CS234979B1 - Sposob skompaktňovania nástrojových materiálov z disperzných častíc - Google Patents

Description

Vynález sa týká spósobu skompaktňovania nástrojových materiálov z disperzných častíc na báze železa s obsahom uhlíka vačším ako 2 % hmotnosti a s celkovým obsahom karbidotvorných prvkov vačším ako 20 % hmotnosti.

Doteraz známe zpósoby skompaktňovania disperzných častíc rýchlorezných ocelí sú vhodné pre častíce s určitou schopnosťou plastické] deformácie za studená. Schopnost častíc plasticky sa deformovat umožňuje použiť. lisovanie za studená, a tým získat polotovary roznych tvarov so zvýšenou hustotou a dostatočnou súdržnosťou. Požiadavka získania maximálnych hustot z disperzných častíc před závěrečnou operáciou skompaktňovania je mimoriadne důležitá najma pri výrobě tvarovaných nástrojov. Vysoká hustota a súdržnosť dosiahnutá lisováním za studená umožní získat vhodné východiskové polotovary pre závěrečné operácie skompaktňovania buď spekaním, alebo pre iné spůsoby skompaktňovania za súčasného působenia teploty a tlaku.

Priaznivé výsledky, získané vysokými rýchlos^ř'ami ochladzovania malých objemov taveniny, umožnili vyrábat z disperzných častíc také nástrojové materiály, ktoré svojím chemickým zložením vychádzajú zo zloženia' rýchlorezných ocelí, ale majú podstatné vyšší obsah uhlíka a niektorých, najma karbidotvorných legúr. Obsah uhlíka v týchto materiáloch je spravidla váčší ako 2 % hmotnosti. Zvačšenému obsahu uhlíka zodpovedá aj zváčšený obsah karbidotvorných prvkov. Z híadiska chemického a štruktúrneho zloženia zodpovedajú takéto materiály prevažne eutektickým a hypereutektickým zliatinám a majú, vzhladom na vysoký podiel tvrdých fáz, podstatné vačšiu odolnost oproti opotrebeniu ako rýchlorezné ocele. Disperzně částice týchto eutektických a hypereutektických zliatin majú vefmi vysokú tvrdost a preto ich nemožno lisovat za studená. Ani žíhanie na makko, ktoré sa používá u disperzných rýchlorezných ocelí, neumožní získat dostatočne makké a tvárné častíce, ktorých vlastnosti by aplikováním lisovania za studená umožnili získat polotovary s velkým podielom kontaktných plůch medzi jednotlivými částicemi, zabezpečujúcim minimálně zmrštenie, dostatočnú súdržnosť a intenzivnější ohřev polotovarov pri záverečnej etape skompaktňovania. Táto nemožnost získat z disperzných materiálov s vefmi nízkou schopnosťou plastickej deformácie lisováním za studená dostatočne husté a súdržné polotovary obmedzuje v súčasnosti aplikáciu různých spůsobov skompaktňovania prevažne iba na metody izostatického slisovania. Pri izostatickom lisovaní disperzných častíc nástrojových materiálov na báze železa s obsahom uhlíka vačším ako 2 % hmotnosti a celkovým obsahom karbidotvorných prvkov vačším ako 20 % hmotnosti sa tieto častíce, uzavřete v hermetickom obale, lisujú najprv za studená a následné izostaticky za. tepla pri teplotách v rozmedzí od 1100 do 1200 °C. Přitom výlisok je umiestnený v obale s tvarom získaným lisováním za studená. Nízká schopnost plastickej deformácie za studená u disperzných častíc sposobuje, že výlisok získaný lisováním za studená je >málo súdržný a po odstránení obalu by sa rožpadol.

