SU1740108A1 - Способ получени изделий из порошковых конструкционных сталей - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : готов т шихту, прессуют, предварительно спекают в защитной атмосфере при Температуре 715- 725°С, осаждают, провод т пластическое деформирование и окончательное спекание в защитной атмосфере с последующей термообработкой . 2 ил., 1 табл.

Description

сл С

Изобретение относитс  к порошковой металлургии, может быть использовано на предпри ти х автомобильной и тракторной промышленности дл  изготовлени  изделий из порошковых конструкционных сталей и особенно эффективно при изготовлении деталей ответственного назначени , например силовых шестерен.

Известен способ изготовлени  изделий из порошковых легированных сталей, включающий приготовление шихты, прессование изделий и спекание в восстановительной атмосфере при температуре 1100-1150° С.

Недостатком известного метода  вл етс  низка  прочность готовых изделий, что обусловливаетс  большими значени ми остаточной пористости (до 10%).

Известен способ изготовлени  изделий из порошковых легированных сталей, включающий приготовление шихты, двукратное прессование и спекание при 800 и 1150°С.

Недостатком известного способа  вл ютс  сравнительно низкие значени  прочностных характеристик готовых изделий.

Известен способ получени  изделий из порошковых углеродистых легированных сталей, включающий приготовление шихты, прессование заготовок, предварительное спекание при температуре 800 - 850°С, деформирование спеченной заготовки, повторное спекание в защитной атмосфере при температуре 1120 - 1180°С и термическую обработку.

Недостатком известного способа  вл ютс  сравнительно невысокие значени  прочностных свойств, в частности предела прочности на изгиб.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  способ изготовлени  изделий из порошковых легированных сталей, включающий приготовление шихты, прессование, первое спекание при

ч

4 О

О 00

650°С, второе прессование и повторное спекание при 1150°С и термическую обработку .

Недостатком известного метода  вл ютс  низкие значени  прочностных свойств готовых изделий (в частности, пределов прочности зубьев шестерен на изгиб).

Цель изобретени  - получение изделий из порошковых конструкционных сталей, характеризующихс  высокими значени ми прочности.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном способе получени  изделий из порошковых легированных сталей, включающем приготовление шихты, прессование, первое спекание, пластическую деформацию спеченной заготовки, окончательное спекание и термическую обработку, первое спекание осуществл етс  при температуре 715-725°С.

Уплотнение порошка в закрытой пресс- форме под действием внешней нагрузки происходит в результате взаимного перемещени  частиц шихты и их пластической деформации . На некотором этапе уплотнени  взаимное перемещение частиц прекращаетс , происходит их заклинивание, дальнейшее увеличение плотности под действием внешней нагрузки может иметь место лишь в результате пластической деформации отдельных частиц. Интенсивный наклеп составл ющих прессовку частиц и большие затраты усили  прессовани  на преодоление внешнего трени  порошка о контактирующие с ним поверхности пресс-формы  вл ютс  основной причиной получени  высоких значений пористости после однократного прессовани  (до 10%).

Дальнейшее увеличение плотности издели  возможно лишь путем увеличени  пластичности прессовки, дл  чего используетс  предварительное спекание при температурах , равных температурам отжига металлического материала. Сн тие наклепа порошкового материала в процессе спекани  при температуре отжига приводит к уве- личению его пластичности и дает возможность повысить плотность изделий путем дополнительной пластической деформации спеченной заготовки.

Пластическа  деформаци  порошковой спеченной заготовки, как и в компактных материалах, осуществл етс  зарождением и последующим перемещением через кристаллическую решетку вдоль определенных плоскостей и направлений дислокаций. Пластичность спеченной заготовки и, соответственно , плотность готового издели  существенным образом увеличиваетс , если в процессе первого спекани  будет исключено образование таких факторов торможени  движени  дислокаций, как образование твердого раствора, мелкодисперсных частиц , вторичных фаз и пр.

Дл  этого первое спекание необходимо

выполн ть в режиме рекристаллизационно- го отжига при температуре, ограниченной точкой АС1. Структура прессовок из порошковой конструкционной стали представл ет

собой смесь отдельных компонентов (если шихта приготавливаетс  из механической смеси ) или легированного феррита (если основой дл  шихты  вл етс  легированный железный порошок). Оптимальна  температура первого спекани  должна быть равна 715 - 725°С. При этой температуре растворимость углерода в а -железе составл ет 0,03%, и после спекани  в режиме рекри- сталлизационного отжига прессовки характеризуютс  низкими значени ми твердости из-за отсутстви  таких факторов упрочнени , как твердорастворное, дисперсными частицами, вторичными фазами. Кроме того спекание при 715 - 725°С сопровождаетс 

частичным восстановлением отдельных

компонентов прессовки и их припеканием,

в результате чего межчастичные границы

при комнатной температуре приобретают

состо ние, соответствующее состо нию

границ зерен компактных материалов в высокотемпературной области в момент про влени  ими сверхпластичности. Это приводит к дополнительному резкому увеличению пластичности спеченной заготовки , поскольку известно, что пластичность металлических материалов существенным образом возрастает, если в процесс пластического течени , помимо скольжени  дисло- каций, вовлекаетс  какой-либо

дополнительный механизм пластической деформации.

