PL189271B1

RZECZPOSPOLITA
POLSKA
(12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11)189271
(13)B1
(2 1) Num er zgłoszenia.
341981
(22) D ata zgłoszenia:
21.01.1999
(86) Data i num er zgłoszenia międzynarodowego:
21.01.1999, PCT/S E99/00092
Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej Polskiej
(54)
(30)
(87) Data i num er publikacji zgłoszenia
międzynarodowego
Rozpylony wodą, wyżarzony proszek oraz sp o só b wytwarzania wyrobu spiekanego
Pierwszeństwo:
(73)
Zgłoszenie ogłoszono:
O udzieleniu patentu ogłoszono:
29.07.2005 WUP 07/05
PL
189271
B1
(57) 1
Rozpylony wodą, wyżarzony proszek na bazie żelaza,
zawierający wagowo 2,5-3,5% chrom u, 0 ,3 -0 ,7 % m o lib d enu, nie w ięcej niż 0,10% krzem u, nie w ięcej niż 0,25%
tlenu, nie w ięcej niż 0,01% w ęgla oraz m angan, m iedź,
nikiel, w anad, azot, żelazo i n ieuniknione z an ieczy szczenia, znam ienny tym , ż e zaw iera 0 ,0 9 -0 ,3 % m anganu, nie
więcej niż 0 ,1 % m iedzi, nie więcej niż 0 ,1 5 % niklu, nie
więcej niż 0 ,0 2 % fosforu, nie w ięcej niż 0 ,0 1 % azotu, nie
więcej niż 0,10% w olfram u, przy czym bilansem je st
zaw artość że laza i nieuniknionych zanieczyszczeń w ynosząca nie w ięcej niż 0,5%
3 Sposób w ytw arzania w yrobu sp iekanego o w ytrzym ałości na rozciąganie co najm niej 750 M P a, znamienny
tym, ż e rozpyla się w odą proszek na bazie ż e la za zaw ieraiący następujące pierw iastki stopow e 2 ,5 -3 ,5 % w agowych chrom u, 0,3-0,7% w agowych m olibdenu i m angan
w ilości 0,09-0,3% wagowych, wyżarza się rozpylony w odą
proszek, dodaje grafit i opcjonalnie co najm niej jeden pierw iastek stopow y wybrany z grupy o b e jm ującej miedź,
fosfor, bor, niob, wanad, nikiel i w olfram w odpow iedniej
ilości, prasuje się wyżarzony proszek przy ciśnieniu w y n o szącym co n ajm niej 600 M P a i p o d d a je się sp ra so w a n ą
m asę spiekaniu
Uprawniony z patentu:
HÖGANÄS AB, Höganäs, SE
(72)
Twórcy wynalazku:
Johan Arvidsson, Nyhamnslage, SE
Ola Eriksson, Höganäs, SE
07.05.2001 BUP 09/01
(45)
B22F 1/00
C22C 33/02
29.07.1999, WO99/37424,
PCT Gazette nr 30/99
21.01.1998,SE,9800154-8
(43)
(51) IntCl7
(74)
Pełnomocnik:
Balińska Ewa, POLSERVICE Sp. z o o
2
189 271
Rozpylony wodą, wyżarzony proszek oraz sposób
wytwarzania wyrobu spiekanego
Zastrzeżenia
patentowe
1. Rozpylony wodą, wyżarzony proszek na bazie żelaza, zawierający wagowo 2,5-3,5%
chromu, 0,3-0,7% molibdenu, nie więcej niż 0,10% krzemu, nie więcej niz 0,25% tlenu, nie
więcej niż 0,01% węgla oraz mangan, miedź, nikiel, wanad, azot, zelazo i nieuniknione zanieczyszczenia, zn a m ien n y tym , ze zawiera 0,09-0,3% manganu, nie więcej niz 0,1% miedzi,
nie więcej niż 0,15% niklu, nie więcej niż 0,02% fosforu, nie więcej niż 0,01% azotu, nie
więcej niż 0,10% wolframu, przy czym bilansem jest zawartość żelaza i nieuniknionych zanieczyszczeń wynosząca nie więcej niz 0,5%.
2. Proszek według zastrz. 1, zn am ien n y tym , że zawiera 2,7-3,3% wagowych chromu, 0,4-0,6% wagowych molibdenu, Mn 0,09-0,25% wagowych manganu, nie więcej niż 0,15%
wagowych tlenu i nie więcej niż 0,007% wagowych węgla, przy czym bilansem jest zawartość
żelaza i nieuniknionych zanieczyszczeń wynosząca nie więcej niż 0,2% wagowych.
3. Sposób wytwarzania wyrobu spiekanego o wytrzymałości na rozciąganie co najmniej 750 MPa, zn a m ien n y tym , że rozpyla się wodą proszek na bazie zelaza, zawierający
następujące pierwiastki stopowe 2,5-3,5% wagowych chromu, 0,3-0,7% wagowych molibdenu
i mangan w ilości 0,09-0,3% wagowych, wyżarza się rozpylony wodą proszek, dodaje grafit
i opcjonalnie co najmniej jeden pierwiastek stopowy wybrany z grupy obejmującej miedź, fosfor,
bor, niob, wanad, nikiel i wolfram w odpowiedniej ilości, prasuje się wyżarzony proszek przy ciśnieniu wynoszącym co najmniej 600 MPa i poddaje się sprasowaną masę spiekaniu.
4. Sposób według zastrz. 3, zn am ienny tym , że prowadzi się ponadto redukcję pod ciśnieniem atmosferycznym w atmosferze redukującej w obecności wodoru H 2 i regulowanej
ilości wody H 2 O.
5. Sposób według zastrz. 3, zn am ienny tym , że prowadzi się ponadto redukcję pod niskim ciśnieniem, w zasadzie w obojętnej atmosferze i z odprowadzaniem tlenku węgla CO.
6. Sposób według zastrz. 3, zn am ienny tym , że stosuje się rozpylony wodą proszek,
który ma przed wyżarzaniem stosunek wagowy zawartości tlenu do zawartości węgla od 1 do 4,
korzystnie od 1,5 do 3,5, a zwłaszcza od 2 do 3, przy czym zawartość węgla wynosi od 0,1 do 0,9%
wagowych.
7. Sposób według zastrz. 3, zn am ien n y tym , że przed etapem prasowania dodaje się
do proszku grafit w ilości od 0,25 do 0,65% wagowych, korzystnie od 0,3 do 0,5% wagowych.
8. Sposób według zastrz. 3, zn am ienny tym , że w przypadku, kiedy stosuje się proszki
o zawartości chromu od 3 do 3,5% wagowych ilość grafitu wynosi od 0,25 do 0,5% wagowych.
9. Sposób według zastrz. 3, zn am ien n y tym , że stosuje się temperaturę spiekania w ynoszącą co najwyżej 1220°C, korzystnie mniej niż 1200°C, a zwłaszcza mniej niż 1150°C.
10. Sposób według zastrz. 3, zn a m ien n y tym , że stosuje się czasy spiekania krótsze
niz 60 minut, korzystnie krótsze niż 50 minut, a zwłaszcza krótsze niż 40 minut.
11. Sposób według zastrz. 5, zn am ien n y tym , że łączna zawartość węgla w wytwarzanym wyrobie spiekanym wynosi co najmniej 0,25% wagowych, a zwłaszcza co najmniej 0,3%
wagowych.
* * *
Przedmiotem wynalazku jest rozpylony wodą, wyżarzony proszek oraz sposób wytwarzania wyrobu spiekanego, w szczególności stopowy proszek stalowy na bazie chromu,
a zwłaszcza niskotlenowy, niskowęglowy stopowy proszek stalowy, który może być stosowany do wytwarzania części konstrukcyjnych.
189 271
3
Znane są, ostatnio opracowane różne techniki wzmacniania materiałów do spiekanych
części maszyn wytwarzanych z różnych proszków ze stali stopowej drogą metalurgii proszków. Zastosowanie pierwiastków stopowych, takich jak chrom, molibden i mangan, w niskowęglowych żelaznych proszkach ujawniono na przykład w amerykańskim opisie patentowym
nr US 4266974 i europejskim opisie patentowym nr EP 0653262. Materiałem podstawowym
proszków w obydwu publikacjach jest proszek rozpylony wodą i wyżarzony redukcyjnie.
Z publikacji amerykańskiej wiadomo, że najważniejszym etapem uzyskania proszku o niskiej
zawartości tlenu i węgla jest etap wyżarzania, który powinno prowadzić się korzystnie pod
zmniejszonym ciśnieniem, specyficznie przez ogrzewanie indukcyjne pod zmniejszonym ciśnieniem. Z powołanego wyżej amerykańskiego opisu patentowego jest wiadomo, że inne
sposoby wyżarzania redukcyjnego pociągają za sobą niedogodności związane z ich stosowaniem na skalę handlową. W opisie do zgłoszenia europejskiego nie ujawniono wyżarzania
redukcyjnego. Skuteczne ilości pierwiastków stopowych według amerykańskiego opisu patentowego wynoszą wagowo od 0,2 do 5,0% chromu, od 0,1 do 7,0% molibdenu i od 0,35 do 1,50%
manganu. Publikacja europejska podaje, że skuteczne ilości powinny wynosić w agowo od 0,5
do 3% chromu, od 0,1 do 2% molibdenu i co najwyżej 0,08% manganu. Celem wynalazku
według amerykańskiego opisu patentowego jest opracowanie proszku spełniającego wymagania wysokiej ściśliwości i podatności na prasowanie oraz dobrych w łaściw ości obróbki cieplnej, takich jak nawęglanie i hartowność, w spiekanej masie. Poważną niedogodnością przy
stosowaniu rozwiązania ujawnionego (w zgłoszeniu europejskim) jest to, że nie można stosować taniego złomu, ponieważ taki złom zawiera normalnie więcej niż 0,08% wagowo manganu. W tym kontekście w europejskim zgłoszeniu patentowym podaje się, że specyficzna
obróbka nie może być stosowana do zmniejszania zawartości manganu do poziomu nie wyzszego
niż 0,08% wagowo. Inny problem polega na tym, że nie ujawnia się wyżarzania redukcyjnego
i możliwości uzyskania niskiej zawartości tlenu i węgla w żelaznych proszkach rozpylonych
wodą, zawierających pierwiastki wrażliwe na utlenianie, takie jak chrom i mangan. Jedyną
informacją podaną w tym względzie wydaje się być informacja podana w przykładzie I tego
opisu, w którym podaje się, że musi być prowadzona redukcja końcowa.
Znany jest sposób, który można stosować do wytwarzania niskotlenowych, niskowęglowych proszków opartych na żelazie, zawierających małe ilości łatwo utleniających się
pierwiastków stopowych, ujawniony w będącym w toku szwedzkim zgłoszeniu patentowym
nr 98001530. Ten sposób obejmuje następujące etapy: ładowanie gazoszczelnego pieca
proszkiem rozpylonym wodą w zasadzie w atmosferze gazu obojętnego i zamykanie pieca,
zwiększanie temperatury pieca, korzystnie drogą bezpośredniego ogrzewania elektrycznego
albo gazowego, do temperatury 800-1350°C, kontrolowanie wzrostu wytwarzania się gazowego tlenku węgla CO i usuwanie gazu z pieca, gdy obserwuje się znaczny wzrost wytwarzania się tlenku węgla CO, oraz chłodzenie proszku, gdy wzrost wytwarzania się gazowego
tlenku węgla CO zmniejsza się.
Rozpylony wodą, wyżarzony proszek na bazie żelaza, zawierający wagowo 2,5-3,5%
chromu, 0,3-0,7% molibdenu, nie więcej niż 0,10% krzemu, nie więcej niż 0,25% tlenu, nie
więcej niż 0,01 % węgla oraz mangan, miedź, nikiel, wanad, azot, żelazo i nieuniknione zanieczyszczenia, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera 0,09-0,3% manganu, nie
więcej niż 0,1% miedzi, nie więcej niż 0,15% niklu, nie więcej niż 0,02% fosforu, nie więcej
niz 0,01% azotu, nie więcej niż 0,10% wolframu, przy czym bilansem jest zawartość zelaza
i nieuniknionych zanieczyszczeń wynosząca nie więcej niż 0,5% w szczególności proszek
zawiera, korzystnie, 2,7-3,3% chromu, 0,4-0,6% molibdenu, 0,09-0,25% manganu, nie więcej
niz 0,15% tlenu i nie więcej niż 0,007% węgla, przy czym bilansem jest zawartość żelaza
i nieuniknionych zanieczyszczeń wynosząca nie więcej niż 0,2%.
Sposób wytwarzania wyrobu spiekanego o wytrzym ałości na rozciąganie co najmniej 750 MPa, według wynalazku charakteryzuje się tym, że rozpyla się wodą proszek na
bazie zelaza, zawierający wagowo następujące pierwiastki stopowe 2,5-3,5% chromu, 0,3-0,7%
molibdenu i mangan w ilości 0,09-0,3%, wyżarza się rozpylony wodą proszek, dodaje grafit
i opcjonalnie co najmniej jeden pierwiastek stopowy wybrany z grupy obejmującej miedź,
fosfor, bor, niob, wanad, nikiel i wolfram w odpowiedniej ilości, prasuje się wyżarzony proszek przy ciśnieniu wynoszącym co najmniej 600 MPa i poddaje się sprasowaną masę spiekaniu,
4
189 271
przy czym prowadzi się ponadto redukcję pod ciśnieniem atmosferycznym w atmosferze redukującej w obecności wodoru H 2 i regulowanej ilości wody H 2 O.
Zaleca się ponadto prowadzenie redukcji pod niskim ciśnieniem, w zasadzie w obojętnej atmosferze i z odprowadzaniem tlenku węgla CO.
W procesie według wynalazku w szczególności stosuje się rozpylony wodą proszek,
który ma przed wyżarzaniem stosunek wagowy zawartości tlenu do zawartości węgla od 1 do 4,
korzystnie od 1,5 do 3,5, a zwłaszcza od 2 do 3, przy czym zawartość węgla wynosi od 0,1 do 0,9%
wagowych, ponadto przed etapem prasowania dodaje się do proszku grafit w ilości od 0,25 do 0,65%
wagowych, korzystnie od 0,3 do 0,5% wagowych.
