Защитная среда для спекания изделий из порошка на основе железа
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИ %ТЕЛЬСТВУ
Союз Советскик
Социалистических .Реслублик<>780955 (63) Дополнительное к авт, саид-ву (22) таввлеио 160479 (21) 2754764/22-02 с присоединением заввки М (5()М. Кл.з
В 22 Р 3/10
ГОсул&рст&Финмй KoMNttt
СССР
ho &мам кзобретенкк к открытка (23) Приоритет
Опубликовано 23118р бюллетень М 43
Дата опубликовамив описаиив 251180 (53) УДК 621 762
° 5(088.8) (72) Авторы и зобретьии в
Ю. Г. Гуревич, А. В. Казаков, В. Д. Солонина, В. А, Чебоксаров и Ю. И. Пожидаев (7! ) Заявитель (54) ЗАЩИТНАЯ СРЕДА ДЛЯ СПЕКАНИЯ ИЗДЕЛИИ
ИЗ ПОРОШКА HA ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеканию изделий иэ порошка в защитной среде.
Известна защитная среда для спе- 5 кания изделий иэ порошка, в качестве которой применяют углеводороды, например пиридин (1, Недостаток этой среды состоит в том, что она не обеспечивает полное 10 вытеснение кислорода из рабочего. объема иэ-эа быстрой возгонки испаряющихся добавок и достаточное вос,,становление окислов железа.
Известна также защитная среда для )5
- спекания изделий иэ порошка, которая содержит прокаленную окись алюминия, графитовую крупку или кварцевый песок (21.
Недостаток этой среды заключается З1 в том, что она также не обеспечивает достаточно полное исключение отрицательного влияния кислорода, вызывающего получение невысокого уровня
Физико-механических свойств спечен- 25 ных иэделий.
Наиболее близка предлагаемой защитная среда для спекания иэделий из порошка в закрытой емкости, например в контейнерах с плавким затвором, 3Q состоящая из окиси алюминия и пара-;
Фина (31.
Недостатком, присущим этому решению, является то, что не .удается полностью-вытеснить кислород из рабочего объема контейнера из-за быстрой возгонки испаряющихся добавок (парафина), а также то, что недостаточно полно восстанавливаются окислы железа вследствие отсутствия в защитной среде ингредиентов, поддерживающих высокий восстановительный потенциал .защитной среды; Кроме того, относительно большое количество парафина с невысокой температурой возгонки приводит часто к разгерметизации контейнера.
Поэтому механические свойства спеченных изделий, получаемых в известных средах, невысокие. Так, например, опыт совместного испытания стандартных образцов на растяжение и ударную вязкость и иэделий иэ порошковой железоуглеродистой смеси ЖГр-0,5 (состав,Ф железный порошок ПЖ2МЗ
ГОСТ 9849-61 99,5, графит марки "А"
ГОСТ 4404-58 0,5, стеарат цинка в качестве твердой смазки 0,5), отпрессованных с удельным давлением 7 т/см в герметизированном контейнере с при780955 менением засыпки s виде прокаленного глинозема и добавкой на дно контейнера парафина иэ расчета 1 г на 1 кг иэделий при 1200оС, в течение 3,54,5 ч с последукицим охлаждением контейнера на воздухе, показывает, что механические свойства спеченных иэделий находятся в следующих пределахг предел прочности на растяжение 1720 кгс/мм", ударная вязкость беэ надреза 1,0-1,8 кгс м/см .
Цель изобретения - повьааение механических свойств спеченных -иэделий.
Укаэанная цель достигается тем, что известная защитная среда, содержащая окись алюминия, дополнительно содержит чугунную стружку и петролатум при следующем соотношении ком онентов, вес.Ъ:
Окись алюминия 40,0-51,00
Чугуиная стружка 48,95-59,90
Петролатум 0,05-0,10
Отличительной особенностью предлагаемой защитной среды является наличие двух восстановителей жидкого (петролатум) и твердого (чугунная стружка) - при укаэанном вййе Соот-: ношении компонентов. Петролатум, ин« тенсивно испаряясь, создает защитную восстановительную атмосферу на ранней стадии спекания (120-150оС) эа счет образования предельных и непредельных углеводородов ° прн темперао
1 турах более 500 С в результате возгонки петролатума на чугунной стружке откладывается сажа, которая, активно окисляясь, препятствует окислению спекаемых изделий кислородом воздуха, подсасываемого в контейнер.
