Способ получения высокоплотного порошкового хромсодержащего материала на основе железа


 


Владельцы патента RU 2588979:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") (RU)

Изобретение относится к получению высокоплотного порошкового хромсодержащего материала на основе железа. Готовят шихту на основе распыленного порошка хромомолибденовой стали с добавкой углерода. Компоненты шихты смешивают в аттриторе в течение 1-2 ч, затем проводят статическое холодное прессование шихты с обеспечением получения заготовок пористостью 10-12%. Полученные заготовки спекают в вакуумной печи при 1200-1250°C в течение 1-2 ч. Спеченные заготовки нагревают до 1150-1180°C в защитной среде и проводят горячую штамповку. После горячей штамповки заготовок проводят цементацию и термообработку. Обеспечивается улучшение качества межчастичного сращивания, повышение ударной вязкости, прочности и контактной выносливости порошкового материала на основе железа. 1 пр.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к материалам на основе железного порошка, и может быть использовано при изготовлении средне- и тяжелонагруженных конструкционных деталей, испытывающих динамические и контактные нагрузки.

Известен способ получения хромсодержащего порошкового материала на основе железа, который заключается в последовательном выполнении следующих операций: приготовление порошковой шихты, содержащей от 0,45 до 0,55 масс. % углерода, холодное прессование заготовок пористостью 11-12%, спекание заготовок в защитной среде при 1120°C в течение 30 мин, термическая обработка, что обеспечивает получение структуры, характеризующейся наличием 90% мартенсита [Maroli В., Berg S., Lewenhagen J. Properties and Microstructure of PM Materials Pre-Alloyed with Nickel, Molybdenum and Chromium // EURO PM 2001. Proceedings of the European Congress and Exhibition on Powder Metallurgy. Acropolis Convention Centre, Nice, France, October 22 - 24, 2001. - European Powder Metallurgy Association. - 2001. - Vol. 1. - P. 34-39]. Недостатками данного способа являются относительно низкие значения прочности (σв=980-1050 МПа) из-за наличия остаточной пористости в материале.

Известен также способ получения порошкового хромсодержащего материала на железной основе, который заключается в следующем: приготовление шихты на основе распыленного порошка хромомолибденовой стали с добавкой углерода, статическое холодное прессование (СХП) пористых заготовок при давлении 700 МПа, спекание холоднопрессованных заготовок в азотоводородной среде при 1250°C в течение 1 ч, термическая обработка [Yang Yu. Characterisation of Sinter Hardening Effect of Astaloy CrM // EURO PM 2001. Proceedings of the European Congress and Exhibition on Powder Metallurgy. Acropolis Convention Centre, Nice, France, October 22-24, 2001. - European Powder Metallurgy Association. - 2001. - Vol. 1. - P. 58-63]. Недостатками данного способа являются относительно низкие значения прочности (σе=1200 МПа) из-за наличия остаточной пористости в материале.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ получения высокоплотного порошкового хромсодержащего материала на основе железа, который заключается в последовательном выполнении следующих операций: приготовление шихты на основе распыленного порошка хромомолибденовой стали с добавкой углерода, статическое холодное прессование пористых заготовок при давлении, обеспечивающем пористость холоднопрессованных заготовок 25-30%, спекание холоднопрессованных заготовок в среде диссоциированного аммиака при 1100°C в течение 1 ч, нагрев в защитной среде при 1100°C, горячая штамповка (ГШ) и термическая обработка [Dorofeyev V., Sviridova A. Rolling Contact Fatigue of Hot-Forged Steels out of Prealloyed Powders and Powder Blend // Progress in Powder Metallurgy. Part 1. Proceedings of the 2006 Powder Metallurgy World Congress & Exhibition (PM 2006), held in Busan Exhibition & Convention Center (BEXCO), Busan, Korea, September 24-28, 2006. Edited by Duk Yong Yoon, Suk-Joong L. Kang Kwang Yong Eun and Yong-Seog Kim. Trans Tech Publications Ltd: Switzerland, UK, USA. Material Science Forum. - 2007. - Vol. 534-536. - PP. 709-712]. (Прототип). К числу недостатков данного способа относятся:

- приготовление шихты в конусном смесителе не обеспечивает плотный механический контакт частиц порошка основы и углеродсодержащей добавки, что снижает ее восстанавливающую активность;

- наличие сквозной пористости в холоднопрессованных заготовках, что обусловливает возможность окисления поверхностей открытых пор при выполнении операций, связанных с нагревом, в среде диссоциированного аммиака.

