Способ подавления рекристаллизации в процессе горячего прессования

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству металлических материалов. Сущность: заготовку получают с максимальной плотностью до 40 мас. и нагревают до температуры восстановления окисной пленки. Выдерживают при этой температуре до полного ее восстановления, после чего прикладывают давление 200 300 МПА, а затем повышают температуру на 100 200°С и выдерживают при заданной нагрузке и температуре 40 60 мин. 2 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству металлических материалов. Цель изобретения повышение качества изделий за счет подавления роста зерен. Общим признаком прототипа и изобретения является то, что производится нагрев заготовки до определенной температуры, выдержка при заданной температуре и приложение давления и выдержка при заданном давлении. Существенными отличительными признаками предлагаемого способа в сравнении с прототипом является то, что заготовку получают с плотностью до 40% относительно теоретической плотности, нагревают до температуры восстановления окисной пленки с выдержкой до полного ее восстановления, прикладывают давление 200-300 МПа, перед выдержкой повышают температуру на 100-200^оС, а выдержку при давлении и температуре ведут в течение 40-60 мин. Спекание и горячее прессование в инертной среде ультрадисперсных металлических порошков не позволяет получить высокоплотные и однородные изделия, потому что наличие окисной пленки препятствует сцеплению частиц, разрушение же окисной пленки при высокой температуре и давлении приводит к интенсивной рекристаллизации и резкому росту зерен. Получение заготовок с плотностью более 40% относительно теоретической плотности приводит к образованию закрытой пористости. Термообработка таких заготовок в среде водорода не позволяет восстановить окисную пленку на поверхности закрытых пор и достичь высокой плотности при спекании. В связи с этим целесообразно, чтобы плотность заготовок не превышала 40% относительно теоретической плотности. Это позволяет снизить температуру спекания на 100-200^оС и давление прессования до 200-300 МПа. Заготовки с плотностью менее 20% относительно теоретической плотности получить не удается, т.к. образцы разрушаются. Термообработка заготовок из ультрадисперсных порошков железа в потоке водорода в течение 2 ч позволяет восстановить окисную пленку при 500^оС. Дальнейшее повышение температуры до 800^оС позволяет получить высокоплотные изделия при температурах меньших, нежели в инертной среде. Дополнительное приложение давления в пределах 200-300 МПа приводит к значительному повышению плотности и позволяет получить изделия с плотностью 98-100% относительно теоретической плотности при температурах на 200-300^оС ниже, чем без давления. Снижение температуры горячего прессования приводит к подавлению рекристаллизации и уменьшению размера зерен. Давление прессования более 300 МПа приводит к излишним затратам при той же степени подавления рекристаллизации, хотя и рост зерен замедлен. Давление прессования менее 200 МПа не позволяет уменьшить размер зерен в 4-5 раз. Оптимальным является давление прессования 200-300 МПа. Приложение давления прессования в течение 40-60 мин позволяет получить плотность изделий 98-100% относительно теоретической плотности при минимальных затратах. Выдержка более 60 мин не приводит к значительному изменению плотности изделий, а менее 40 мин не позволяет достичь необходимой плотности. П р и м е р. В качестве исходного материала при практической реализации предлагаемого способа выбран ультрадисперсный порошок железа, полученный химико-металлургическим методом, со средним размером частиц 40 нм, содержащий 5 мас. кислорода. Получали заготовки различной плотности (ρ_o от 20 до 60% относительно теоретической плотности). Далее заготовки нагревали в потоке водорода 2 л/мин до температуры восстановления окисной пленки 500^оС с выдержкой по полного ее восстановления в течение 2 ч. Скорость нагрева до указанной температуры составляла 10 град/мин. Далее заготовки прессовали методом штамповки. Об интенсивности процесса рекристаллизации судили по средней величине размера зерен α. В табл. 1 представлены результаты исследования влияния плотности заготовки ρ_o на плотность ρ и размер зерен d изделий после выдержки при 500^оС в течение 2 ч и дальнейшего повышения температуры на 300^оС и выдержки в течение 1 ч. Выдержка при температуре заготовок с плотностью до 40% относительно теоретической плотностти позволяет получить изделия с необходимой высокой плотностью, но при этом средний размер зерен возрос до 20-23 мкм. В более плотных заготовках образуется закрытая пористость, которая не позволяет получить изделия с высокой плотностью. Заготовки с плотностью менее 20% относительно теоретической плотности получить не удалось, поскольку они разрушались. В табл. 2 представлены результаты исследования влияния повышения температуры (Δ Т) и давление (Р) на плотность и размер зерен изделий при плотности заготовок до 40% относительно теоретической плотности. Увеличение температуры на 50^оС не позволяет получить необходимую плотность изделий. Повышение температуры на 300^оС и выше приводит к росту зерен более 2 мкм. Увеличение температуры на 200^оС и приложение давления 200 МПа позволяет получить изделия с необходимой плотностью 98-100% и размером зерен 4-5 мкм, т. е. происходит подавление роста зерен. Приложение давления 300 МПа позволяет увеличить температуру лишь на 100^оС, а размер зерен при этом составляет 1-2 мкм. Значительное уменьшение размера зерен указывает на то, что повышение температуры на 100-200^оС и приложение давления 200-300 МПа приводит к подавлению процесса рекристаллизации. Предложенный способ может применяться при создании материалов с ультрадисперсной структурой. Технико-экономической сущностью изобретения является упрощение технологии создания материалов с ультрадисперсной структурой.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОДАВЛЕНИЯ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ В ПРОЦЕССЕ ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ, преимущественно при прессовании изделий из ультрадисперсных металлических порошков железа, включающий получение заготовки, ее нагрев с выдержкой, приложение давления и выдержку при давлении и температуре, отличающийся тем, что, с целью повышения качества изделий за счет подавления роста зерен, заготовку получают с плотностью до 40% относительно теоретической плотности, нагревают до температуры восстановления окисной пленки с выдержкой до полного ее восстановления, прикладывают давление 200 300 МПа, перед выдержкой повышают температуру на 100 200^oС, а выдержку при давлении и температуре ведут 40 60 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1