Твердый восстановитель (чугунная стружка) содержит в своем составе
3,2-3,6В углерода, основная часть которого находится в свободном сос» тоянии в виде графита и создает в контейнере надежную восстайовительную атмосферу в виде СО в процессе спекания. Кроме того, в состав чугунной стружки входит до 2Ъ кремния, который, являясь айтивньм восстановителем, поддерживает низкий окислительный потенциал в контейнере.
Защитную среду для спекания иэделий применяют следующим образом. на дно контейнера, выполненного из жаростойкой стали, насыпают слой порошка 0 толщиной 5 ьм. На этот же слоя укладывают ряд иэделий. с расстоянием между ними и стенками контейнера 5 мм и снова засыпают слоем порошка АО О5 на 5 м4 виае уровня иэделий. В таком порядке иэделия послойно загружают до тех пор, пока уровень последнего слоя порошка над иэделиями не достигнет 1/2-3/5 высоты внутренней полости контейнера.
При этом верхний слой порошка А8>05 над последним рядом изделиЯ должен быть по высоте Ъ 20 мм. Затем в контейнер вкладывайт асбестовую фаэделительную прокладку. Все остальное пространство до верха контейнера засыпают чугунной стружкой, просеянной через сито с ячейкой в просвете
1 ьы, и слегка уплотняют. На верхний слой чугункой стружки равномерно на всю площадь сечения контейнера разливают подогретый до 60-800С петролатум, после чего контейнер герметиэируют песочным или плавким затвором. Контейнер загружают в печь и производят спекание при 1100-1200 С в течение 3,5-4,5 ч в зависимости от количества загружаемых в печь крнтейнеров, сечения и объема их рабочего пространства, Охлаждение кон1$ тейнера после процесса спекання проводят на воэдухе до комнатной температуры.
П р н м е р 1. В контейнер иэ окалиностойкой стали насыпают слой окна си алюминия S 5 ыч. Затем укладывают слой порошковых изделий и контрольных образцов плотностью 6,86,9 г/cM иэ смеси ЖГР 05 следующего состава,Ъ: железный порошок
99,3, графит 0,7, стеарат цинка 0,5.
Уложенный ряд иэделиЯ и образцов снова засыпают слоем окиси алюминия. Послойную загрузку контейнера производят до тех пор, пока уровень засыпки поЗ> рсшка А8 0 над последним верхним слоем изделия не достигнет 3/5 высоты контейнера. Затем в контейнер вкладывают асбестовую разделительную проклАдку, на которую засыпают чугунную стружку с размером гранул менее 1 мм в количестве 48,95% от общего количества защитной среды. На верхний слой стружки разливают подогретый до 80 С петролатум в количестве 0,05% от общего количества защитной среды. После эа40 груэки контейнера полость нижнего затвора его корпуса засыпают чистым речным песком, а затем легким вращением и вдавливанием крышку контейнера врезают в песок затвора до упора с кор4$ пусом. КонтейнеР с крыакой переворачивают на 180, т. е. ставят на ирышо ку с последующей засыпкой песком наружного канала. В таком положении контейнер загружают s нагретую до
1200 С лечь, выдерживают 4,5 ч, охлаждают на воздухе до температуры менее 50 С и разгружают в обратном порядке.
Все спеченные иэделия и стандарт$$ ные образцы подвергают контролю в соответствии с требованиями ТУ по внешнему вйду, геометрии, микроструктуре твердости и механическим сво»ствам. Контролем по всем параметрам установлено, что внешний вид изделий чистый, серебристо-белый, геометрия иэделий в пределах допусков, микроструктура - перлит + феррит с равномерным распределением в соотношении
1г1.
780955
Таблица1 ь HB
5/30. роч а ние
MM
95 0
3,0
5,2
37,2
95,0
3,3
7,6
34,8
3,2
95,0
6,2
35,1
94,0
3,4
6,8
33,4
3,0
95,0
7,8
33,9
94,0.
3,4
6,8
34,0
96,0
3,3
5,4
33,4
3,3
97,0
6,0
35,1
97,0
6,0
3,0
34,8
97,0
3, 7
7,0
35,6
97,0
3,5
6,0
34,6
3,5
97, 0
6,0
34,2
Механические свойства на образцах: предел прочности при растяжении б В =
Q2,5-37 8 кгс/мм ;относительное удлинение о 4,0-8,8; ударная вязкость
0 2,4-4,6 кгс/см твердость на изделиях и образцах HB 77,0-105,0 кгс/мм.
Пример 2. Используют те же материалы, загрузку контейнеров и спекание осуществляют в той же после довательности, что и в примере 1. В отличие от примера 1 спекание проводят в защитной среде следующего состава,%: окись алюминия(глинозем)
40,0, чугунная стружка 59,9, петролатум 0,10.
Внешний вид изделий - чистый, серебристо-белый, без цветов побежалости геометрия изделий в пределах допусков иа чертежные размеры, беэ коробления, микроструктура-перлит Ф
+феррит в соотношении 1:1.
Механические свойства на образцах: предел прочности при растяжении 6 В=
29,6-40,8 кгс/мм2, относительное удлинение 6 =5,4-10,0%, ударная вязкость д = 3,5-5,0 кгс м/см, твердость на иэделиях и образцах НВ =
=76,3-95,0 кгс/см
Пример 3. Используют те же материалы, загрузку контейнеров и спекание осуществляют в той же последовательности, что и в примере 1. В отличие от примера -1 спекание проводят в защитной среде следующего состава, Ъ:
Окись алюминия (глинозем) 45,51
Чугунная стружка 54,42
Пет ролатум 0,07
Внешний вид изделий - чистый,серебристо-белый, беэ цветов побежалос-. ти; геометрия иэделий в пределах допусков иа чертежные размеры, без коробления, .микроструктура - перлит+
1 феррит в соотношении 1:1.
Механические свойства на образцах, предел прочности при растяжении 6В.
=26,2-42,5 кгс/мм, относительное уд2 лннение 6 5,8-11,3В, ударная вяэ15 кость а =3,5-8,6 кгс м/см1 твердость на изделиях и образцах НВ 78,0-107,0 кгс/АУ
Если производить спекание в защитной среде с содержанием компонентов щ ниже нижнего предела, то происходит окисление деталей во время нагрева заготовок при спекании, а выше верхнего предела — возможна разгерметизация контейнера за счет избыточного давления газов и нарушения песочного затвора.
В табл. 1,2 и 3 представлены механические свойства спеченных изделий с использованием защитной среды в соответствии с составами, представЗ® ленными в примерах 1-3.
780955
Продолжение табл. 1
Номер
97,0
3,3
6,6
1 36,2
97,0
4,0;
3,1
2 35,2
3 36,8
1 37,6
2 36,2
3 35,2
1 33,2
2 32,5
3 34,4
97,0
3,0
6,4
3,7
95,0
6,0
3,7
95,0
6,5
95,0
3,4
5,8
77,0
4,5
7,4
8,4
4,5
77,0
77,0
4,5
6,8
36, 0
2,4
6,8
3,1
5,6
2 37» б
3,2
37,8
1 36,0
3,8
90,0
2 37,5
3 35,0
4,0
8,0
91,0
4,1
8,0 ф
79,0
4,5
8,0
36,.3
80,0
37,4
4,4
8,8
8,4
80,0.4,6
36,0
Таблица 2
4, 5
5,8
34,0
4,5
8,8
95,0
34,8
95,0
4,5
9,8
33,0
95,0
4,7
8,0
38,7
38,4
95,0
4,3
8,0
95,0
4,6
9,2
36,0
38,5
95,0
4»1
7,2
4,1
95,0
8,8
37,6
95,0
4»3
6,4
39,4 садок обраэцов
Предел прочности на растяжение, в,кгс/мм
Относительное у4линение,%
Ударная вязкость,кгс м/
/см
Твердость HB
62,5/2,5/30
103,0
105,0
103,0
82,0
780955
Номер
Относительное удлинение, Ф
Ударная Твердость вязкость ., HB 62,5/2,5/5,30 кгс м/см
3,9
95,0 107,0
37,8
95,0
7,2
4,0
37,6
95,0
4,1
10,0
36,0
95,0
3,5
9,4
36,0
95,0
3 5
6,8
37,5
95,0
3,5
9,6
35,0
95,0
3,5
8,0
37,7
95,0
3,5
8,0
40,4
4,5
40,4
4,5
6,6
30,3
76,3
4,4
8,0
27,9
9,8
29,6
7,4
36,8
38,2
76,3
4,5
6,8
76,3
4,3
8,4
35,7
8,0
33,2
76,3
4,5
76,3
3,5
8,8
32,5 76,3
3,7
7,8
34,4
76,3
3,7
5,4
40,8
76,3
3,5
5,6
40,5
76,3
3,5
6,8
40,8 с до и, 2
92,0
4,4
8,0
35,1
90,0
4,8
34,5
95,0
4,0
8,0
35,0
93,0
5,6
9,8
32,7
93;0
5,0
33,4
93,0
4,9
9,2
33,0 садок образцов
Предел прочности на растяжение, кгс/мм ч- Относитвль удлинение, 3,5
5,0
Продолжение табл. 2
95,0
76,3
76,3
76,3
Т а б л и ц а,3, 780955
Продолжение табл. 3
Предел прочости при растяжении, в, кгс/мм
Номер
Ударная вязкость кгс м/см
Относительное удлинение, Твердость Н
62,5/2,5/30 садок образцов
39,6
95,0
4,5
6,7
95,0
4,0
3,9
7,1
40,0
95,0
7,3
41,2
90,0
6,0
9,5
36,1
85,0
6,8
10,0
35,5
85,0
7,0
35 0
78,0
6,5
8,0
30,5
I
6,5
„78,0
9,5
30,0
78,0
8,6
11ф3
27,0
8,1
92,0
4,5
36,2
92,0
4,5
8,4
36,0
36,0
92,0
4,5
8,5
42,5
95,0
3,8
5,8
5,8
95,0
4,0
42,1
95,0
4,0
6,0
41,8
107,0
107,0
107,0
4,5
8,8
40,0
3,5
3,5
7,5
40,4
40,4
7,0
95,0
6,5
7,9
37,9
7,0
90,0
5,0
38,5
5,0
90,0
35,7
8,7
8 5
90,0
7,0
30,0
92,0
6,5
9,0
26,2
27,0
92,0
6,0
9,0
Таким образом, предлагаемая за-. щитная среда для спекания изделий нз порсиака, преимущественно для спекания в закрытом объеме, обеспечивает повыаение механических свойств полу""чаемых иэделий.
Формула изобретения
Эащитная среда для спекания изделий иэ порсапса на основе железа, 55 содержащая окись алюминия, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения механических свойств спеченных изделий, она дополнительно
40 содержит чугунную стружку и петролатум при следующем соотношении компонентов, вес.Ф:
Окись алюминия 40,0-51,0 . Чугунная стружка 48,95-59,9
55 Петролатум 0,05-.0,1.
780955
14
Составитель Л. Гамавиова
Редактор А. Маковская ТехредИ.Асталов Корректор И. Муска заказ 6 05477 Тирах
ВНИИПИ Государственного комитета. СССР по делам иэобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Подписное
Филиал ППП Патент", r. Узи ород, ул. Проектная, Источники информации, принятые во внимание при экспертиэе
1. Патент США В 2741827, кл. 29-182, 1956.
2. Вяэников Н. Ф. и Ермаков С. С.
Металлокерамнческие материалы и иэделия. Л., Машиностроение", 1967, с. 86-88.
3. Федорченко И. И. и др. Технология спекания металлокерамических материалов бее применения проточных защитных сред. - Норааковая металлургия", 1972, Ф 5, с. 26-.31.