Сущность изобретени  по сн етс  графиком 1, на котором дл  порошковой стали Ж60Н4Д2М представлена зависимость истинного напр жени  о от истинной деформации е при испытани х на сжатие гладких цилиндрических образцов диаметром 10 мм и высотой 15 мм. Прессование образцов осуществл ют давлением 850 МПа г1ри скорости движени  ползуна испытательной машины 60 мм/мин. Плотность образцов после прессовани  составл ла 89%.

Представленные на фиг.1 данные показывают , что после спекани  по стандартному режиму (крива  1) порошкова  сталь Ж60Н4Д2М характеризуетс  высоким сопротивлением пластической деформации и высокими значени ми коэффициентов деформационного упрочнени  в области малых пластических деформаций. Заметное пластическое течение начинаетс  при напр жени х выше 700 МПа. Пластичность стали после стандартного спекани  невысока и составл ет 0,44. Разрушение стали носит хрупкий характер, о чем свидетельствует блест ща  поверхность разрушени ,

После спекани  при 720°С в печи СКЗ в среде диссоциированного аммиака механи- ческое поведение порошковой стали Ж60Н4Д2М коренным образом мен етс  (см кривую 2 на фиг, 1). Пластическое течение начинаетс  практически без признаков упругой деформации. Коэффициент деформационного упрочнени  очень низкий, в результате чего при деформации а 1,0 напр жение течени  составл ет 460 МПа. После спекани  по стандартному режиму при напр жении 460 МПа степень деформации Ј| 0,01. т.е. пластичность после спекани  при 720°С увеличиваетс  в 100 раз.

На фиг.2 представлена зависимость коэффициента консолидации С от степени деформации Ј| . Коэффициент консолидации С характеризует поведение тела в услови х пластической деформации, и дл  несжимаемого тела он равен 0,5. Из представленных на фиг.2 данных видно, что у порошковой стали Ж60Н4Д2М, спеченной при температуре 720°С, при испытани х на сжатие разрушени  не происходит (крива  1). При деформаци х Е от 0 до 0,4 сжатие спеченной заготовки сопровождаетс  ее уплотнением . При EI 0,4 порошкова  спеченна  заготовка ведет себ , как несжимаемое тело , т.е. ее деформирование происходит без уплотнени .

Указанные особенности пластической деформации после спекани  при 715 - 725°С нос т довольно общий характер и наблюдаютс  на всех порошковых стал х.

Если первое спекание осуществл етс  при температуре выше 725°С, то это вызва- ет формирование аустенита, распадающегос  при последующем охлаждении с образованием пластинчатых структур. Это не только не приводит к снижению наклепа спрессованных заготовок, но даже заметно повышает его, вследствие чего сопротивление пластической деформации возрастает и пластичность матрицы уменьшаетс  по сравнению со значени ми, полученными после спекани  при температуре 715 - 725°С(фиг.1, крива  3). Уменьшаетс  в этом случае и вклад в пластическую деформацию от проскальзывани  по межчастичным границам вследствие совершенствовани  характера св зей с повышением температуры спекани .

Если температура первого спекани  ом- бираетс  ниже 715 - 725°С. то это не обеспечивает восстановлени  компонентов 5 шихты до требуемых значений. Это иллюстрируетс  данными, представленными на фиг.1 (крива  4), Вследствие недостаточного восстановлени  порошковой стали Ж60Н4Д2М при температуре спекани 

0 650°С металлическа  св зь на межчастичных границах представл ет собой металл-окись или окись-окись, что приводит к низкой пластичности спеченной заготовки (как видно из фиг,1, разрушение спеченной

5 заготовки происходит при степени деформации Е 0,1).

Увеличение прочностных свойств порошковых углеродистых легированных сталей обусловливаетс  не только увеличением

0 плотности после предварительного спекани  при 715 - 725°С, но и образованием более совершенных св зей по межчастичным контактам. Наличие чистых восстанов- ленных поверхностей, в результате

5 спекани  при 715 - 725°С, низка  твердость компонент шихты, а также проскальзывание по межчастичным контактам способствует возникновению сцеплени  в процессе доуплотнени  и приводит к образованию

0 более совершенных металлических св зей при повторном спекании. Об этом свидетельствует изменение оттенка поверхности разрушени , которые станов тс  более блест щими .

