Способ изготовления композиционных инструментальных материалов на основе стали

Авторы патента:

C22C33/02 - порошковой металлургией (обработка металлического порошка B22F)

B22F3/14 - с одновременным проведением процесса уплотнения и спекания

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ СТАЛИ, включающий иэмепьчение, смешивание порошков стапи и тугоплавкого соецийения , соцержащего титаи и угпероц, прео4 сование и спекаиие, отпич аютнЙ- с я тем, что,: с цепью повышения меха нических свойств и ъ1эносостойкости, в качестве тугоплавкого соецинеиия титана с угпероаом используют карбнц тйтвна , смешивание п ошков стапи и карбяца титава провопят в соотношеиии от 8,1:1 QO 1:1« а спекавие провоаят noq щавяетием при 1О6О-114О ч;.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

> 0 2 С 1/04» С 22 С 29/ОО;

В 22 Ф3/1.4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

1 ю

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:: -

К АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬС ГВУ (2 1 ) 3470229/224Э2 (22) 16.07.82 (46) 0711.83. Бюп. Ж 41 (72) e. e, Бокий, А. К. Петров, С. С, Кипарисов, .А. Г. 0ипуиов и В. Г. Зубкова (71) Украинский научно-исспецоватецьс кий институт сие иапънык стапей, сппа вов и ферросппавов . (63) 621.762.34:621.762.5 (088.8) (56) 1. Кипарисов С. С., Нарва В, К., llaaNess Л. И. Новые иэносостойкие ме ° таппокерамические материапы с и,. юпьзо ванием карбица титана. Бветметинфарма ция, М., 1972, с. 12 14.

2. Кипарисов С. С. и цр. Спеченная . быстрарекуааа стань с цобавками кар бица титана.» " Порошковая метаппур

„гия, 1977, % 1, с. 41-47.. 0% OB

SU А

54) (57) СПОСОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

КОМПОЗИЦИОННЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬ»

HblX A EPHA OB HA ОСНОВЕ СТАЛИ, вкцючающий иэмепьчение, смешивание ,порошков станк и тугопйавкого соецине. ния, соцержааего титан и угпероц, прео сование и спекание, о т и и ч а ю щ и й- с я тем, что, с цепью повышения мека . нических свойств и йэносостойкости, в качестве тугоцпавкого соецинения тита иа с угпероцом испопьэуют карбиц тата- на, смешивание порошков стапи и карби ца титана провоцят в соотношении от 8,1:1 цо 1:1, а спекание провоцят поц цавпением при 1060-1140 С.

1 1052

Изобретение относится к порошковой метапдургии, а именно к иэготовпению композиционных инструментапьных материапов, содержащих в качестве твердой составпяющей тугопдввкие соединения, в частности, карбиц титана, а в качестве связующей матрицы испопьзуются инструментапьные стади.

Известен способ попучения метаппокерамических износостойких материадов ro цпя режущего и штампового инструмента, включающий иэмепьчение порошка инстру ментапьной стапи и карбица титана, их, смешивание, прессование и спекание при температурах, обеспечивающих попучение д ппотных заготовок зв счет жицкой фазы, образующейся при пцавпении стапьной матрицы (11

Недостатком извес.тного способа явпяется активное взаимодействие кврбицати 20 тана со стапьной матрицей, привоцящее к переходу вопьфрима,ванадия,хрома,мопибцена иэ матрицы в карбиц титана. В резупьтате этого происходит обецнение матрицы пегирующими эпементами,снижаютсятверцость, красностойкость,износостойкость матрицы и материапа в цепом. Характерно,что перехоц, ! пегирующих эпементов усипивается с увепичением содержания карбица титана и температуры спеквния. 30

Наибопее бпизким к прецпагаемяму по технической сущности и цостигаемому розупьтату явпяется способ изготов пения композиционных инструментапьных мвтериапов нв основе ствпи, вкпючающий

35 иэмепьчение, смешивание порошков стапи и тугоппввкого соецинения содержащего титан и угпероц, прессование и спекание, s соответствии с которым спекание про. извоцится при бопее низких температурах в усповиях, не привоцящих к образо ванию жицкой фазы. В связи с тем, что спеканием при пониженных температурах

:не уцается подучить ппотный материап, согпасно этому способу спеченные за45 готовки поцвергвются повторному нагре ву с поспецующей ковкой цпя уппотнения N

Нецостатки известного способа вЂ” низ кие механические свойства и износостойкость попучаемых материапов,связанные

50 с тем, что температура спекания остает ся все еще достаточно высокой (12001250 С), что пишь частично устраняет нежепатепьное взаимоцействие карбида титана с мвтрицей. Опробованная бопее низкая температура спекания

1150 С привоцит к попучению спеченных заготовок с низкой ппотностью (не бо555 2 йее 92;6), что не позвопяет лоцвергать их ковке. Кроме того, ввецение тугоппавких частиц в стань по этому способу возможно в весьма ограниченных количествах. С увепичением соцержвния тугоппавких цобавок ппастические свойства материапа ухуцшаются и при некотором их соцержании уппотнение ков кой становится невозможным. Кроме того, с увепичением содержания тугоппавких частиц дпя попучения заготовок с относитепьной ппотностью бопее. 92% (цпя.ковки), необхоцимо увепичиввть температуру спекания, что активирует процесс взаимодействия. К этому также приводит и простое увепичение копичества добавок.

