Порошкова металургійна композиція на основі заліза та спосіб одержання спеченого компонента на її основі

1. Порошкова металургійна композиція, яка містить: - порошок А на основі заліза, який по суті складається з базових частинок заліза, попередньо легованого молібденом, при цьому 6-15 мас. % порошку А складає мідь, введена за допомогою дифузійного легування в базові частинки; - порошок В на основі заліза, який по суті складається з базових частинок заліза, попередньо легованого молібденом, при цьому містить 4,5-8 мас. % нікелю, введеного за допомогою дифузійного легування в базові частинки; і - порошок С на основі заліза, який по суті складається з частинок заліза, попередньо легованого молібденом; при цьому вміст молібдену у кожному з порошків А, В і/або С варіюється від 0,3 до 2 мас. %. 2. Композиція за п. 1, в якій кількість міді в порошку А становить 8-12 мас. %. 3. Композиція за п. 1 або 2, в якій кількість нікелю в порошку В становить 5-7 мас. %. 2 (19) 1 3 84235 4 17. Дифузійно легований порошок за п.16, в якому вміст молібдену складає 0,7-1,0 мас. %. 18. Дифузійно легований порошок за п.15, в якому вміст нікелю складає 5-7 мас. %. 19. Спосіб одержання спеченого компонента на основі заліза, що містить 0,3-2 мас. % молібдену, 0,2-2 мас. % міді і 0,1-4 мас. % нікелю, який включає: - змішування порошків А, В і С в композицію за будь-яким з пп. 1-10 і графіту, - пресування суміші для одержання спресованого компонента, - спікання одержаного компонента. 20. Спосіб за п. 19, в якому вміст молібдену у спеченому компоненті складає 0,5-1,5 мас. %. 21. Спосіб за п. 19, в якому вміст міді у спеченому компоненті складає 0,4-0,8 мас. %. 22. Спосіб одержання спеченого компонента, що має задану міцність і задану зміну розмірів під час спікання, який включає: - визначення потрібних кількостей міді, нікелю, молібдену і вуглецю в спеченому компоненті, необхідних для одержання заданої міцності і зміни розмірів, - визначення відповідних кількостей порошків А, В і С в композиції за будь-яким з пп. 1-10, - змішування відповідних кількостей порошків А, В і С з графітом і іншими необов'язковими добавками, - пресування суміші для одержання порошкового компонента, - спікання порошкового компонента. Даний винахід належить до порошкових металургійних композицій на основі заліза і способів одержання з них спечених порошкових металургійних компонентів. Більш конкретно, даний винахід належить до одержання спечених компонентів, що містять мідь, нікель і молібден, з використанням таких композицій. У галузі порошкової металургії мідь, нікель і молібден протягом тривалого часу використовуються як легуючі елементи при одержанні високоміцних спечених компонентів. Спечені компоненти на основі заліза можуть бути одержані шляхом змішування легуючи х елементів з чистими порошками заліза. Однак, це може викликати проблеми, пов'язані з пилом і сегрегацією, які можуть привести до змін розміру і механічних властивостей спеченого компонента. Щоб уникнути сегрегації, легуючі елементи можуть бути попередньо сплавлені з порошком заліза або здійснено дифузійне легування. Згідно з одним зі способів молібден попередньо сплавляють з порошком заліза, а потім такий попередньо легований порошок заліза піддають дифузійному легуванню міддю і нікелем для одержання спечених компонентів з порошковими композиціями на основі заліза, що містять молібден, нікель і мідь. Однак очевидно, що при одержанні спеченого компонента на основі заліза з порошку, який попередньо легований молібденом і в якому мідь і нікель вводяться шляхом дифузійного легування, вміст легуючих елементів в спеченому компоненті на основі заліза по суті буде ідентичним вмісту легуючи х елементів у використаному, підданому дифузійному легуванню порошку. Для одержання різних кількостей легуючих елементів в спеченому компоненті, що забезпечують різні властивості, повинні бути використані порошки на основі заліза, які містять різні кількості легуючи х елементів. У даному винаході запропонований спосіб усунення необхідності одержання специфічного порошку для кожної потрібної хімічної композиції спеченого компонента на основі заліза, що містить легуючі елементи, такі як молібден, мідь і нікель. Даний винахід також дає перевагу, яка забезпечується способом доведення змін розмірів і міцності на розтягнення до заданих величин. У специфічному варіанті зміна розмірів не залежить від вмісту вуглецю і щільності. Коротко, даний винахід стосується порошкової металургійної композиції з трьох різних порошків на основі заліза. Перший з таких порошків на основі заліза складається з базових частинок заліза, попередньо легованого молібденом, підданим дифузійному легуванню міддю, а другий порошок на основі заліза складається з базових частинок заліза, попередньо легованого молібденом, підданим дифузійному легуванню нікелем. Третій порошок на основі заліза