Способ изготовления биметаллических изделий из порошков быстрорежущей стали

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю В 22 F 7/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР у )чч

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 4 (. )

О

О

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ . (21) 4815107/02 (22) 06.03.90 (46) 23.05.92. Бюл. N. 19 (71) Украинский научно-исследовательский институт специальных сталей, сплавов и ферросплавов (72) И.А.Поспелов, Ю.M.Ñêðûí÷åíêî, И.К.Нещадим, . А.С.Яценко, Г.А.Шаманов, А,Ф.Клименко, А.Б,Куратченко, Л.И.Поспелова, Е.Н.Барков и А.К.Клюев (53) 621,762(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N988456,,кл. B 22 F 7/04, 1983.

Заявка Японии N 58-53684, кл. В 22 F 7/06, 1983, Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения биметаллических заготовок из порошков быстрорежущей сталй, и может быть использовано при изготовлении валков прокатных станов и режущего инструмента.

Известен способ изготовления биметаллических изделий, включающий установку в капсулу сердечника из низколегированной стали, загрузку порошка быстрорежущей стали и загрузку порошка в качестве промежуточного слоя из материала сердечника, нагрев и горячее прессование.

Недостатком известного способа являются трудоемкость и сложность получения заготовок по причине необходимости изготовления компактного сердечника и засыпки промежуточного слоя, а также невозможность эффективно утилизировать отходы в качестве высоколегированной

„„SU ÄÄ 1734954 А1 (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ (57) Область применения: изготовление валков прокатных станов и режущего инструмента. Сущность изобретения: порошки из быстрорежущей стали засыпают в прессформу, разделенную перегородкой, причем материал стали внутреннего слоя содержит углерода в 2 — 3 раза меньше, чем материал стали наружного слоя, удаляют перегородку и проводят горячее изостатическое прессование, 1 табл. электросталеплавильной шихты вследствие использования в качестве биметаллической пары материалов, значительно отличающихся по химическому составу.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является способ изготовления биметаллических изделий и порошков быстрорежущей стали, включающий засыпку порошков различного состава в и ресс-форму, разделен ную перегородкой на зоны, удаление перегородки, вибрацию, спекание и горячую обработку давлением, Недостатками известного способа являются сложность технологического процесса и низкая эффективность утилизации отходов.

Цель изобретения — упрощение технологического процесса и повышение эффективности утилизации отходов при сохранении качества изделий.

Цель достигается тем, что согласно способу изготовления биметаллических изде1734954

55 лий из порошков быстрорежущей стали, включающему засыпку порошков различного состава в пресс-форму, разделенную перегородкой на зоны, удаление перегородки, вибрацию, спекание и горячую деформацию, во внутреннюю зону пресс-формы засыпают порошок стали с содержанием углерода в 2 — 3 раза меньшим, чем в порошке стали, засыпаемом в наружную зону, Засыпка во внутреннюю зону прессформы порошка стали с содержанием углерода в 2 — 3 раза меньшим, чем в порошке стали, засыпаемом в наружную зону, обеспечивает упрощение технологического процесса при сохранении высокого качества изделий за счет исключения операции тонкого измельчения и подготовки по крупности двух различных порошков, а также повышение эффективности утилизации отходов (изделий после эксплуатации) в качестве высоколегирован ной электросталеплавильной шихты за счет использования в качестве биметаллической пары порошковых материалов, отличающихся по химическому составу только содержанием углерода (исключается необходимость предварительного переплава отходов — отработавших изделий).

Химический состав порошка быстрорежущей стали, засыпаемого во внутреннюю зону пресс-формы, принят на основании обеспечения оптимального соотношения механической вязкости и теплофизических свойств между слоями, При уменьшении содержания углерода в порошке быстрорежущей стали, засыпаемого во внутреннюю зону пресс-формы, более чем в 3 раза, приводит к тому, что сталь из мартенситного класса переходит в ферритный, Ферритная сталь не претерпевает полиморфных превращений в процессах нагрева и охлаждения, что характерно для мартенситной стали. Это способствует повышенной склонности к напряжениям на границе слоев стали различного класса и трещинообразованию в биметаллических заготовках, При уменьшении содержания углерода в порошке быстрорежущей стали, засыпаемого во внутреннюю зону пресс-формы, менее чем в 2 раза, различие в вязкостных свойствах стали снижается до уровня, при котором в случае возникновения трещины в наружном слое на границе раздела слоев снижается сопротивление к ее распространению внутрь заготовки, что может привести к аварийной ситуации, например к поломке прокатных валков.