Совместное воздействие указанных негативных факторов снижает качество межчастичного сращивания, механические свойства и контактную выносливость высокоплотного порошкового хромсодержащего материала на основе железа.

Задачей изобретения является улучшение качества межчастичного сращивания, повышение механических свойств и контактной выносливости порошкового хромсодержащего материала на основе железа, что обеспечивает возможность его использования при изготовлении средне- и тяжелонагруженных конструкционных деталей, испытывающих динамические и контактные нагрузки.

Техническим результатом является улучшение качества межчастичного сращивания, повышение ударной вязкости, прочности и контактной выносливости.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения высокоплотного порошкового хромсодержащего материала на основе железа, включающем приготовление шихты на основе распыленного порошка хромомолибденовой стали с добавкой углерода, статическое холодное прессование пористых заготовок, спекание холоднопрессованных заготовок, нагрев в защитной среде, горячую штамповку и термическую обработку, согласно изобретению компоненты шихты смешивают в аттриторе в течение 1-2 ч, статическое холодное прессование проводят при давлении, обеспечивающем пористость холоднопрессованных заготовок 10-12%, спекание заготовок осуществляют в вакууме при 1200-1250°C в течение 1-2 ч, нагрев перед горячей штамповкой проводят при 1150-1180°C, а после горячей штамповки осуществляют цементацию.

Смешивание компонентов шихты в аттриторе в течение 1-2 ч обусловливает равномерное распределение углерода, предотвращает его сегрегацию и обеспечивает адгезионный контакт частиц углеродсодержащей добавки и порошка основы. Это способствует активации восстановления оксидов, локализованных на поверхности частиц порошка основы, при последующем спекании. При уменьшении времени смешивания менее 1 ч углеродсодержащая добавка по объему шихты распределяется неравномерно, а ее восстановительная активность снижается. Повышение длительности смешивания более 2 ч вызывает чрезмерный наклеп частиц порошка основы, что ухудшает его прессуемость.

Проведение статического холодного прессования при давлении, обеспечивающем пористость холоднопрессованных заготовок 10-12%, обусловливает возможность протекания при последующем вакуумном спекании следующих процессов:

- эвакуации газов из порового пространства;

- восстановления оксидов, локализованных на поверхностях частиц порошка основы, углеродом, входящим в состав исходной шихты;

- герметизации пор, что предотвращает их окисление при выполнении последующих операций горячей штамповки.

Проведение статического холодного прессования при давлении, обеспечивающем пористость холоднопрессованных заготовок менее 10%, вызывает чрезмерное увеличение нагрузок на пресс-инструмент и обусловливает закрытие пор с захлопнутым в них воздухом, что исключает возможность его эвакуации при последующем спекании. При пористости заготовок более 12% поры не герметизируются в процессе вакуумного спекания. Это способствует протеканию окисления при горячей штамповке.

Спекание заготовок в вакууме при 1200-1250°C в течение 1-2 ч обеспечивает возможность протекания указанных выше процессов эвакуации газов, восстановления оксидов и герметизации пор. Уменьшение температуры и продолжительности спекания ниже значений соответствующих интервалов вызывает снижение активности процессов восстановления оксидов и вязкого течения, что обусловливает увеличение содержания кислорода в получаемом материале. При повышении температуры спекания свыше 1250°C и его продолжительности более 2 ч образуется жидкая фаза, что приводит к потере формы заготовок и затрудняет выполнение последующих операций горячей штамповки.

Нагрев спеченных заготовок перед горячей штамповкой при 1150-1180°C в защитной среде обеспечивает возможность их уплотнения и формирования межчастичных контактов высокого качества. Уменьшение температуры нагрева ниже 1150°C приводит к ухудшению уплотняемости хромсодержащего материала заготовки, а ее увеличение свыше 1180°C вызывает разгерметизацию пор и окисление их поверхностей при технологической транспортировке заготовки из печи в матрицу штампа.

Цементация обезуглероженных после горячей штамповки заготовок обусловливает науглероживание их поверхностных слоев, что обеспечивает формирование структуры мартенсита в процессе термической обработки и повышение характеристик контактной выносливости.