по суті складається з частинок заліза, попередньо легованого молібденом. Даний винахід також стосується двох підданих дифузійному легуванню порошків на основі заліза. Спосіб згідно з даним винаходом включає стадії з'єднання таких трьох видів порошків на основі заліза в попередньо встановлених кількостях, змішування одержаної композиції з графітом, пресування одержаної суміші і спікання одержаної неспеченої заготовки. Інший аспект даного винаходу стосується способу одержання спеченого компонента, що має задану міцність і задану зміну розмірів під час спікання. Фіг. 1-4 ілюструють діаграми для визначення вмісту міді і нікелю в порошковій металургійній композиції при заданій міцності і зміні розмірів. Зокрема, порошкова металургійна композиція на основі заліза згідно з даним винаходом включає: - порошок А на основі заліза, який по суті складається з базових частинок заліза, попередньо легованого молібденом, при цьому 615мас.%, переважно - 8-12мас.%, міді введено шляхом дифузійного легування в базові частинки; - порошок В на основі заліза, який по суті складається з базових частинок заліза, попередньо легованого молібденом, при цьому 4,5 5 84235 8мас.%, переважно - 5-7мас.%, нікелю введено шляхом дифузійного легування в базові частинки; і - порошок C на основі заліза, який по суті складається з частинок заліза, попередньо легованого молібденом. Кількість попередньо введеного молібдену в частинках в порошках А, В і C на основі заліза, відповідно, може варіюватися від 0,3 до 2мас.%, переважно - від 0,5 до 1,5мас.%. Згідно з одним з варіантів частинки у всі х трьох порошках попередньо легують однаковою кількістю молібдену. Вміст Mo вище 2% не 'забезпечує підвищення міцності, що справджує підвищення вартості. Вміст Mo нижче 0,3% не впливає суттєво на міцність. Кількість міді і нікелю, введених за допомогою дифузійного легування в базові частинки, максимально обмежена 15% міді і 12% нікелю. Щоб забезпечити досягнення переваг даного винаходу, найменша межа вмісту міді і нікелю, в легованих дифузійним способом базових частинках, повинна бути по суті ви ще, ніж необхідна кількість в спеченому компоненті. Так, з практичних причин особливий інтерес представляє порошок на основі заліза, який по суті складається з базових частинок, що попередньо легований молібденом і включає щонайменше 6% міді, введеної за допомогою дифузійного легування в базові частинки, і порошок на основі заліза, базові частинки якого попередньо леговані молібденом і включають щонайменше 4,5% нікелю, введеного дифузійним легуванням. Порошки А, В і C, відповідно, по суті складаються з частинок заліза, попередньо легованого молібденом, однак інші елементи, за винятком неминучих домішок, також можуть вміщуватися в попередньо легованих частинках. Такими елементами можуть бути нікель, мілина, хром і марганець. Для одержання спеченого компонента з порошкової композиції згідно з даним винаходом, визначають відповідні кількості порошків А, В і C і змішують з графітом в кількості, необхідній для одержання заданої міцності. Перед пресуванням і спіканням одержана суміш може бути змішана з іншими добавками. Кількість графіту, що змішується з порошковою сумішшю, складає до 1%, переважно 0,3-0,7%. Інші добавки вибирають з групи, що включає мастильні речовини, зв'язуючі, інші легуючі елементи, твердофазні матеріали, агенти, що поліпшують оброблюваність. Згідно з одним з варіантів порошкової металургійної композиції, порошок C по суті вільний від Cu і Ni. Співвідношення між порошками А, В і C переважно вибирають таким чином, щоб вміст міді становив 0,2-2мас.%, вміст нікелю становив 0,14мас.%, вміст молібдену становив 0,3-2мас.%, переважно - 0,5-1,5мас.%, від маси спеченого компонента. У одному з варіантів вміст міді становить 0,22%, переважно - 0,4-0,8%, а вміст нікелю становить 0,1-4%. Було несподівано виявлено, що в даному конкретному варіанті зміна розмірів під час спікання не залежить від вмісту вуглецю і щільності після спікання. 6 Для одержання спеченого компонента із заданою зміною розмірів і міцністю, вміст міді, нікелю і вуглецю, відповідно, в спеченому компоненті визначають за допомогою діаграм, наприклад, поданих на фіг. 1-4. Потім потрібна кількість порошку А, В і C, відповідно, може бути встановлена фахі вцем в даній галузі техніки. Порошки змішують з графітом для одержання кінцевого потрібного вмісту вуглецю. Порошкову композицію пресують під тиском, що становить 400-1000МПа, і одержану неспечену заготовку спікають при температурі 1100-1300°C протягом 10-60 хвилин в захисній атмосфері. Спечена заготовка може бути піддана подальшій обробці, такій як термічна обробка, ущільнення поверхні, механічна обробка і т. д. Ілюстр уючі діаграми на фіг. 1-4 представлені для тиску пресування, що становить 600МПа, спікання при температурі 1120°C протягом 30 хвилин в атмосфері, що складається з 90% азоту