CS258222B1 - Práškové nízkolegovaná ocel a spósob jaj výroby - Google Patents

Description

Vynález sa týká práškovej nízkolegovanej konštrukčnéj ocele, ktorá sa s výhodou použije na výrobu súčiastok postupmi práškovej metalurgie, prevážne kováním a pretláčaním.

Strojové súčiastky, namáhané v prevádzke dynamicky, u ktorých sa preto požadujú predovšetkým vysoké húževnatostné vlastnosti materiálu, často v spojení tvrdosťou na zvýšenie odolnosti napr. voči opotrebeniu a vzniku únavových porúoh, postupmi práškovej metalurgie sa vyrábajú přednostně z úplné předlegovaných práškov rozstrekovaných vodou. Na uvedené účely prevážne sa používá prášok základného chemického zloženia Fe - 2 4 Ni - 0,5 4 Mo a v značné menšom rozsahu prášky modifikovaného chemického zloženia, ako napr. Fe - 0,4 4 Mn - 0,3 % Ni - 0,3 % Mo - 0,3 4 Cr.

Základnými ledujúcimi prvkami ale zostávajú nikel a molybdén, pretože ich oxidy sú lahko redukovatelné v redukčných atmosférách bežnej prevádzkovej Čistoty napriek tomu, že sú to drahé a deficitné prvky. Hlavným nedostatkom uvedených ocelových práškov je malá variabilnosť chemického uloženia a problémy s legováním z hladiska vlastností efektivnějšími prvkami ako sú Mn, Cr a Si. Je to spósobené tým, že takéto prášky sa vyrábajú rozstrekovaním. Na dosiahnutie požadovanéj tvrdosti, súčiastky z týchto práškov možno v závislosti od koncentrácíe uhlíka chemicko-tepelne spracovať alebo tepelne zúšlachťovať.

Tak možno u súčiastok plnej hustoty dosiahnuť tvrdosť i do 65 HRC. Súčiastky lisované z práškov legovaných prevážne niklom a molybdénom sa spekajú pri teplotách 1 100 až 1 120 °C v atmosférách rosného bodu obvykle do -25 °C. Na dosiahnutie plnej hustoty takéto súčiastky sa kujú pri obvyklých teplotách, alebo mĎžu sa za tepla pretláčať. Nedostatkom výroby práškov rozstrekovaním vodou je, že v případe legovania prvkami, ako sú Mn, Cr a Si, nie je možné dosiahnuť požadovaný nízký obsah kyslíka, pretože sú to prvky vysokej afinity ku kyslíku a ich oxidy, ktoré zvnikajú pri rozstrekovaní kovověj taveniny, sú ťažko redukovatelné, a to len pri vysokých teplotách, kde sa prášok speká. To sa prejavuje už aj na prášku uvedeného modifikovaného chemického zloženia s vyšším obsahom kyslíka v porovnaní s práškom bez prídavkov Mn a Cr.

Calšou nevýhodou rozstrekovaných predlegovaných práškov je, že sú tvrdšie a preto horšie lisovatelné, čo má za následok i vyššie opotrebenie lisovacích nástrojov. Nevýhodou rozstrekovaných práškov tiež je, že z výrobných dóvodov možno z jedného druhu prášku vyrobiť najmenšie množstvo asi 5 t, čo je závislé od velkosti taviacej pece.

Uvedené nedostatky sú odstránené podlá vynálezu, ktorého podstata spočívá v tom, že prášková nízkolegovaná ocel, určená přednostně na výrobu súčiastok plnej hustoty postupmi práškovej metalurgie, podrobených v prevádzke prevážne dynamickému namáhaniu, obsahuje hmotnostně 0,2 až 1,0 4 C a 0,3 až 2,04Mna jeden prvok vybratý zo skupiny prvkov, pozostávajúcej z 0,2 až 1,0 4 Si; 0,3 až 1,0 4 Ni; 0,2 až 0,5 4 Mo; 0,3 až 1,5 4 Cu a 0,1 až 0,3 4 P. a kombináciu dvoch alebo viacerých z uvedených prvkov. Zvyšok v uvedenej práškovej oceli do 100 4 tvoria nevyhnutné znečisteniny a železo. Uvedená prášková nízkolegovaná ocel sa vyrobí tak, že k železnému prášku sa pridajú uvedené legúry v práškovej formě.