Пример. В пресс-форму диаметром

500 мм с концентрично установленной в ней тонкостенной перегородкой в виде трубы диаметром 280 мм, в образованную между стенками пресс-формы и перегородки зону засыпают порошок быстрорежущей стали

P6M5K5-Mll с содержанием углерода

1,08, а во внутреннюю зону пресс-формы засыпают порошок стали Р6М5К5-МП с содержанием углерода 0,4 О . Затем перегородку удаляют, вибрируют и в зоне соединения порошков образуется смешанный переходный слой, Верхнюю часть прессформы закрывают крышкой с прокладкой, и роизводят вакуумирование, герметизацию, горячее изостатическое прессование в среде аргона при 1150 С и давлении 100

МПа. Затем пресс-форму нагревают до

1140 — 1130 С и производят ковку на радиально-ковочной машине (PKM) усилием

10МН с получением деформированной биметаллической заготовки, например, наружным диаметром 160 мм. Из полученных заготовок затем изготавливают рабочие валки для станков холодной прокатки или режущий инструмент.

Испытания предлагаемого способа были проведены при граничных(опыты N -2, 4), оптимальном (опыт N 3) и запредельных (опыты N 1, 4, 5) значениях отличительного признака.

Результаты испытаний приведены в таблице 1.

По сравнению с известным предлагаемый способ обеспечивает упрощение технологического процесса при сохранении высокого качества изделий и повышение эффективности утилизации отходов — использование отработавших изделий в качестве высоколегированной электросталеплавильной шихты, Формула изобретения

Способ изготовления биметаллических изделий из порошков быстрорежущей стали, включающий засыпку порошков различного состава в пресс-форму, разделенную перегородкой на зоны, удаление перегородки, вибрацию, спекание и горячую обработку давлением, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью упрощения технологического процесса и повышения эффективности утилизации отходов при сохранении качества изделий, во внутреннюю зону пресс-формы засыпают порошок стали с содержанием углерода в 2 — 3 раза меньшим, чем в порошке стали, засыпаемом в наружную зону, 1734954

Опыт

Биметаллическая заготовка

Рез льтаты испытаний

Примечание

Наружный слой

ЦентральНЫЙ СЛОЙ

Твердость, НВСЗ

Ударная

ВЯЗКОСТЬ, КС, МДж/м

П редлагаемый способ

0,15 - 0,20

3400 -3700

3600-3900

66- 67

64- 65

1,5

0,20 — 0,25

0,15 — 0,20

3400-3700

66- 67

2,0

0,35 — 0,50

0,15- 0,20

4000-4100

3400-3700

62-63

66- 67

2,7

0,60- 0,70

0,15 — 0,20

4050-4250

3400-3700

4230-4320

3400-3700

60- 61

66- 67

58- 59

66- 67

С=1,08

3,0

0,85 — 0,90

0,15 - 0,20

3,5

0,65 — 0,80

Оа15 - 0,20

3650-3750

3400-3700

57- 58

66- 67

35-40

4,3

0,60 - 0,70

Стержень из стали

4Х5М Ф С

3400-3700

0,15 — 0,20

66- 67

44-45

2,6

Известный

0,40 — 0,55

П р и м е ч а н и е. B числителе — свойства в наружном слое заготовки, в знаменателе— свойства в центральном слое.

Порошковая сталь

P6M5K5—

МП С=

1,08 %

ПорошкоВая сталь

P6M5K5—

МП С=

0,72 %

С=0,54 %

C=0,40%

С=0,36

С = 0,31%

С = 0,25%

Отношение содержания углерода в наружном и центральном слоях

Предел прочности на изгиб, Oизг, МПа

В центральном и наружном слоях сталь мартенситноro класса

tl

1

В центре сталь феррито-ма ртенситного класса в наружном слое мартенситноВ центральном и наруж-, ном слоях стали мар- тенситногс класса