Технологические режимы получения высокоплотного порошкового хромсодержащего материала на основе железа установлены экспериментально. Выполнение технологического процесса в соответствии с указанными режимами обеспечивает решение технической задачи изобретения.

Пример

Шихту готовят на основе распыленного низколегированного порошка, содержащего, % (по массе): Cr - 3,00; Мо - 0,50; С - <0,01; О - 0,21; Fe - ост. В качестве углеродсодержащей добавки используют карандашный графит ГК - 1 ГОСТ 4404 - 78. Шихтоприготовление осуществляют в лабораторном аттриторе в течение 1-2 ч. После этого проводят статическое холодное прессование шихты и получают заготовки призматических и цилиндрических образцов для механических испытаний пористостью 10-12% (таблица). Полученные заготовки спекают в вакуумной печи при 1200-1250°C в течение 1-2 ч. Спеченные заготовки нагревают до 1150-1180°C в камерной электропечи периодического действия с силитовыми нагревателями в защитной среде диссоциированного аммиака с температурой точки росы - 40°C. Горячую штамповку пористых заготовок проводят на лабораторном копре или кривошипном прессе. После горячей штамповки заготовки укладывают в ящик из жаропрочной стали, в который засыпают древесно-угольный карбюризатор. Ящик помещают в печь и проводят цементацию при 920°C в течение 8 ч. Цементированные заготовки подвергают термической обработке - закалке и низкому отпуску.

Результаты определения механических свойств и контактной выносливости полученных образцов приведены в таблице. Анализ этих результатов показывает, что получение высокоплотного порошкового хромсодержащего материала на основе железа по предлагаемому способу обеспечивает улучшение качества межчастичного сращивания, о чем свидетельствует повышение абсолютных значений ударной вязкости. Получение материала по предлагаемому способу обусловливает также увеличение прочности и контактной выносливости.

Способ получения высокоплотного порошкового хромсодержащего материала на основе железа, включающий приготовление шихты на основе распыленного порошка хромомолибденовой стали с добавкой углерода, статическое холодное прессование пористых заготовок, спекание холоднопрессованных заготовок, нагрев в защитной среде, горячую штамповку и термическую обработку, отличающийся тем, что компоненты шихты смешивают в аттриторе в течение 1-2 ч, статическое холодное прессование проводят при давлении, обеспечивающем пористость холоднопрессованных заготовок 10-12%, спекание заготовок осуществляют в вакууме при 1200-1250°C в течение 1-2 ч, нагрев перед горячей штамповкой проводят при 1150-1180°C, а после горячей штамповки осуществляют цементацию.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к cпеченным коррозионностойким материалам на основе железа для узлов трения, работающих в агрессивных средах. Материал по варианту 1 содержит 3÷15 мас.% хрома, 1÷10 мас.% никеля, до 1,8 мас.% молибдена, до 2,0 мас.% углерода, 14÷25 мас.% меди, 0,1÷1,0 мас.% серы, 0,3÷3,0 мас.% марганца и остальное - железо.
Изобретение относится к порошковой металлургии. Порошковый экономнолегированный материал на основе железа для получения поверхностно-упрочненных износостойких деталей содержит 0,3-0,5 мас.% углерода, 1,0-2,0 мас.% титана, 2,0-3,0 мас.% молибдена, 2,0-3,0 мас.% вольфрама, 0,5-1,0 мас.% ванадия, 8,0-10,0 мас.% хрома, 2,0-3,0 мас.% меди, 0,1-0,3 мас.% стеарата цинка и остальное железо.

Изобретение относится к порошковым фрикционным сплавам на основе железа, которые могут быть использованы в узлах трения предохранительных фрикционных муфт сцепления винтовых стрелочных переводов, применяемых на высокоскоростных железнодорожных магистралях.

Изобретение относится к получению высокоплотного фрикционного порошкового фосфорсодержащего материала на основе железа, который может быть использован для изготовления тяжелонагруженных конструкционных деталей фрикционного назначения, испытывающих динамические и истирающие нагрузки.
Настоящее изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения композиционного материала на основе железа включает перемешивание порошков для матрицы материала и дисперсного порошка оксида металла, механическое легирование полученной смеси, компактирование и прокатку полученного сплава.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к распыленному водой порошку нержавеющей стали и к спеченному конструктивному элементу. Заявлен распыленный водой порошок нержавеющей стали, содержащий, вес.%: 10,5-30,0 Cr, 0,5-9,0 Ni, 0,01-2,0 Mn, 0,01-3,0 Sn, 0,1-3,0 Si, >0,059-0,4 N, при необходимости, макс.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к твердому припою для высокотемпературной пайки нержавеющей стали. Порошок твердого припоя на железохромовой основе для высокотемпературной пайки основного материала из нержавеющей стали содержит, мас.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к поршневому кольцу для двигателя внутреннего сгорания с покрытием, нанесенным термическим напылением порошка.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным композиционным материалам на основе порошковой легированной стали, содержащим антифрикционный наполнитель.