U rýchlorezných ocelí vyrobených metodami odlievania ingotov a ich následného tvárnenia na tyčové polotovary bol zistený efekt subkritickej superplasticity. Znamená to, že tieto ocele v tepelnom intervale pod teplotou začiatku austenitizácie sa plasticky deformujú v podstatné vačšej miere ako pri obvyklých teplotách tvárnenia v austenitickej oblasti. Železo a jeho polymorfné zliatiny v procese fázových transformácií z teploty pod počiatkom austenitizácie na teplotu v oblasti austenitizácie a opačné, pričom cyklus ohřevu a ochladenia na uvedené teploty sa niekofkokrát po sebe opakuje pri konštantnom zatažení, sa výrazné plasticky deformujú, čo sa označuje ako efekt dynamickej superplasticity. Zliatiny s vefkosťou zrna mensou ako 10 μΐη, najmá eutektoidných a eutektických koncentrácii, sa za zvýšených teplůt vefmi výrazné plasticky deformujú, čo sa označuje ako efekt štruktúrnej superplasticity. Efekt subkritickej superplasticity sa využívá pri výrobě tvarových nástrojov z tyčových polotovarov rýchlorezných ocelí. Efekt štruktúrnej superplaslicity sa využívá pri tváření zliatin z farebných kovov, žiarupevných niklových zliatin alebo niektorých uhlíkových a nízkolegovaných ocelí. Východiskové polotovary před tvárněním sú buď vo formě plechov, tyčí, alebo rozměrných kompaktných telies. Pri skompaktňovaní disperzných častíc sa efekty superplasticity využívajú iba pri získávání vysokých hustůt výliskov z bielej liatiny v izometrických tvárniacich nástrojoch za teplot okolo 700 °C.

Vyššie uvedené nedostatky sa odstráni spůsobom skompaktňovania nástrojových materiálov z disperzných častíc na báze železa s obsahom uhlíka vačším ako 2 % hmotnosti a s celkovým obsahom karbidotvorných prvkov vačším ako 20 % hmotnosti podía vynálezu, ktorého podstata spočívá v tom, že nástrojový materiál v tvare disperzných častíc sa umiestni v hermetickom obale, v ktorom sa stlačí tlakom v rozsahu od 100 do 600 MPa a ohřeje na teplotu v rozmedzí od 350 do 950 °C v časovom intervale od 6 minút do 10 hodin. Nástrojový materiál v tvare disperzných častí možno tiež umiestniť v dutině lisovacieho nástroja, ktorý je vložený v hermetickom obale. K podstatě patří aj to, že stlačený nástrojový materiál v tvare disperzných častí, umiestnený v hermetickom obale alebo v dutině lisovacieho nástroja, ktorý je vložený v hermetickom obale, sa najprv ohřeje na teplotu v rozmedzí od 750 do 850 °C po dobu od 6 minút do 2 hodin a potom sa ohřeje na teplotu v rozmedzí od 850 do 950 °C po dobu od 6 minút do 2 hodin. Po tomto ohriatí sa nechá ochladit na povodnú teplotu od 750 do 850 °C po dobu od 6 minút do 2 hodin a znova sa ohřeje na teplotu v rozmedzí od 850 do 950 °C, pričom popísaný cyklus ohriatia a ochladenia sa opakuje 2- až lOkrát.

Spósobom skompaktňovania podl'a vynálezu sa získajú vysoké hustoty z takých eutektických a hypereutektických nástrojovových materiálov v tvare disperzných častíc, ktorých vlastnosti neumožňovali doteraz efektívne využit' predlisovanie za studená. Týmto spósobom sa vyrobia polotovary s uzatvorenou pórovitosťou a s hustotou vyššou ako 99 % hustoty odliateho materiálu. Z takýchto polotovarov možno odstranit hermetický obal a před závěrečnou operáciou skompaktňovania alebo v jej priebehu možno dodatočne meniť tvar polotovaru. Spósob skompaktňovania podl'a vynálezu možno využit aj pri lisovaní disperzných častíc na relativné přesné tvary v dutinách ohrievaných lisovacích nástrojov umiestnených vo vákuu alebo inertných, připadne riadených atmosférách. Vzhladom na pósobiace mechanizmy superplastickej deformácie dochádza iba k minimálnej difúznej interakcii medzi lisovaným materiálom a materiálom nástroja. Významnou přednostou spósobu skompaktňovania pódia vynálezu je skutočnosť, že vysoké hustoty polotovarov umožňujú uskutočnit závěrečná operáciu skompaktňovania pri relativné nízkých teplotách a v krátkých časových intervaloch, čím sa vo vefkej miere zachovajú priaznivé štruktúrne změny, získané vysokými rýchlosťami ochladzovania taveniny a dosiahne sa vysoká disperzia tvrdých fáz v štruktúre.

Příklad 1

Nástrojový materiál na báze železa s obsahom 2,5 % hmotnosti uhlíka, 1,5 % hmotnosti kremíka, 4 °/o hmotnosti chrómu, 8,0 percenta hmotnosti wolframu, 5 % hmotnosti molybdénu, 7 ^lO/o hmotnosti vanádu a 8 %í hmotnosti kobaltu v tvare disperzných častíc s velkosťou fáz mensou ako 10 gm, získaných vysokou rýchlosťou ochladzovania taveniny a teplotou počiatku austenitizácle 845 °C, umiestnený v hermetickom obale sa lisoval v izostatickom lise pri tlaku 158 MPa a teplote 840 °C po dobu 3 hodin. Hustota získaného skompaktneného výlisku bola 99,6 % z hustoty odliateho materiálu.

Přiklad 2

Nástrojový materiál so zložením a štruktúrou v tvare disperzných častíc ako v příklade 1, umiestnený v hermetickom obale, sa stlačil v izostatickom lise tlakom 178 MPa a ohrial na teplotu 800 °C pri zotrvaní na tejto teplote 1 hodinu. Následné sa ohrial teplotou 900 °C pri zotrvaní na tejto teplote po dobu 15 minút. Nechal sa ochladit na 800 °C pri zotrvaní na tejto teplote 1 hodinu a znova sa ohrial na teplotu 900 °C pri zotrvaní na tejto teplote po dobu 15 minút. Po tomto ohřeve následovalo ochladenie na izbovú teplotu. Hustota získaného skompaktovaného výlisku bola 99,7 % z hustoty odliateho materiálu.

Příklad 3

Nástrojový materiál so složením 2,3 % hmotnosti uhlíka, 1,6 % hmotnosti kremíka,

4.8 % hmotnosti chrómu, 5,3 % hmotnosti wolframu, 4,9 % hmotnosti molybdénu, 5,9 percenta hmotnosti vanádu a 7,6 % hmotnosti kobaltu so štruktúrou a v tvare disperzných častí ako v příklade 1 sa spracovával sposobmi popísanými v príkladoch 1 a 2. Hustota takto získaného skompaktneného výlisku bola vačšia ako 99,5 % z hustoty odliateho materiálu.

Příklad 4

Nástrojový materiál so zložením 3,1 % hmotnosti uhlíka, 1,8 % hmotnosti kremíka,

5.9 ’% hmotnosti chrómu, 4,6 % hmotnosti wolframu, 3,2 hmotnosti molybdénu, 11,6 percenta hmotnosti vanádu a 7,0 '% hmotnosti kobaltu so štruktúrou a v tvare disperzných častíc ako v příklade 1 sa spracovával sposobmi popísanými v príkladoch 1 a 2. Hustota takto získaného skompaktneného výlisku bola vačšia ako 99,5 % z hustoty odliateho materiálu.

Spósob skompaktňovania podl'a vynálezu je využitelný pri lisovaní disperzných častíc eutektických nástrojových materiálov v amorfnom stave a umožňuje získat tak kompaktně materiály s ultrajemnou kryštalickou štruktúrou.

Claims (3)

1. Spósob skompaktňovania nástrojových materiálov z disperzných častíc na báze železa s obsahom uhlíka vyšším ako 2 % hmotnosti a s celkovým obsahom karbidotvorných prvkov vyšším ako 20 % hmotnosti vyznačený tým, že nástrojový materiál v tvare disperzných častíc sa umiestni v hermetickom obale, kde sa stlačí tlakom v rozmedzí od 100 do 600 MPa a ohřeje na teplotu v rozmedzí od 750 do 950 °C v časovom intervale od 6 minút do 10 hodin.

2. Spósob podl'a bodu 1 vyznačený tým, že nástrojový materiál v tvare disperzných

V-YNALEZU častíc sa umiestni v dutině lisovacieho nástroja, vloženého v hermetickom obale.

3. Spósob podl'a bodov 1 a 2 vyznačený tým, že nástrojový materiál v tvare disperzných častíc sa ohřeje na teplotu v rozmedzí od 750 do 850 °C po dobu 6 minút až 2 hodin s následným ohriatím na teplotu v rozmedzí od 850 do 950 °C po dobu od 6 minút do 2 hodin a nechá sa ochladit na povodnú teplotu v rozmedzí od 750 do 850 °C, pričom ohriatie a ochladenie na udané teploty sa opakuje 2- až lOkrát.

severografia, n. p., závod 7, Most

Cena 2,40 Kčs