Способ изготовления поверхностно-упрочненной порошковой карбидостали

Изобретение относится к порошковой металлургии и может использоваться для изготовления низкоуглеродистого порошкового металлообрабатывающего инструмента на основе железа. Готовят смесь порошков графита, хрома, вольфрама, молибдена, ванадия, титана, марганца, стеарата цинка и железа. Полученную смесь прессуют и спекают в защитной атмосфере при 1240-1250°С. После спекания осуществляют горячее изостатическое прессование или пластическую деформацию в холодном или нагретом состоянии, а затем проводят химико-термическую обработку при 975-1000°С в течение 6-8 часов. Затем осуществляют закалку в соляной ванне при 950-1000°С и отпуск при 180-220°С в течение 1 часа. Техническим результатом является повышение вязкости и износостойкости.

 

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано во многих отраслях промышленности.

В настоящее время для изготовления металлообрабатывающего инструмента используются высоколегированные стали, получаемые литьем с последующей обработкой давлением, а также из твердых сплавов [1, 2]. Однако при изготовлении таких сталей определенная часть остродефицитных легирующих элементов переходят в шлак при плавке, а твердые сплавы невозможно обрабатывать традиционными способами резания.

Решить эту проблему следует изготовлением низкоуглеродистого порошкового металлообрабатывающего инструмента на железной основе с рациональным легированием для образования износостойкой фазы, равномерно распределенной по матрице.

Для достижения этой цели в данном изобретении приводится способ изготовления низкоуглеродистого порошкового металлобрабатывающего инструмента на железной основе, включающий приготовление смеси порошков графита, хрома, вольфрама, молибдена, ванадия, титана, стеарата цинка и железа, прессование, спекание в защитной атмосфере, горячее изостатическое прессование или пластическую деформацию в холодном или нагретом состоянии, химико-термическую обработку, закалку в соляной ванне и отпуск, характеризующийся тем, что в смесь порошков дополнительно вводят марганец, спекание осуществляют при 1240-1250°С, химико-термическую обработку проводят при 975-1000°С в течение 6-8 часов, закалку осуществляют с температур 950-1000°С, а отпуск проводят при 180-200°С в течение 1 часа.

При этом для получения высокоплотных износостойких деталей необходимо перед формованием все компоненты мелких размеров тщательно перемешивать в смесителях, с добавкой небольшого количества стеарата цинка и др.

Расчет усилия прессования производится по формуле:

P=qFn, H

где q - удельное усилие прессования, МПа;

F - площадь прессования, мм²;

n - количество гнезд в пресс-форме, шт.

Процесс спекания проводится в защитном газе или вакууме для легкоокисляемых легирующих элементов, при температурах 1240-1250°С для растворения марганца и достижения определенного уровня требуемых свойств, формирующихся в процессе нагрева исходного порошкового тела.

С целью повышения плотности изделий после спекания осуществляют горячее изостатическое прессование или пластическую деформацию в холодном или нагретом состоянии. После такой обработки заготовки подвергают механической обработке или отделочным операциям. Затем полученные детали упрочняют химико-термической обработкой при температурах 975-1000°С (цементация, борирование, бороцементация и др.) с последующей закалкой с температур 950-1000°С и отпуском при 180-200°С. Возможно сочетание химико-термической и термической операций.

Сущностью изобретения является способ получения рационально легированных порошковых материалов, способных заменить остродефицитные традиционные (быстрорежущие) стали, обладающие хорошей технологичностью до окончательного поверхностного упрочнения, так как процентное содержание углерода небольшое (0,2-0,3% по массе). Поверхность упрочняется и становится износостойкой после насыщения диффундирующим элементом (углеродом, бором и т.д.) и термической обработки. При этом силы, действующие во время работы инструмента, извне «гасятся» вязкой подзакаленной сердцевиной и поверхность не имеет микротрещин во время эксплуатации.

Сущность изобретения подтверждается следующими примерами.

Пример 1. Для изготовления фрез с фасонной поверхностью смесь с необходимыми компонентами тщательно смешивают, прессуют на прессе К-8130 с расчетным усилием 111,6 МПа, определяемой по указанной выше формуле. Для повышения плотности прессовки подвергают горячему изостатическому прессованию с дополнительным усилием 80 МПа после спекания. Спекание проводят в эндотермическом газе при 1240-1250°С в течение 1-2 часов. Полученные, таким образом, прессовки обрабатывают резанием и получают готовые фрезы. Затем фрезы упрочняют цементацией (карбидизацией). Карбидизацию проводят при температурах 975-1000°С в течение 6-8 часов, закаливают в соляной ванне с температур 950-1000°С, отпускают при 180-200°С, затем проводят доводочные операции.

Пример 2. Способ осуществляют аналогично примеру 1. Процесс спекания проводят в вакууме. Вакуум в печи поддерживают в 10³ Па в течение двух часов при температурах 1240-1250°С в течение 1-2 часов.

Производственные испытания показали положительные результаты и перспективность исследования в этом направлении.

Литература

1. Краткий справочник металлиста. / П.Н.Орлов, Е.А.Скороходов, А.Д.Агеев и др. - М.: Машиностроение, 1987. - 960 с.

2. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-т. Т.2/Под ред. А.М.Дальского, А.Г.Косиловой, Р.К.Мещерякова и др. - М.: Машиностроение, 2003. - 960 с.

Способ изготовления низкоуглеродистого порошкового металлобрабатывающего инструмента на железной основе, включающий приготовление смеси порошков графита, хрома, вольфрама, молибдена, ванадия, титана, стеарата цинка и железа, прессование, спекание в защитной атмосфере, горячее изостатическое прессование или пластическую деформацию в холодном или нагретом состоянии, химико-термическую обработку, закалку в соляной ванне и отпуск, характеризующийся тем, что в смесь порошков дополнительно вводят марганец, спекание осуществляют при 1240-1250°С, химико-термическую обработку проводят при 975-1000°С в течение 6-8 ч, закалку осуществляют с температур 950-1000°С, а отпуск проводят при 180-200°С в течение 1 ч.