Изобретение относится к электротехнике, к магнитам из редкоземельных металлов. Технический результат состоит в повышении коэрцитивной силы без добавления большого количества таких редкоземельных металлов, как Dy и Tb.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к композиционным материалам (КМ) на основе сплавов оловянных баббитов и способам их получения, и может быть использовано для изготовления подшипников скольжения узлов трения в транспорте, турбиностроении, судостроении.

Группа изобретений относится к области порошковой металлургии, а именно к магнитным (магнитотвердым) материалам для постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов и к изделиям, выполненным из таких материалов, и может быть использована в авиационной промышленности.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ изготовления наноразмерного твердого сплава включает приготовление смеси из наноразмерных порошков карбида вольфрама и кобальта, прессование ее в стальной пресс-форме и спекание в вакууме.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения спеченного пористого вольфрамового каркаса включает смешение порошка вольфрама с порошковой активирующей добавкой, состоящей из порошков никеля и железа, прессование и спекание.
Изобретение относится к изготовлению электротехнических изделий из композиционного материала. Электротехническое изделие изготовлено из токопроводящего композиционного материала формованием методом холодного прессования, при этом токопроводящий композиционный материал содержит 40÷55 мас.% порошка естественного графита, 30÷15 мас.% связующего на основе новолачной смолы, 30 мас.% медного порошка и дополнительно поливинилацетат в качестве пластификатора в количестве 9÷35 мас.% от суммарной массы порошкообразных компонентов.
Изобретение относится к изготовлению электроугольных изделий. Готовят порошковую композицию путем смешивания связующего с графитовым наполнителем, проводят горячее прессование полученной порошковой композиции и поэтапную ее термообработку с нагревом и последующей выдержкой при конечной температуре.

Группа изобретений относится к получению азотированных спеченных стальных деталей. Получают предварительно легированный стальной порошок на основе железа, включающего менее 0,3 мас.% Mn, по меньшей мере один элемент из группы: 0,2-3,5 мас.% Cr, 0,05-1,2 мас.% Mo и 0,05-0,4 мас.% V, и максимум 0,5 мас.% неизбежных примесей.
Заявленное изобретение относится к порошковой металлургии. Готовят шихту из металлических компонентов заданного состава псевдосплава путем их перемешивания, полученную шихту прессуют.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения магнитомягкого материала для магнитопроводов реле включает приготовление шихты, содержащей железо и фосфор, ее прессование, спекание и охлаждение.

Изобретение относится к области лазерной обработки материалов и может быть использовано для изготовления металлических изделий из порошков селективным лазерным спеканием.

Изобретение относится к области износостойких композиционных спеченных материалов, применяемых для изготовления вооружения бурового инструмента и опорно-центрирующих устройств, полученных методами порошковой металлургии, в частности устройств для калибровки ствола скважин. Технический результат заключается в повышении твердости и антифрикционных свойств рабочей части зубков вооружения калибратора стволов скважин, а также его стойкости к разрушению. В способе формирования зубков вооружения калибратора стволов скважин предварительно замешивают на связующем порошок высокохромистого чугуна и самофлюсующийся порошковый сплав системы Ni-B-Si при определенном соотношении компонентов с получением матрицы, после чего в полученную матрицу добавляют упрочняющую фазу в виде карбида титана при определенном соотношении. Затем полученную смесь наносят на металлическую подложку, размещенную в оправке заданной конфигурации, соответствующей в плане торцевой поверхности хвостовика зубка, и уплотняют подвижным медным пуансоном под заданным давлением, полученный продукт спекают путем циклического пропускания через него электрического тока с удельной мощностью спекания в интервале 2000-2700 Дж/мм3 в течение 1,5-3,5 с, после чего его охлаждают при комнатной температуре с получением зубка. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх