Способ изготовления изделий из быстрорежущих сталей

 

В.Л. Гиршов, Е.Г, Калякина, О.Ю. Бегах, В.В. Федоров, А.П. Урбанюк, Л.И. Корнеев, В.С. Мебець., ЕМ,. Рабинович и Г.Э. Титенская:

I (72) Авторы нэобретення (71) Заявнтель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩИХ

СТАЛЕЙ

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству металлокерамических изде- лий иэ быстрорежущих сталей.

Известен способ изготовления порошковых изделий, предусматривающий использование титанового геттера для дегазации порошковой массы (1I.

Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает достижения стабильных результатов, поскольку не регламентирует соотношение массы геттера и порошка с учетом содержания в порошке кислорода и не учитывает возможные изменения сорб4 15 ционных свойств геттера, зависящие от величины и частоты его реакционной поверхности.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо20 му результату является способ изготовления металлокерамических изделий, в котором порошок быстрорежущей стали, полученный распылением, эагружают в металлическую капсулу, после чего капсулу вакуумируют и герметизируют путем заварки. Герметизированную капсулу с порошком нагревают до

1050-1150 С и подвергают экструдированию со степенью деформации 7090Х C23 .

Недостатками известного способа являются высокое содержание остаточного кислорода в деформированном металле и низкие механические свойства.

Цель. изобретения — снижение содер" жания остаточного кислорода и повышение механических свойств.

Указанная цель достигается тем, что в способе изготовления изделий иэ быстрорежущих сталей, включающем загрузку порошка в капсулу, холодное вакуумирование капсулы с порошком, ее герметизацию, нагрев с выдержкой при 1050-1150вС и деформацию, при загрузке порошка в капсулу на дно и под крыщку ее помещают губку тита884859 4 ственной близости от сварных швов.

Этим предотвращается возможность случайного насыщения порошка кислородом. Временной интервал выдержки капсулы с порошком при нагреве включает в себя время, необходимое для прогрева .капсулы до температуры деформации 1100-1150 С (й„), и время, необходимое для дегазации порошка

1О (tg) (t=t4+tk)

Интервал времени t< линейно зависит от квадрата диаметра капсулы или площади ее поперечного сечения. Значение определяют экспериментально, измеряя температуру порошковой массы в центре капсулы ф 100 мм, а для капсул другого размера рассчитывают по известным уравнениям теплопередачи.

Интервал времени t практически мало зависит от размера капсулы и определяется скоростью реакции поглои- щения газов.геттером. По эксперии, ментальным данным масс-спектрометрического анализа установлено, что через 20 мин после прогрева капсулы наступает термодинамическое равновесие реакции между геттером и газовой фазой, о чем свидетельствует постоянный объем остаточного газа в капсуле.

Таким образом, значение интервала времени принято равным 20 мин. Подтверждение правильности выбора граничных значений временных интервалов выдержки при нагреве иллюстрируется следующим примером.

Капсулу с порошком диаметром 100 мм (поперечное сечение 78 см ) за-. гружают в нагревательную печь с температурой 1100 С. По показаниям термопары, расположенной в центре капсулы, ее прогрев до 1100 С, происходит через 43 мин. Капсулу выдерживают еще 20 мин для завершения .реакции поглощения газа геттером.

После охлаждения капсулы определяют содержание кислорода в порошке.

Оно снизилось с 0,03 до 0,01 . Суммарное время выдержки 63 мин или

63/78=0,81 м на 1 см поперечного сечения капсулы. Расчет времени выдержки для капсул максимального раз-, мера выполняют по общеизвестному критериальному уравнению фурье на в количестве 0,004-0,006Х от массы порошка, а выдержку при нагреве, под деформацию производят из расчета 0,6-0,8 мин на 1 см поперечного сечения капсулы.

Способ осуществляют следующим образом.

Экспериментально определяют количество кислорода, выделившегося из порошка в зависимости от наличия и характеристик геттера. В качестве ис следуемого объекта служит порошок быстрорежущей стали 10Р6М5, содержащий 0,037. кислорода.Навеску порошка массой 5 r помещают в герметичный объем, подвергающийся вакуумированию. Порошок нагревают до температуры деформации 1100<50 С и выделяющиеся из порошка газы собирают в мер ный..объем, после чего анализируют химический состав газов.

В качестве образцов геттера, разл чающихся по шероховатости поверхност применяют фольгу титана (коэффициент шероховатости 5) и губку титана (коэффициент шероховатости 20). Результаты экспериментов сведены в табл, 1

Эффективность поглощения СО титановым геттером зависит как от количества геттера, так и от шероховатос ти, т.е. величины его поверхности.

Титановая губка обладает лучшими сорбционными свойствами по сравнению с титановой фольгой.

Из опытов 7 и 8 следует, что увеличение соотношения. масс геттера и порошка сверх 0,004 (20/5000) не при водит к дальнейшему снижению содержания СО.

Таким образом, в качестве нижнего предела этого соотношения принято значение 0,004.

На практике содержание кислорода после длительного хранения порошка может возрасти до 0,04-0,05 за счет поступления атмосферного воздуха через отдельные неплотности тары или капсулы. Расчеты показывают, что при содержании кислорода в порошке до

0,05Х соотношение масс геттера и порошка должно быть 0,006.

Соотношение масс геттера и порош.ка 0,004 рекомендуется для порошков быстрорежущих сталей, содержащих менее О,ОЗЖ кислорода, соотношение

0,006 — соответственно для порошков с содержанием кислорода более 0Ä03i.

Титановая губка укладывается на дно и под крышку капсулы в непосредГ= „, ) где а — температуропроводность м /ч; - время, ч;

Й вЂ” радиус цилиндра, м.

884859

t0

О,о2

Опыт, N

Геттер

Количество СО

Г в объеме ампулы, тип масса, мг

1 Без геттера

1,6

2,0

То же

3 Фольга Т

1,75

4 То же

1,10

5 Губка Т

l,05

Анализ результатов эксперимента с капсулой 100 мм показывает, что для порошковой массы а=0,02 м /ч при

F, 5,75. Максимальный диаметр капсулы, которая может быть проэкструдирована на отечественном оборудовании, составляет 365 мм. Тогда время прогрева такой капсулы до 1100 С составит О,ЗбБ

Ep n()

=9,65ч=580 мин.

С учетом выдержки 20 мин для дегазации t=600мин. Поперечное сечение капсулы,ф 365 мм составит 1040 см, Следовательно время выдержки капсулы

)6 365 мм „, 0,58 мин на 1 см сечения. После округления результатов граничные значения интервалов выдержки 0,6-0,8 мин на 1 см сечения капсу- о лы.

Пример l. В капсулы диаметром

100 мм и высотой 160 мм засыпают порошок быстрорежущей стали 10Р6И5 в количестве 7 кг. На дно и под крышку капсул укладывают предварительно отожженную в водороде титановую губку в количестве 35 r (0,0057). Капсулы с порошком вакуумируют до остаточного

-й давления 10 мм. рт. ст. после чего 30 заваривают оставшиеся отверстия. Капсулы нагревают в электрической печи при 1100 С в течение 1 ч, после чего экструдируют через очко матрицы со степенью деформации 857. на прутки диаметром 40 мм.

П р и и е р 2. При тех же технологических параметрах подготовки капсул, нагреве и деформации экструдируют биметаллические капсулы с сердечником на контрукционной стали и внешним слоем из порошковой быстрорежущей стали.

Пример 3. При тех же техноло" гических параметрах подготовки капсул и нагрева проиэводят прокатку и ковку капсул с порошком. Во всех случаях наблюдается снижение содержания кислорода в деформированном металле до значений 0,003-0,008Х против 0,01—

0,027 при обычной технологии.

В табл. 2 представлены результаты химического анализа на кислород и цанные о механических свойствах для нескольких партий заготовок, изготовленных по предлагаемому способу и по известному.

Как вицно из табл. 2 предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет существенно снизить содержание кислорода в деформированном материале и соответственно, повысить уровень его механических свойств.

Предлагаемый способ позволяет получать деформированные заготовки из распыленных порошков быстрорежущих сталей, инструмент из которых в

3-4 раза более стоек, чем аналогичный инструмент из стандартной стали

Р6И5.

Экономические преимущества заготовок из порошковой быстрорежущей стали выражаются в повышении выхода годного (расходный коэффициент по шихте 1,4 против 1,9 по традиционной технологии) и сокращении потребного количества инструмента для эквивалентного объема механической обработки.

В зависимости от конструкции инструмента и заготовки (биметаллическая или сплошная), а также от коэффици. ента стойкости инструмента экономический эффект колеблется в пределах

2000-5000 руб. из расчета на 1 т, заготовок.

Таблица l

884859

Продолжение табл. 1

Опыт, X

Количество СО в объеме ампулы, мл

Геттер тип масса, мг

0,6

То же

0,5

0,5

Ю

Таблица 2

Способ изготов-

Временное Ударная вязкость сопротивление (без надреза), изгибу, HIa ИДж/м (кгс м/см (кгс/мм") Заготов- Содержание ка, У кислорода, мас. 1 ления

0,0014 3940(394) Предлагаемый 66

69-0 0,0013 3400(340)

69-1 0,0010 4700(470)

69-2 с 0,0010 5130(513) 71

693

Известный

708

709

1319

1320

Формула изобретения ка в капсулу на дно и под крышку ее помещают губку титана в количестве

0,004-0,006Ж от массы порошка, а вы45 цержку при нагреве производят иэ расчета 0,6-0,8 мин на 1 см поперечФ ного сечения капсулы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Р 4038738, кл. 29-420 5, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 417246. кл. В 22 F 3/20, 09.06.72.

ВНИИПИ Заказ 10378/14 Тираж 872 Подписное филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

0,0017

0,0010

0,0230

0,0030

0,0036

0,0370

0,0640

Способ изготовления изделий иэ

Фыстрорежущих сталей, включающий за груэку порошка в капсулу, холодное .вакуумирование капсулы с порошком, ее герметизацию, нагрев . с выдержкой при 1050-1 150 С и деформацию, отличающийся тем, что, с целью снижения содержания остаточного кислорода и повышения механических свойств, при загрузке порош3863(386)

4202(420)

2224(222)

3570(357)

3526(352)

2096(210)

1642(164) 0,48(4,8)

0,37(3,7)

Не определена

0,71(7,1)

0,50(5,0)

0,47(4,7)

0,01(0,7)

0,26(2,6)

0,25(2,5)

0,08(0,8)

0,08(0,8)