Патент на изобретение №2291031
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОРОШКОВЫХ КОНЦЕНТРАЦИОННО-НЕОДНОРОДНЫХ ТРИПСТАЛЕЙ, ПРОПИТАННЫХ МЕДЬЮ
(57) Реферат:
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов на основе порошковых концентрационно-неоднородных трипсталей. Может использоваться для изготовления конструкционных и износостойких деталей в машиностроении, строительной индустрии, добывающей, приборостроительной, перерабатывающей и других отраслях. Способ получения деталей включает приготовление шихты на основе железа, содержащей никель и молибден. В пресс-форме размещают упрочняющую фазу в областях последующего фрикционного взаимодействия деталей. После чего осуществляют прессование деталей и спекание с инфильтрацией пропитывающим брикетом на основе меди, содержащим 10-30% железа. Спекание проводят с обеспечением неоднородного распределения никеля и молибдена с коэффициентом вариации концентрации каждого из элементов от 0,01 до 0,6 при концентрации никеля от 2 до 6% и молибдена от 0,5 до 1%. Техническим результатом является повышение прочности, ударной вязкости и износостойкости. 2 табл.
Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления конструкционных и износостойких деталей строительной индустрии, машиностроительной, добывающей, приборостроительной, перерабатывающей и других отраслей промышленности. Улучшение механических свойств и износостойкости сталей возможно за счет присутствия в структуре метастабильного аустенита. У сталей, полученных по традиционной технологии без применения методов порошковой металлургии (ПМ), фазовый переход аустенит – мартенсит деформации увеличивает износостойкость в 2-3 раза /Попов B.C., Брыков Н.Н., Фидря В.И. Испытания материалов в лабораторных условиях, имитирующие изнашивание облицовок пресс-форм. – Огнеупоры, 1984, №4, с.47-49/. Известны порошковые материалы с повышенными механическими свойствами, в том числе износостойкостью, из диффузионно-легированных порошков, включающие: Исключить применение частично легированных порошков, добиться требуемых концентрационной неоднородности и количества остаточного аустенита дает возможность технология, включающая получение поликомпонентной порошковой стали, пропитанной медью, и последующую термическую обработку /Патент РФ №2198765 от 31 августа 1999 г./. Недостаток таких материалов состоит прежде всего в сравнительно низкой по сравнению с ферротиками (карбидосталями) износостойкости, необходимость проведения закалки с 950°С концентрационно-неоднородного материала делает невозможным изготовление относительно крупных деталей из-за образования трещин, присутствие в структуре метастабильного остаточного аустенита обусловлено среди прочих факторов высоким содержанием углерода (1,5%), что понижает вязкость стали и исключает ее применение в ответственных изделиях. 1. Высокое содержание фазы на основе меди с низкой износостойкостью (не менее 15-20%). 2. Относительно низкие вязкость и прочность – из-за необходимости введения в состав высокоуглеродистого псевдосплава карбидов. 3. Относительно невысокая износостойкость, обусловленная расположением упрочняющей фазы по всему объему материала, а не преимущественно на контактной поверхности. Целью изобретения является повышение прочности, ударной вязкости и износостойкости композиционных материалов на основе порошковых концентрационно-неоднородных трипсталей, пропитанных медью. Сопоставление с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое изобретение отличается от прототипа улучшенными значениями прочности, вязкости и износостойкости, а значит, соответствует критерию “новизна”. Из сравнения с известным способом получения порошковых деталей ясно, что заявляемый метод позволяет получать детали с расположением упрочняющей фазы только в областях фрикционного взаимодействия, в способе-прототипе – карбиды распределены по всему объему стали; пропитывающий брикет содержит 10-30% железа (избыток железа после пропитки легко удаляется), способ-прототип предполагает содержание в пропитывающем брикете 5% железа; заявляемый способ обеспечивает иное распределение других легирующих элементов по сравнению со способом-прототипом. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию “существенные отличия”. Предлагаемый способ включает: приготовление поликомпонентной шихты, расположение упрочняющей фазы так, чтобы после последующих операций эта фаза находилась в областях фрикционного взаимодействия изделия, прессование деталей, спекание, совмещенное с инфильтрацией сплавом, содержащим 10-30% железа. Режим спекания и состав шихты выбирали исходя из необходимости получения требуемых распределения элементов, структуры и свойств деталей. Ниже предлагаем пример реализации изобретения. Образцы приготовлены по следующей технологии: – шихту, содержащую 4% порошка никеля; 1% порошка молибдена; 0,6% порошка графита и 94,4% порошка железа марки ПЖР 3.200.28 перемешивали 8 часов в двуконусном смесителе, введя для улучшения прессуемости 0,8% стеарата цинка; – расположение стандартных пластинок из твердого сплава марки ВК6 в пресс-форме в области последующего фрикционного взаимодействия деталей; – прессование при давлении 350 МПа в закрытых стальных пресс-формах деталей с пластинками из твердого сплава ВК6, расположенными в заданных областях деталей; – прессование при давлении 400 МПа пропитывающих брикетов из смеси: 20% железа, остальное – медь; – спекание, совмещенное с пропиткой, проводили в атмосфере водорода при температуре 1150-1180°С, 40 минут. Образцы имели следующие механические свойства: предел прочности
Примечание. Здесь и далее содержание компонентов дано в % по массе. Представленные в табл.1 свойства получены при следующих значениях коэффициентов вариации концентрации V молибдена и никеля: VMo=0,4; VNi=0,2. В качестве меры концентрационной неоднородности использовали коэффициент вариации концентрации V, равный отношению квадратного корня квадратного из дисперсии концентрации D к ее среднему значению С. Для получения высоких эксплуатационных характеристик обсуждаемые материалы предпочтительно охлаждать с относительно невысокой скоростью после спекания. Закалку в жидкие охлаждающие среды по возможности следует исключить (так же, как и нагрев под закалку в окислительной воздушной атмосфере). Указанные особенности накладывает ограничения на состав и неоднородность распределения легирующих элементов. Для принятых скоростей охлаждения после спекания в проходных печах концентрация никеля должна составлять 2-6%, молибдена – 0,5-1%, а концентрационная неоднородность каждого из элементов не должна превышать V=0,6. В табл.2 представлены экспериментальные результаты, подтверждающие это положение. Варьируя технологические режимы и состав композитов, получили представленные в табл. 2 значения концентрационной неоднородности V и механических свойств. Увеличение содержания легирующих элементов сверх указанных в табл.2 значений повышает не только долю, но и стабильность аустенита, что неблагоприятно влияет на механические свойства. При более низкой концентрации никеля и молибдена доля аустенита уменьшается, кроме того, невозможно добиться большой доли мартенсита, а значит, и высоких механических свойств. Таким образом, концентрационная неоднородность распределения никеля и молибдена на уровне V=0,01-0,60 в интервале концентраций никеля 2-6% и молибдена – 0,5-1% обеспечивает присутствие метастабильного аустенита и высокие механические свойства.
Представленные в табл.2 данные относятся к среднеуглеродистым сталям, поскольку задача стабильного получения конструкционных сталей с более узкими интервалами содержания углерода, чем 0,3%, в промышленных условиях трудно разрешима, такой же интервал варьирования содержания углерода дает и ГОСТ 28378-89. Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить прочность, вязкость и износостойкость деталей из композиционных материалов на основе порошковых концентрационно-неоднородных трипсталей, пропитанных медью. Одновременно исключается брак, обусловленный термической обработкой с использованием жидких охлаждающих сред.
Формула изобретения
Способ получения деталей из композиционных материалов на основе порошковых концентрационно-неоднородных сталей, включающий приготовление шихты на основе железа, прессование деталей и спекание с инфильтрацией пропитывающим брикетом на основе меди, отличающийся тем, что готовят шихту на основе железа, содержащую никель и молибден, перед прессованием в пресс-форме размещают упрочняющую фазу в областях последующего фрикционного взаимодействия деталей, для инфильтрации используют пропитывающий брикет на основе меди, содержащий 10-30% железа, а спекание проводят с обеспечением неоднородного распределения никеля и молибдена с коэффициентом вариации концентрации каждого из элементов от 0,01 до 0,6 при концентрации никеля от 2 до 6% и молибдена от 0,5 до 1%.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
В=1150 МПа, трещиностойкость K1c=60 МП·м1/2, ударная вязкость КС=55 кДж/м2, твердость матрицы – 35 HRC, твердость упрочняющей фазы – 88 HRA. Варьируя содержание железа в пропитывающих брикетах, были получены механические свойства и относительная износостойкость, представленные в табл.1.