Заготовка і спосіб виготовлення заготовки для виробів зі сплавів залізо-кобальт-молібден/вольфрам-азот

Номер патенту: 113548

Опубліковано: 10.02.2017

Автори: Келлеци Герт, Турк Крістоф, Танцер Роберт

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Заготовка для виготовлення виробів або інструментів з дисперсно-зміцнюваного сплаву з хімічним складом, мас. %:

Со від 15,0 до 30,0

Мо до 10,0

W до 25,0

(Mo+W/2) від 10,0 до 22,0

N - 0,005-0,12

решта - Fe і неминучі домішки, причому

підданого обробці порошковою металургією і/або деформацією, причому заготовка скомпонована у вигляді інтерметалевих фаз типу (FeCo)6(Mo+W/2)7 у матриці (Fе+(29×мас. % Со))+приблизно 1 мас. % Мо, причому в матриці відсутні упорядковані атомні структури Fe й Со і значною мірою знижено формування упорядкованої структури Fe-Co, при цьому матеріал заготовки має твердість менше 40 HRC, ударну в’язкість К для зразків без надрізів 16,0 Дж і відносне видовження під час розриву при випробовуванні на розтягнення більше 6,5 %. 

2. Заготовка за п. 1, яка відрізняється тим, що матеріал має межу міцності при розтягненні менше 1220 МПа, а межу текучості - менше 825 МПа.

3. Спосіб виготовлення заготовки для виробів або інструментів з дисперсно-зміцнюваного сплаву з хімічним складом, мас. %:

Co від 15,0 до 30,0

Мо до 20,0

W до 25,0

(Mo+W/2) від 10,0-22,0

N - 0,005-0,12

решта - Fe і неминучі домішки, що має поліпшену оброблюваність, у якому

матеріал заготовки, виготовлений за допомогою порошкової металургії, підданий деформації й м'якому відпалу, піддають спеціальній термообробці для порушення упорядкованої атомної структури атомів (Fe-Co) у матриці, що включає нагрівання й відпал заготовки при температурі між 600 і 840 °C протягом більше 20 хв. з подальшим охолодженням заготовки при l менше 3 для забезпечення твердості матеріалу заготовки на рівні нижче 40 HRC і ударної в'язкості К для зразків KV без надрізів, понад 16,0 Дж.

4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що матеріал заготовки після спеціальної термообробки має межу текучості RPO,2 менше 825 МПа, межу міцності при розтягненні Rm менше 1220 МПа і відносне видовження при розриві Ас при випробуванні на розтягнення більше 6,5 %.

