.д. При добавлении ферросплава в количестве менее 1 мас. % отсутствует эффект от легирования, при добавлении более 13 мас. % резко снижается уплотняемость порошковой заготовки из данной смеси, что снижает ее качество.

В таблице 1 показано влияние размера частиц измельченного ферросплава на технологические свойства порошковой смеси.

В таблице 2 показано влияние скорости вращения барабана на технологические свойства порошковой смеси.

В таблице 3 показано влияние времени активации на технологические свойства порошковой смеси.

В таблице 4 показано влияние скорости вращения планетарного диска на технологические свойства порошковой смеси.

В таблице 5 показано влияние отношения массы шаров мельницы к массе шихты ферросплава на технологические свойства порошковой смеси.

В таблице 6 показано влияние времени смешивания диффузионно-легированного порошка с измельченным порошком ферросплава на технологические свойства порошковой смеси.

В таблице 7 показано влияние времени смешивания порошковой смеси со смазкой на технологические свойства.

В таблице 8 показано влияние времени смешивания порошковой смеси с графитом на технологические свойства.

В таблице 9 показано влияние размера частиц графита на технологические свойства порошковой смеси.

В таблице 10 показано влияние температуры смешивания порошковой смеси на технологические свойства.

К порошковой смеси, предъявляются следующие требования: текучесть - не более 38 с; насыпная плотность - не менее 3,4 г/см³; плотность при давлении прессования 700МПа - не менее 7,05 г/см³. Результаты, приведенные в таблицах 1-10, показывают, что заявленные в способе параметры способа обеспечивают необходимые требуемые характеристики порошковой смеси, обеспечивающие производство качественных конструкционных деталей ответственного назначения.

Пример осуществления способа.

Перед измельчением в планетарно-центробежной мельнице производят дробление ферросплавов (феррохрома) в конусной инерционной дробилке (КИД) до размеров 3-6 мм. Затем полученные куски ферросплава измельчают до размера частиц 100 мкм в планетарно-центробежной мельнице Активатор 4М. Измельчение и активацию порошка ферросплава (феррохрома) проводят по следующим режимам: скорость вращения барабана 1500 об/мин. и скорости вращения планетарного диска 700 об/мин., при этом отношение массы шаров мельницы к массе шихты порошков ферросплавов (феррохрома) составляет 20:1, синтез проводят в атмосфере аргона при давлении 3 атм. Полученный измельченный и активированный порошок ферросплава (феррохрома) с размером частиц 40-50 мкм в количестве 2,0 мас. % через систему дозаторов подают в чашу лопастного смесителя, в котором находится диффузионно-легированный порошок на основе железа, содержащий мас. %: 4 никеля, 2 меди, 1 молибдена, остальное - железо. Смешивание в лопастном смесителе производят в течение 60 минут. Затем через систему дозаторов вводят в приготовленную порошковую шихту смазку на основе стеаратов (стеарат меди) и смешивают в течение 60 минут, далее через систему дозаторов вводят графит с размером частиц 25 мкм и смешивают с порошковой шихтой в лопастном смесителе в течение 60 минут, затем смешанную порошковую смесь подогревают до температуры 120°С и гранулируют.

Предлагаемый способ получения легированной порошковой смеси для изготовления порошковых конструкционных деталей ответственного назначения позволяет уменьшить сегрегацию и пылеобразование. Так как идет расплавление стеаратов, то они выполняют функцию связки, а также связывают частицы графита и металлические частицы, поэтому идет уменьшение пыления и практически не наблюдается сегрегации. Расплавленные стеараты сглаживают поверхность частиц и тем самым снижают коэффициент межчастичного трения, что обеспечивает удовлетворительную (заданную) текучесть порошковой смеси. Активированный в ПЦМ порошок ферросплава обладает большой деффектностью структуры, вследствие этого он более активен при спекании и спекаемость улучшается. Согласно классификации конструкционных сталей обычно хромистые стали идут для изготовления деталей ответственного назначения, поэтому получаемая предлагаемым способом легированная порошковая смесь применяется для производства качественных конструкционных деталей ответственного назначения.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковой смеси на основе диффузионно-легированного порошка и ферросплавов. Может использоваться для изготовления порошковых конструкционных деталей ответственного назначения. Порошки ферросплавов измельчают до размера частиц не более 120 мкм, просеивают и активируют в течение 5-30 минут в планетарно-центробежной мельнице при скорости вращения барабана 1000-1800 об/мин и скорости вращения планетарного диска 600-900 об/мин, при отношении массы шаров мельницы к массе шихты порошков ферросплавов 20:1. Синтез проводят в атмосфере аргона при давлении 3-4 атм. В полученную смесь вводят диффузионно-легированный порошок на основе железа, содержащий в мас.%: 0,5-5 никеля, 0,5-4 меди, 0,5-1,5 молибдена, остальное - железо, и смешивают в течение 45-90 минут. Вводят смазку на основе стеаратов меди, никеля, железа или марганца, смешивая с основной смесью в течение 30-60 минут, далее вводят графит с размером частиц не более 30 мкм, смешивая его со смесью в течение 30-60 минут. Полученную смесь подогревают, перемешивают при температуре 80-130°С и гранулируют. Обеспечивается получение смеси со сниженной сегрегацией и пылеобразованием, обладающей удовлетворительной текучестью и улучшенной спекаемостью. 1 з.п. ф-лы, 10 табл., 1 пр.

1. Способ получения легированной порошковой смеси для изготовления порошковых конструкционных деталей ответственного назначения, заключающийся в том, что порошки ферросплавов измельчают до размера частиц не более 120 мкм, просеивают и активируют в течение 5-30 минут в планетарно-центробежной мельнице при скорости вращения барабана 1000-1800 об/мин и скорости вращения планетарного диска 600-900 об/мин, при этом отношение массы шаров мельницы к массе шихты порошков ферросплавов составляет 20:1, после чего проводят синтез в атмосфере аргона при давлении 3-4 атм, в полученную смесь вводят диффузионно-легированный порошок на основе железа, содержащий в мас.%: 0,5-5 никеля, 0,5-4 меди, 0,5-1,5 молибдена, остальное - железо, производят смешивание в течение 45-90 минут, затем вводят смазку на основе стеаратов в виде добавки из группы, содержащей стеараты меди, никеля, железа, марганца, смешивают с основной смесью в течение 30-60 минут, далее вводят графит с размером частиц не более 30 мкм, смешивая его со смесью в течение 30-60 минут, после чего полученную смесь подогревают, перемешивают при температуре 80-130°С и гранулируют.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве порошка ферросплавов выбирают один или несколько ферросплавов из группы, включающей ферромарганец, феррохром, ферросилиций, ферросиликохром и ферросиликомарганец, в количестве 1-13 мас.%.