і 10% водню. Згідно з даним винаходом можуть бути одержані спечені компоненти, що містять різні кількості молібдену, міді і нікелю. Це досягається шляхом використання поєднання трьох різних порошків, які змішують в різних пропорціях для одержання порошку, що має потрібний хімічний склад для фактичного спеченого компонента. Отже, основна перевага даного винаходу полягає в тому, що під час спікання може бути відрегульована зміна розмірів, а також міцність спеченого компонента. Перевага, яка полягає в тому, що зміна розмірів може бути відрегульована, полегшить використання існуючого обладнання для пресування. При виготовленні спечених деталей певний розкид вмісту вуглецю і щільності є неминучим. Внаслідок використання композицій, зміна розмірів в яких не залежить від щільності і вмісту вуглецю, розкид розмірів після спікання знижується, отже, подальша механічна обробка і її вартість можуть бути знижені. Даний винахід проілюстрований наступними необмежувальними прикладами. Приклад 1 Даний приклад демонструє, як вибирати легуючу композицію, яка має потрібну міцність, що складає близько 600МПа і три рівні зміни розмірів (- 0,1%, 0,0% і +0,1%). Було використано дві величини вмісту вуглецю, 0,5% C і 0,3% C, відповідно, в порошкових композиціях згідно з таблицею 1, при яких, як очевидно з таблиці 2, більш низький вміст вуглецю приводить до поліпшення пластичності. Порошкові композиції згідно з даним винаходом одержують з порошку А з 10% міді, легованої дифузійним способом в поверхню порошку на основі заліза, який попередньо легований 0,85% молібденом; порошку В з 5% нікелю, легованого дифузійним способом в поверхню порошку на основі заліза, який попередньо легований 0,85% молібденом; і порошку C з порошку на основі заліза, який попередньо легований 0,85% молібденом. Порошкові композиції змішують з 0,8% амідного воску як мастильною речовиною і графітом, одержуючи вміст вуглецю після спікання, який складає 0,3% і 0,5%, відповідно. Одержані суміші 7 84235 пресують до зразка для випробування на розтягнення згідно з ISO 2740. Був використаний тиск пресування, що становить 600МПа і наступні умови спікання: 11200C, 30хв. 90% N2/10% Н2. У таблиці 2 представлені інші механічні властивості порошкових композицій згідно з даним винаходом. Очевидно, що властивості порошкових композицій згідно з даним винаходом мають задану зміну розмірів згідно з фіг. 3. Приклад 2 У даному прикладі проілюстровані порошкові композиції згідно з даним винаходом, які включають 0,6% Cu і 2% Ni, а також специфічний варіант, в якому, як показано в таблиці 3, зміна розмірів відбувається незалежно від вмісту вуглецю і щільності після спікання. Результати, одержані при використанні таких поєднань, порівнюють з результатами, одержаними при використанні Distaloy AB (виготовлений Hoganas AB, Sweden), а також порошку, що має такий же хімічний склад, як і порошкова композиція згідно з даним винаходом, але в якому в поверхню порошку на основі заліза, попередньо легованого молібденом, дифузійним легуванням були введені мідь і нікель (в таблиці 3 позначений як "фіксований склад"). Порошкові композиції згідно з даним винаходом одержують з порошку А з 10% міді, легованої дифузійним способом в поверхню порошку на основі заліза, попередньо легованого 0,85% молібдену; порошку В з 5% нікелю, легованого дифузій 8 ним способом в поверхню порошку на основі заліза, попередньо легованого 0,85% молібдену; і порошку C, що складається з порошку на основі заліза, попередньо легованого 0,85% молібдену. У таблиці 3 представлений специфічний приклад, в якому суміш з порошку А, порошку В і порошку C, загальний вміст міді в якій становить 0,6%, нікелю 2% і молібдену 0,83%, порівнюють з відомим порошком, Distaloy AB, і порошком на основі заліза, що містить 0,83% попередньо легованого молібдену, 0,6% міді і 2% Ni, легованого дифузійним способом в поверхню порошку на основі заліза. Як випливає з таблиці 3, зміна розмірів спечених зразків, одержаних з порошкового поєднання згідно з даним винаходом, по суті не залежить від вмісту вуглецю і щільності в порівнянні з відомим порошком Distaloy AB або порошком на основі заліза, легованого дифузійним способом як міддю, так і нікелем. Порошкові композиції змішують з 0,8% амідного воску як мастильною речовиною і графітом, одержуючи вміст вуглецю після спікання, вказаний в таблиці 3. Одержану суміш пресують до зразка для випробування на розтягнення згідно з ISO 2740 при різних тисках пресування, вказаних в таблиці 3. Зразки для випробування на розтягнення спікають при температурі, що становить 112O0C, протягом 30 хвилин в атмосфері, що складається з 90% азоту і 10% водню. У таблиці 4 представлені інші механічні властивості. 9 84235 10 11 84235 12 13 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 84235 Підписне 14 Тираж 28 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