Спосіб одержання спечених сталей, легованих марганцем

1. Спосіб одержання спечених сталей, легованих марганцем, що включає підготовку ши хти, яка складається з порошків заліза та марганце 3 20133 Недоліком відомого способу є відносно низький рівень гомогенності отриманих матеріалів, що обумовлено складністю їх гомогенізації при звичайно застосовуваних на практиці температурах спікання, і великою спорідненістю марганцю до кисню. Для підвищення рівня гомогенності спікання таких матеріалів проводиться, як правило, при високих температурах і тривалих витримках, що призводить до значного росту зерна та негативно відзначається на фізико-механічних та експлуатаційних властивостях отриманих матеріалів. В основу корисної моделі "Спосіб одержання спечених сталей, легованих марганцем", який включає підготовку ши хти, що складається з порошків заліза та марганцевмісної лігатури, пресування заготовок та їх спікання, поставлено задачу шляхом того, що в якості марганцевмісної лігатури порошок евтектичного сплаву системи Mn-Сu-Fe при співвідношенні компонентів марганцю та міді (мас. %) як (30¸60)Mn:(70¸40)Сu, при цьому, марганцевмісну лігатуру синтезують шля хом відпалу шихти із суміші порошків міді та феромарганцю в вакуумі або захисному газовому середовищі при температурі 950-1140°С та наступним подрібненням отриманої губки, забезпечити зниження температури спікання та підвищити якість отриманих матеріалів за рахунок утворення рідкої фази, що сприяє інтенсифікації гомогенізації сплаву. Використання в якості марганцевмісної лігатури порошку евтектичного сплаву системи Mn-СuFe дозволяє суттєво знизити температуру спікання в результаті появи евтектичної складової при відносно низьких температурах та дозволяє забезпечити інтенсивне сплавоутворення в процесі спікання пресовок при температурах 1150-1180°С, в той час як при використанні способу-найближчого аналогу (тобто при введенні марганцю у складі феромарганцю), мінімальна температура спікання, яка дозволяє забезпечити необхідний рівень характеристик спеченого матеріалу, складає не менше 1200°С [див.: Напара-Волгина С.Г., Маслюк В.А., Орлова Л.Н. // Порошковая металлургия. - 2005. №3/4. - С.29]. В свою чергу, можливість зниження температури спікання призводить до подрібнення структури спеченого матеріалу, що забезпечує підвищення його фізико-механічних (міцність на згин, ударна в’язкість) та експлуатаційних властивостей. Вказане співвідношення елементів марганцевмісної лігатури пояснюється необхідністю забезпечення евтектичної складової під час спікання при температурах 1140-1180°С, причому більшому вмісту марганцю та міді відповідає менший вміст заліза та навпаки. Вміст міді в лігатурі зумовлений як необхідністю оптимізації загального її вмісту в спеченому матеріалі, який складає для конструкційних матеріалів, як правило, 1-4%, так і оптимальним співвідношенням елементів в системі MnСu для забезпечення мінімального температурного діапазону існування евтектичної складової, який складає (30-60)% Mn-(70-40)% Сu. При цьому, збільшення вмісту заліза в складі лігатурі понад 30% призводить до значного збільшення температури появи рідкої фази, а його зменшення (менше 20%) - до відповідного зменшення вмісту марганцю в 4 матеріалі при їх фіксованому співвідношенні у складі вихідного феромарганцю. Для експериментального підтвердження заявленого технічного рішення були виго товлені зразки спечених марганцевмісних сталей за двома технологічними схемами: - відповідно до способу-найближчого аналогу, що включає підготовку шихти з порошків заліза, міді та феромарганцю, пресування заготовок та їх спікання. - за технологією відповідно до запропонованого способу, що включала синтез марганцевмісної лігатури шляхом відпалу шихти із суміші порошків міді та феромарганцю при температурі 9501140°С, наступне подрібненням отриманої губки, підготовку ши хти з порошків заліза та марганцевмісної лігатури з порошку евтектичного сплаву системи Mn-Cu-Fe, пресування заготовок при 700МПа та їх спікання у водні при температурах 1160°С. З використанням даної схеми було виготовлено п’ять складів сталі при різному розрахунковому співвідношенні інгредієнтів лігатури, які відрізнялись технологічними режимами синтезу марганцевмісної лігатури та спікання пресовок. Після спікання із отриманих матеріалів виготовляли зразки для визначення міцності на згин та твердості, та проводили порівняльний аналіз отриманих результатів. Як показали результати дослідження режимів синтезу марганцевмісної лігатури, при температурах нижчих за 950°С в системі не з'являється достатня кількість рідкої фази, наявність якої забезпечує отримання гомогенних порошків евтектичного сплаву системи Мn-Сu-Fe. При температурах більших за 1140°С відбувається практично повне підплавлення шихти, що унеможливлює ефективне її подрібнення для одержання кондиційного порошку лігатури. Тому в наступних експериментах використовували ши хту, отриману відпалом у вказаному інтервалі температур (9501140°С). Приклад 1 Відповідно до способу-найближчого аналогу готували ши хту з порошків заліза, міді та феромарганцю; з отриманої шихти пресували заготовки при 700МПа та проводили їх спікання у атмосфері водню при температурах 1150 та 1200°С на протязі 1год. Склад шихти відповідав наступному розрахунковому складу її елементів: 0,6% С - 0,5% Сu 0,5% Mn - Fe - основа (див. табл., зразки №1-2). Приклад 2 За технологією відповідно до запропонованого способу, що включала синтез марганцевмісної лігатури шляхом відпалу шихти із суміші порошків міді та феромарганцю (з 45% марганцю) при температурі 1050°С, наступне подрібнення отриманої губки, підготовку ши хти з порошків заліза, 0,6% С та 1,8% марганцевмісної лігатури з евтектичного сплаву системи Mn-Сu-Fe, пресування заготовок при 700МПа та їх спікання у водні при температурі 1160°С протягом 1год. Склади використовуваних ліга тур, режими спікання та результати дослідження механічних характеристик спечених сплавів приведені в таблиці. 5 20133 Як показують результати випробувань дослідних зразків, використання заявленого технічного рішення дозволяє отримати матеріали з вищими показниками міцності на згин та твердості у порівнянні із способом-прототипом. В той же час, зменшення вмісту марганцю в лігатурі нижче граничних значень при відповідному збільшенні вмісту міді призводить до значного пониження характе 6 ристик матеріалу в результаті зменшення рівня легованості останнього марганцем, а перевищення його вмісту понад граничний значно зменшує ступінь гомогенності матеріалу внаслідок зменшенні кількості евтектичної складової при синтезі лігатури, що також призводить до пониження фізико-механічних характеристик спечених сплавів. Таблиця № п/п 1* 2* 3 4 5 6 7 Співвідношення Мn та Сu в лігатурі (мас. %) Мn Сu 50 50 50 50 30 70 60 40 40 60 20 80 70 30 Температура спікання, °С 1150 1200 1160 1160 1160 1160 1160 sзг., МПа НВ, МПа 790 1160 1190 1310 1260 860 890 1570 2110 2160 2340 2240 1720 1980 *3разки матеріaлів, виготовлених з використанням способу-прототипу, інші (№3-7) - з використанням заявленого технічного рішення. Крім того, використання запропонованого технічного рішення дозволяє значно зменшити температуру спікання (до 1150-1160°С замість 1200°С у способі-найближчому аналогу) для отримання спеченого матеріалу із задовільним рівнем відносної щільності та механічних характеристик. Комп’ютерна в ерстка А. Рябко Корисна модель відноситься до галузі порошкової металурги і може бути використаний для одержання виробів конструкційного призначення із спечених порошкових матеріалів на основі легованих марганцем сталей. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601