Текст

Реферат: Винахід належить до галузі металургії, а саме - до способу виготовлення заготовки для виробництва виробів або інструментів з дисперсно-зміцнюваного плаву з хімічним складом у мас. %: Со - 15,0-30,0, Мо до 20,0, W до 25,0, (Mo+W/2) 10,0-22,0, N 0,005 - 0,12, решта Fe і UA 113548 C2 (12) UA 113548 C2 неминучі домішки, причому матеріал заготовки виготовлений методами порошкової металургії, підданий спеціальній термообробці для порушення упорядкованої атомної структури атомів (Fe-Co), яка включає нагрівання й відпал заготовки при температурі 600-840º С протягом 20 хв. З подальшим охолодженням заготовки при λ менше 3 для забезпечення твердості її матеріалу нижче 40 HRC і ударної в'язкості K для зразків КV без надрізів більше 16,0 Дж. Заготовка зазначеного вище хімічного складу оброблена методами порошкової металургії і/або деформацією і скомпонована у вигляді інтерметалевих фаз типу (FeCo)6(Mo+W/2) у матриці (Fe+(29×мас.% Co))+приблизно 1 мас.% Mo, причому у її матриці відсутні упорядковані структури (Fe-Co), а матеріал заготовки має твердість менше 40 HRC, ударну в'язкість K для зразків без надрізів 16,0 Дж і відносне видовження під час розриву при випробуванні на розтягнення більше 6,5 %. Винахід забезпечує підвищення оброблюваності виробів або інструментів, виготовлених з матеріалу заготовки при значному рівні його механічних властивостей. UA 113548 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі порошкової металургії, а саме - до виробів зі сплавів залізокобальт-молібден/вольфрам-азот і їх виготовлення. Точніше винахід стосується заготовки для виготовлення виробів і способу удосконалення оброблюваності дисперсійно-зміцнюваних сплавів залізо-кобальт-молібден/вольфрам-азот. Інструменти або вироби з дисперсійно-зміцнюваних сплавів залізо-кобальтмолібден/вольфрам-азот з хімічним складом у мас. %: кобальт від 15,0 до 30,0 молібден до 20,0 вольфрам до 25,0 молібден+0,5 вольфрам 10,0-22,0, азот 0,005-0,12, залізо і зумовлені виготовленням домішки - решта, відомі й розкриті, наприклад, в австрійському патенті AT 505 221 В1. Виготовлення заготовки переважно відбувається способом порошкової металургії (РМ), за рахунок якого забезпечується гомогенна структура оброблюваного матеріалу. Фахівцеві відомо виготовлення за допомогою порошкової металургії, зокрема гарячим ізостатичним пресуванням (НІР), блока (НІР-блок) з легованого, розпиленого з розплаву порошку, і тому не потрібні ніякі додаткові пояснення. Спосіб виготовлення виробів включає гарячу деформацію НІР-блока з подальшим охолодженням, після чого матеріал Fe-Co-Mo/W-N має твердість в основному 48-53 HRC, стає крихким і не допускає ніякої істотної обробки. Тому для підготовки до виготовлення виробу, зокрема, інструмента, здійснюється пом'якшувальний відпал деформованого блока або заготовки, в аустенітній зоні, тобто при температурі сплаву понад температури АС3, з подальшим повільним охолодженням. Така термообробка веде до зменшення твердості матеріалу приблизно до 41 HRC і вище, до в'язкості, або до ударної в'язкості К, близько 14 Дж і до видовження під час розриву близько Ас=4 % під час випробування на розтягнення. У будь-якому випадку, точне за розмірами виготовлення виробу, відповідно інструмента, навіть з підданої м'якому відпалу заготовки або підданого м'якому відпалу напівпродукту, шляхом обробки різанням є трудомістким, причому правка або центрування фасонних деталей часто спричиняє руйнування заготовки. Остаточна термообробка деталі, виготовленої з заготовки, як правило, здійснюється шляхом термообробки з обробкою на твердий розчин з подальшими загартуванням і відпуском, причому твердість матеріалу відповідно досягає 68 HRC. Виріб, деталь або інструмент зі сплаву Fe-Co-Mo/W-N має найкращі експлуатаційні властивості за множиною особливих вимог, однак вимагає трудомісткого виготовлення, зумовленого використовуваним матеріалом. Винахід має задачу створення заготовки зі сплаву вищезазначеного складу, з якої, скорочуючи витрати, можуть виготовлятися високоточні вироби або інструменти. Окрім того, в основу винаходу поставлена задача зменшення твердості заготовки, збільшення в'язкості й звуження під час розриву матеріалу й тим самим — поліпшення оброблюваності сплаву й підвищення економічності його обробки. Вказана задача для подібної заготовки досягається, коли вона скомпонована з інтерметалевих фаз типу (FeCo)6(Mo+W/2)7 у матриці типу (Fе+(29×мас. % Со))+приблизно 1 мас. % Мо, причому в матриці відсутні упорядковані атомні структури Fe і Co або значною мірою запобігаються формування упорядкованої атомної структури Fe-Co і, таким чином, матеріал має твердість менше 40 HRC, ударну в'язкість К для зразків без надрізів 16,0 Дж і відносне звуження під час випробовування на розтягнення більше 6,5 %. Згідно з переважною формою виконання винаходу матеріал має межу Rm міцності під час розтягнення менше 1220 МПа, а межа текучості RPO.2 менше 825 МПа. Заготовка згідно з винаходом має істотно кращу оброблюваність. З одного боку твердість матеріалу, яка у такому матеріалі зазвичай становить понад 41 HRC, згідно з винаходом знижена істотно нижче 40 HRC, що полегшує обробку різанням, з іншого боку, зменшена крихкість матеріалу, а також поліпшені в'язкість і деформованість у холодному стані, що допускає правку заготовки в певних межах. Ці переваги досягаються за рахунок того, що було виявлено, що матеріал, згідно з винаходом, має істотно скорочену упорядковану атомну структуру Fe й Co в матриці й тому матриця має малу пластичність, незважаючи на великий вміст фаз, що підтверджується досягнутими механічними характеристиками матеріалу. Інша задача винаходу вирішується в способі виготовлення вищезазначеної заготовки за допомогою спеціальної термообробки для порушення упорядкованої атомної структури Fe й Со 1 UA 113548 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 в матриці, причому нагрівання й відпал деталі або матеріалу, відбувається при температурі між 600 і 840 °C протягом більше 20 хв., після чого заготовка піддається охолодженню зі швидкістю λ охолодження менше 3, і, таким чином, за поліпшення в'язкості матеріалу, вимірюваної його ударної в'язкості К для зразків без надрізів більше 16,0 Дж, відбуваються зменшення або установка твердості до значення нижче 40 HRC. Абсолютно несподіваним для фахівця виявилося те, що порушення упорядкованої атомної структури в матриці в діапазоні температур верхньої зони фериту сплаву між 600 і 840 °C після закінчення відповідного проміжку часу досягається без виникнення упорядкування, а надалі при високій швидкості охолодження значною мірою неупорядкований розподіл атомів Fe й Со в матриці зберігається, тобто може заморожуватися, і, таким чином, досягається поліпшення оброблюваності заготовки. Після економічної остаточної обробки, наприклад, інструмента з заготовки, згідно з винаходом, негайно проводиться термічне зміцнення за допомогою відпалу в зоні твердого розчину з подальшими загартуванням і відпуском виробу, причому за відомих умов досягається бажана твердість матеріалу близько 68 HRC. З урахуванням результатів розробок винахід може бути викладений більш детально. Фіг. 1 зображує мікроструктуру сплаву Fe-Co-(Mo+W/2)-N, Фіг. 2 - твердість залежно від температури відпалу при спеціальній термообробці заготовки, Фіг. 3 - твердість залежно від швидкості охолодження, Фіг. 4 - упорядковані структури Fe-Co на основі нейтронної дифрактометрії. Дослідження проводилися на зразках, виготовлених з отриманого способом порошкової металургії (РМ) і підданого гарячому ізостатичному пресуванню й деформуванню матеріалу зі сплаву наступного складу в мас. %: Co-25,2 Mo-14,9 W-0,1 Mo+W/2-15,0 N-0,2 Fe - і зумовлені виготовленням домішки решта, при цьому зразки мали твердість від 48 до 53 HRC. Партія зразків піддавалася пом'якшувальному відпалу при температурі 1185 °C, а потім охолоджувалася при 24 °C/годин. Зразки після цієї обробки пом'якшувальним відпалом у середньому виявляли наступні вимірювані параметри: твердість - 41,2±0,5 HRC ударна в'язкість - 14,5±0,6 Дж видовження при розриві - 4,8±0,2 %=Ас міцність при розтягненні Rm-1290+20 МПа межа текучості RPO.2-855+10 МПа На Фіг. 1 зображений знімок структури зразка, причому матриця видна як темна зона, у яку вкраплені інтерметалеві (світлі) фази. Інші аналогічно оброблені зразки проходили спеціальну термообробку при температурах 500-960 °C з часом відпалу або часом витримки, при температурі близько 40 хв. і зі швидкістю λ охолодження менше 0,4. Швидкість λ охолодження