Potom sa tieto komponenty s prídavkom mazadla zmiešajú a z takto vzniklej práškovej zmesi sa vylisujú v uzavretom nástroji za studená výlisky hustoty 5,5 až 7,3 g.cm , ktoré sa potom spekajú v ochrannej atmosféře pri teplotách 1 100 až 1 350 °C počas 120 až 5 minút, nato sa vyspekané telesá tvária za tepla na plnú hustotu s výhodou kováním a pretláčaním. Telesá plnej hustoty v závislosti od koncentrácie uhlíka sa s výhodou chemicko-tepelne spraoujú alebo tepelne zušlachťujú.

Výhodou práškovej ocele podlá vynálezu je, že umožňuje pohotové i nižšie legovanie drahými legúrami, ako sú nikel, molybdén a med, ale umožňuje aj legovanie prvkami vysokej afinity ku kyslíku v uvedených koncetracích, ako sú mangán, chróm a křemík osobitne, alebo v spojení s prvkami z predchádzajúcej skupiny, ktoré sú lacnejšie a přitom spósobujú vyššie spevnenie.

258221

Sú možné různé kombinácie legujúcich prvkov v rámci uvedenej skupiny. Ďalšou výhodou tejto ocele je, že možno z nej připravit podlá potřeby i menšie množstvá osobitného zloženia. Uvedeným spůsobom připravená ocel má vyššiu lisovatelnost, pre přítomnost mSkkého železného prášku v zmesi. Túto ocel, i v případe legovania prvkami, ako sú Mn, Cr a Si, možno úspěšně spékať v atmosférách prevádzkovej čistoty napriek tomu, že z termodynamického hladiska by bola potřebná na ich spekanie atmosféra rosného bodu aspoň -40 °C.

Je to spůsobené tým, že mangán přidaný k železnému prášku, a to ako elementárny prvok, alebo feromangán, alebo ako iná predzliatina obsahujúca mangán, počas spekania sublimuje. Vznikajúoe páry mangánu vytvárajú potom vlastnú ochranu oproti oxidácii legujúcich prvkov v materiálovom systéme reakciou s kyslíkom z ochrannéj atmosféry. Potřebná homogenita štruktúry týchto ocelí sa dosiahne spekanim pri uvedených vyšších teplotách. Následné telesá plnej hustoty sa s výhodou chemicko-tepelne spracujú alebo zušlachťujú. Tým sa dosiahnu v konečnom stave požadované húževnatostné vlastnosti a tvrdost. Táto cocel je v práškovej formě v konečnom důsledku aj laonejšia.

Příklad 1

K železnému prášku bol přidaný mangán a uhlík vo formě uhlíkového feromangánu v množstve, odpovedajúcom hmotnostnej koncentrácii 2,5 % Mn a 0,31 % C, molybdén vo formě feromolybdénu v množstve odpovedajúcom 0,5 í Ho a 0,8 % stearánu zinočnatého ako mazadlo. Po premiešaní _3 z tejto práškovej zmesi bolí vylisované výlisky hustoty 6,2 g.cm , ktoré boli spekané pri teplote 1 220 °C počas 30 minút v štiepenom Čpavku. Spekané predtvarky boli po ohřeve v dusíku pri teplote 1 050 °C kované na polovýrobky vonkajších krúžkov kuželíkového ložiska 30 207 relatívnej hustoty 98 %, ktoré boli potom v nevyhnutnom rozsahu trieskovo opracované.

Po nasledujúcom chemicko-tepelnom spracovaní cementáciou krúžky boli obvyklým spůsobom brúsené a boli zmontované na ložiská, ktoré boli skúšané na základné trvanlivost. Za normovaných podmienok pri skúšobnom zatažení 22 580 N pri frekvenii otáčania 2 800 ot.min ⁴ ložiská dosiahli trvanlivost 51,5 hodin, čo představuje 177 % v porovnaní s požadovanou minimálnou katalogovou travanlivosťou pre toto ložisko vyrobené klasickou technológiou z valcovanej ložiskovej ocele, ktorá je 29 h pre uvedené podmienky skúšky.

Příklad 2

K železnému prášku obsahujúcom 0,35 % Mn bol priadný práškový nikel v množstve 1 %. práškový feromolybdén v množstve odpovedajúcom 0,3 % molybdénu, uhlík vo formě grafitu v množstve 0,4 % a mazadlo v množstve 0,8 % hmotnostných. Po premiešaní z tejto práškovej zmesi boli za rovnakých podmienok ako v příklade 1 vylisované, spekané a vykované polovýrobky toho samého typu krúžku. Ložiská zmontované s týmito krúžkami pri skúške na základnú trvanlivost pri frekvencii otáčania 4 200 ot.min^-^ dosiahly bez porušenia předmětných krúžkov trvanlivost 53 h, čo odpovedá 115 % v pórovaní s požadovanou katalogovou trvanlivosťou pre tento typ ložísk, vyrobených z liatej ocele, ktorá za použitých podmienok namáhania je 46 hodin.

Na prikladoch bolo preukázané, že prášková ocel a spůsob jej výroby podlá vynálezu možno úspěšně využit aj na výrobu takých náročných súčiastok, ako sú napr. krúžky valivých ložísk. Tieto súčiastky sú typickým predstavitelom súčiastok namáhanách na kontaktnú únavu, pri ktorej k vzniku porúch dochádza iba v tenkej podpovrchovej vrstvě materiálu obežnej dráhy. Podlá doterajšieho spůsobu použila bý sa prášková nízkolegovaná ocel obsahujúca 2 % Ni a 0,5 % Mo, pričom prášok by bol rozstrekovaný. Túto ocel možno úspěšně využit aj na výrobu ozubených kolies, ojníc, motorov a pod. Vynález je využitelný v priemysle práškovej metalurgie s priamou aplikáciou na výrobu súčiastok prě priemysl valivých ložísk ale aj pre iné strojárske odvetvia za ekonomicky výhodnějších podmienok v pórovaní s terajšou výrobou.

Claims (2)

1 % Ni, 0,2 až 0,5 % Mo, 0,3 až 1,5 % Cu, 0,1 až 0,3 % P a kombináciou dvoch alebo viacerých z uvedených prvkov, pričim zvyšok, okrem znečištěním, tvoří železo.

1. Prášková nízkolegovaná ocel vyznačená tým, že obsahuje hmotnostně 0,2 až 1 % C a 0,3 až 2 % Mn a jeden prvok zo skupiny prvkov, pozostávajúcej z 0,2 až 1 % Si, 0,3 až

2. SpŮsob výroby nízkolegovaná oceli podía bodu 1 vyznačené tým, že sa vyrobí tak, že k železnému prášku sa pridajú uvedené prvky v práškovéj formě, potom sa tieto komponenty zmiešajú s prídavkom mazadlá a z takto vzniklej práškovej zmesi sa vylisujú v uzavretom

..o nástroji za studená výlisky hustoty 5,5 až 7,3 g.cm , ktoré sa potom spekajú v ochrannej atmosféře pri teplotách 1 100 až 1 350 °C počas 120 až 5 minút, na to sa vyspekané telesá tvárnia za tepla na plnú hustotu s výhodou kováním a pretláčaním.