5 Если первое спекание производитс  при температуре 650°С, то на межчастичных контактах остаютс  пленки оксидов. В этом случае при доуплотнении спеченной заготовки поверхностные слои деформируютс 

0 только упруго и сцеление между ними отсутствует .

Спекание при температурах выше 725°С приводит к уменьшению вклада в пластическую деформацию от проскальэыва5 ни  по межчастичным границам и увеличению степени наклепа матрицы. В результате этого растут упругие деформации при доуплотнении и ухудшаетс  сцепление по межчастичным контактам.

0

Способ осуществл етс  следующим образом .

Смешивают шихты из- металлических порошков с добавкой 0,5 - 0,8% стеарата

5 цинка, прессуют брикеты давлением 750 - 850 МПа, спекают при температуре 715 - 725°С в восстановительной атмосфере, повторно прессуют давлением 850 - 900 МПа, спекают при температуре 1150°С, провод т окончательную термообработку.

Пример изготовлени  цилиндрической шестерни с модулем 1,25, наружным диаметром 24мм, внутренним диаметром 12 мм и высотой 12 мм.

В качестве исходных материалов использовали порошки конструкционных сталей: частично легированные ПЖЧЛ, Н4Д2М, ПЖЧЛ Н2Д2М (ТУ 14-1-4393-87), гомогенно легированные, полученные распылением ПРХН2Ги ПРН2М (ТУ 14-1-4587-89). Смешивали шихту из исходных порошков с добавлением графита 0,3-0,6% и стеарата цинка 0,7 вес.%. Из представленных шихт давлением 800 МПа прессовали шестерни наружным диаметром 24,2 мм и внутренним диаметром 12,2 мм, спекали при температуре 720°С в восстановительной атмосфере, прессовали давлением 900 МПа в окончательной пресс-форме, спекали в атмосфере дисс.аммиака при температуре 1150°С, проводили закалку и отпуск по стандартному режиму.

В таблице приведены данные экспериментов по вли нию температуры предварительного спекани  на изгибную прочность зубьев шестерен, полученных из различных порошковых сталей по способу-прототипу и по предложенному способу.

Из приведенных данных видно, что предварительное спекание в интервале температур 715 - 725°С позвол ет повысить изгибную прочность порошковой стали по сравнению с прототипом в 1,55 раза (дл  стали ЗОН2М) до 1,8 раза (дл  стали 60Н4Д2М).

При изменении температуры первого спекани  как в сторону ее уменьшени , так и увеличени , прочностные характеристики зубьев шестерен уменьшаютс . Так, из представленной таблицы видно, что если в температурном интервале первого спекани  715 -,725°С Оизг. шестерен составл ет 36бкг/мм (пример 2, 3, 4), то после спекани  при 700°С Ойзг. снижаетс  до 280 кг/мм (пример 5), т.е. уменьшаетс  на 22,3%.

Уменьшение предела прочности зубьев шестерни на изгиб происходит и в том случае , когда первое спекание осуществл етс  при температурах выше 725°С. Так, если температура первого спекани  равна 750°С (пример 6), то Оизг снижаетс  до 300

кг/мм2, т.е. уменьшаетс  на 17,8%. Пример 7 показывает, что при увеличении температуры первого спекани  до 800°С предел прочности зубьев шестерни не превышает 280 кг/мм2, т.е. имеет такую же величину,

как и после спекани  при 700°С.

Аналогично поведение изгибной прочности шестерен, изготовленных из других марок порошковых конструкционных сталей . Таким образом, оптимальным технологическим режимом, позвол ющим существенным образом повысить прочностные характеристики изделий,  вл ютс  режимы, приведенные в примерах 2, 3, 4, 9, 10, 11, 16, 17, 18, 23, 24, 25, в которых температура первого спекани  равна 715 - 725°С.

Наилучший результат по изгибной прочности при применении предложенного способа показала порошкова  сталь 60Н4Д2М,

она выбрана дл  производства шестерен дл  стартера с редуктором планетарного типа .

По сравнению с прототипом (а и 200 кг/мм2) применение предложенного способа позвол ет получить ой 370 кг/мм2, что в 1,85 раз больше, чем у прототипа.

Предложенный способ прост в исполнении , не требует дл  своего осуществлени  специализированного печного и прессового

оборудовани  и может быть механизирован или автоматизирован.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ получени  изделий из порошковых конструкционных сталей, включающий приготовление шихты, прессование, предварительное спекание в защитной атмосфере , охлаждение, пластическое деформирование, окончательное спекание в

   защитной атмосфере и термообработку, отличающийс  тем, что, с целью повышени  прочности, предварительное спекание провод т при 715 - 725°С.

   б с , МПа

   IEOO

   г л 50,

   V V ) UU pr-

   0,40

   f

   О

   0,35

   О°.20,40,60,81,0

   Фиг. 2.

   ft