визначається як час охолодження з 800 до 500 °C, поділений на 100: λ=сек./100 Спеціальний відпал при температурі 500-600 °C дає, як показано на Фіг. 2, зону 1 зі значеннями твердості матеріалу 42 HRC. Більш високі температури відпалу до 850 °C, як видно з зони 2 і зони 3 на Фіг. 2, знижують твердість матеріалу аж до значень 38 HRC, причому подальше підвищення температури відпалу (зона 4) призводить до значного підвищення твердості понад 44 HRC. Якщо зразки після спеціального відпалу при 800 °C витримуються 30 хв. і потім охолоджуються з різними значеннями λ, то середні значення твердості, як показано на Фіг. 3, досягають 41,18 HRC при λ=10, знижуючись до 38 HRC при λ=0,4 і менше. Для визначення упорядкованості атомної структури в кристалічних твердих тілах може використовуватися дифракція нейтронних променів на періодичній решітці. Внаслідок періодичного розташування атомів у решітці Fe-Co відбуваються так звані надструктурні рефлекси. Надструктура - це рефлекс (100) в упорядкованій решітці В-2. На м'яко відпалених зразках А й на таких з додатковою спеціальною термообробкою В за допомогою нейтронної дифрактометрії за допомогою дифрактрометра STRESS-SPEC з монохроматором Ge 311, за довжини хвилі 16 нм була визначена фаза упорядкування атомів 2 UA 113548 C2 Fe і Со в матриці. На Фіг. 4 для порівняння протиставлена нейтронна дифрактограма (100) рефлексів надструктури/упорядкованої структури зразків А і В. У спеціально обробленій матриці, згідно з винаходом, явно має місце значною мірою не упорядкована структура Fe-Co. 5 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 30 35 40 1. Заготовка для виготовлення виробів або інструментів з дисперсно-зміцнюваного сплаву з хімічним складом, мас. %: Со від 15,0 до 30,0, Мо до 10,0, W до 25,0, (Mo+W/2) від 10,0 до 22,0, N - 0,005-0,12, решта - Fe і неминучі домішки, причому підданого обробці порошковою металургією і/або деформацією, причому заготовка скомпонована у вигляді інтерметалевих фаз типу (FeCo)6(Mo+W/2)7 у матриці (Fе+(29×мас. % Со))+приблизно 1 мас. % Мо, причому в матриці відсутні упорядковані атомні структури Fe й Со і значною мірою знижено формування упорядкованої структури Fe-Co, при цьому матеріал заготовки має твердість менше 40 HRC, ударну в’язкість K для зразків без надрізів 16,0 Дж і відносне видовження під час розриву при випробовуванні на розтягнення більше 6,5 %. 2. Заготовка за п. 1, яка відрізняється тим, що матеріал має межу міцності при розтягненні менше 1220 МПа, а межу текучості - менше 825 МПа. 3. Спосіб виготовлення заготовки для виробів або інструментів з дисперсно-зміцнюваного сплаву з хімічним складом, мас. %: Co від 15,0 до 30,0, Мо до 20,0, W до 25,0, (Mo+W/2) від 10,0-22,0, N - 0,005-0,12, решта - Fe і неминучі домішки, що має поліпшену оброблюваність, у якому матеріал заготовки, виготовлений за допомогою порошкової металургії, підданий деформації й м'якому відпалу, піддають спеціальній термообробці для порушення упорядкованої атомної структури атомів (Fe-Co) у матриці, що включає нагрівання й відпал заготовки при температурі між 600 і 840 °C протягом більше 20 хв. з подальшим охолодженням заготовки при  менше 3 для забезпечення твердості матеріалу заготовки на рівні нижче 40 HRC і ударної в'язкості K для зразків KV без надрізів, понад 16,0 Дж. 4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що матеріал заготовки після спеціальної термообробки має межу текучості RPO,2 менше 825 МПа, межу міцності при розтягненні Rm менше 1220 МПа і відносне видовження при розриві Ас при випробуванні на розтягнення більше 6,5 %. 3 UA 113548 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4

Дивитися

Додаткова інформація

Автори російською

Kellezi Gert, Tanzer Robert, Turk Christoph

МПК / Мітки

МПК: C21D 6/02, C22C 30/00, C22C 33/02, C22C 38/10, C22C 38/12, B22F 3/15, B22F 3/24

Мітки: заготовки, сплавів, виготовлення, спосіб, заготовка, виробів

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/6-113548-zagotovka-i-sposib-vigotovlennya-zagotovki-dlya-virobiv-zi-splaviv-zalizo-kobalt-molibden-volfram-azot.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Заготовка і спосіб виготовлення заготовки для виробів зі сплавів залізо-кобальт-молібден/вольфрам-азот</a>

Подібні патенти