Цепь изобретения - повышение меха нических свойств и иэносостойкости попучаемого материапв.

Постввпенная цепь цостигвется тем, что согпасно .способу иэготовпения композиционных инструментапьных материапов на основе стапи, вкпючающему измепьчение, смешивание порошков стапи и тугоппавкого соецинения, соцержащего титан и угп оц, нрессование и спекание в качестве тугоппавкого соединения титана с угпероцом испопьзуют карбиц, титана, смешивание порошков стапи и карбида титана провоцят в соотношении от

8,1:1 цо 1:1, а спекание проводят поц

aàâïåíèåM при 1060-1140 С, Смешивание порошков стапьной матрицы и тугоппавких соецинений произвоцят в соотношении. (по объему) от 8,1:1 цо 1:1 (что соответствует соцержанию тугоппавких частиц в стади от 11 цо

50 об %).

Увепнчение температуры спекания выше верхнего предела увепичивает перехоц пегирующих эпементов иэ матрицы в тугоппавкое соединение, что привоцит к снижению красностойкости и износостойкости материапа. Нижний прецеп обусповпен там, что при бопее низких температурах эначитепьно увепичивается сопротивпение цеформации и материап при спекании не удается уппотнить цо беспористого состояния, что снижает его тверцость и износостойкость.

Зв счет провецения операций измепьчения, смешивания, пре сования, и т. и. стоимость изготовпения инструментаць ных материапов с цобавками тугоппавких соецинений возрастает, поэтому смешива.ние стапи с тугоппаэким соецинением в соотношении меньшем 8,1:1 не всегца

Прецпагае мый

100

2200 15,0

660

8,1:1 1100

1650 34,2

690

100 70

2,14:1 1100

100 72

1280 40, 1

705

1100

3 1052 может быть цепесообразным, так как затраты могут превысить попучаемый экономический эффект. Увепичение соотношения бопее 1:1 привоцит к попучению материапа с низкой прочностью. 5

Преимушествами известного способа явпяются значитепьное прецотвращение циффузии пегирующих эпементов иэ мат рицы к Tj С,воэможность попучения материн повс бопьшими копичествами цо авокв 10, сталь операции спекания,повторного нагрева ковки совмещаются в оцну - прессование

Ъ поц цавпением, а также испопьэование бопее широкой номенкратуры, тверцых, тугоппавких частиц и стапей цпя их связывания.

Пример 1. Дпя попучения компо зиционного материала используют распыпенный порошок быстрорежущей стапи ,10P6N5K5 и карбиц титана. Порошок стали иэмепьчают в струйной мепьнице, карбиц титана - в вибрапионной. Измепьченный порошок стапи смешивают в вап-. ковом смеситеце с карбицом титана в соотношении (по обьему) 8,1:1; 2,14:1 и 1:1 в течение 8 ч. Смеси загружают в капсуцы циаметром 109 мм и цпиной

450 мм. Поспе вакуумирования капсупы герметизируют и спекают поц цавпением

157 МПа при раэцичных температурах смесь с соотношением стапь: T С, равном 2,14:1 - при 1060, 1100 и

1140 С, остапьные - при 1100 С. Вы

0 и р цержка при спекании 1 ч. Иэ этих же исхоцных материапов попучают заготовки по известному способу - прессованием

35 и спеканием при 1250 С с поспецующей

555 4 ковкой. Иэ-за низкой ппастичности заго- товки с соцержанием Т С бопее 10 о6,% изготовить не уцается (они разпиваются при ковке).

Свойства попученных материапов привецены в табп. 1.

П р и м е ч а н и е. Усповия испытаний на стойкость при точении: обраба тываемый материап - стань ХН35ВТЮ; скорость резания 5,5ммин,, гпубина резания - 2,0 мм; поцача - 0,7 ммlоб.

Пример 2,Дпя попучения компсъзиционного материапа испопьзуют распы пенный порошок штамповой стапи

6Х6 В ЗМФС и карбиц титана. Порошок стапи измепьчают в стуйной мепьнице, карбиц титана в вибрационной. Измепьченный порошок стапи смешивают с карбицом титана в соотнсм шенин (по объему) 2,34:1. Смесь загружают s капсупу циаметром 160 мм цпиной 450 мм. Поспе вакуумирования капсупу герметизируют и спекают при

1140 С и цавпении 157 МПа в тече0 ние 1,5 ч.

Свойства попученного материапа привецены в табп. 2.

Как вицно иэ резупьтатов испытаний материапа цпя режущего инструмента (табп. 1), попученного по прецпагаемому способу, его износостойкость значитепьно превосхоцит износостойкость материапа, попученного по известному способу, при нятому за базовый объект. Экономический эффект от применения этого материапа в зависимости от спожности инструмента 7 - 14 тыс. руб. на тонну. Т абпица1

1052555.

Поодолженпе табл 1

1 1

99,8 . 68

670 1420 25,3

2> 14: 1 1060

2,14:1 1100

165О 34,2

100

690

lO0 .70

2,14:1 1140