W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku w przypadku, kiedy stosuje się proszki o zawartości chromu od 3 do 3,5% wagowych ilość grafitu wynosi od 0,25 do 0,5% wagowych. Ponadto stosuje się temperaturę spiekania wynoszącą co najwyżej 1220°C, korzystnie
mniej niż 1200°C, a zwłaszcza mniej niż 1150°C, oraz czasy spiekania krótsze niż 60 minut,
korzystnie krótsze niż 50 minut, a zwłaszcza krótsze niz 40 minut, przy czym łączna zawartość węgla w wytwarzanym wyrobie spiekanym wynosi co najmniej 0,25% wagowych, a zwłaszcza co najmniej 0,3% wagowych.
Zaleta rozwiązania według wynalazku polega na tym, że zaproponowano oparty na
chromie, niskotlenowy, niskowęglowy proszek żelazny, zawierający wagowo od 2,5 do 3,5%
chromu, od 0,3 do 0,7% molibdenu i od 0,09 do 0,3% manganu. Taki skład umożliwia wytwarzanie spiekanych części konstrukcyjnych, które mają doskonałe w łaściw ości mechaniczne,
z taniego, rozpylonego wodą, wyżarzonego redukcyjnie surowca.
Niespodziewanie ustalono, że spiekane produkty wytworzone z proszku według wynalazku wyróżniają się zarówno wysoką wytrzymałością na rozciąganie, jak i wysoką wiązkością oraz wysoką dokładnością wymiarów. Jeszcze bardziej zadziwiający jest fakt, że te właściwości można uzyskać bez obróbki termicznej spiekanych produktów. Stąd ustalono, że
spiekane produkty łączące w sobie wytrzymałość na rozciąganie co najmniej 800 MPa i udarność co najmniej 19 J można otrzymać w niekosztownym urządzeniu do spiekania, takim jak
piece taśmowe o wysokiej wydajności, pracujące w temperaturze około 1120°C, przy zastosowanych czasach spiekania około 10 minut.
Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania objaśniono na załączonym rysunku,
który przedstawia wykres wytrzymałości na rozciąganie TS w funkcji zawartości chromu Cr,
oraz wykres energii udamościowej w funkcji zawartości chromu Cr dla wyrobu spiekanego
według wynalazku.
W korzystnym przykładzie wykonania rozpylonego wodą, wyzarzonego proszku na bazie żelaza według wynalazku ilość chromu zmienia się wagowo korzystnie od 2,7 do 3,3% ilość
molibdenu Mo zmienia się od 0,4 do 0,6%, a ilość manganu Mn zmienia się od 0,09 do 0,3%.
Proszek ze stali stopowej według wynalazku można łatwo wytwarzać poddając stal
przeznaczoną na wlewki, przygotowaną w taki sposób, aby miała powyższy skład pierwiastków stopowych, jakiemukolwiek znanemu procesowi rozpylania wodą. Korzystne jest otrzymywanie proszku rozpylonego wodą w taki sposób, aby przed wyżarzaniem proszek rozpylony wodą miał stosunek wagowy tlenu do węgla O : C wynoszący od 1 do 4, korzystnie od 1,5
do 3,5, a zwłaszcza od 2 do 3, a zawartość węgla wynoszącą od 0,1 do 0,9% wagowo. W celu
dalszego przetwarzania według niniejszego wynalazku ten rozpylony wodą proszek powinien
być wyżarzany, np. znanymi ze stanu techniki sposobami opisanymi w opisie do zgłoszenia
międzynarodowego nr PCT/SE97/01292 (włączonym tu tytułem referencji), który bardziej
specyficznie dotyczy sposobu obejmującego następujące etapy: przygotowanie rozpylonego
wodą proszku, składającego się w zasadzie z żelaza i ewentualnie co najmniej jednego pierwiastka stopowego wybranego z grupy obejmującej chrom, mangan, miedź, nikiel, wanad,
niob, bor, krzem, molibden i wolfram, wyżarzanie proszku w atmosferze zawierającej co najmniej gazowy H 2 i H 2 O, pomiar stężenia co najmniej jednego z tlenków węgła utworzonego
w procesie odwęglania, albo pomiar potencjału tlenowego w zasadzie jednocześnie co najmniej w dwóch punktach znajdujących się w określonej odległości względem siebie w kierunku wzdłuznym pieca, albo pomiar stężenia co najmniej jednego z tlenków węgla w połączeniu z pomiarem potencjału tlenowego co najmniej w jednym punkcie pieca, nastawianie za
pomocą pomiaru zawartości gazowej H2 O w atmosferze odwęglającej.
189 271
5
Wyzarzony, niskotlenowy, niskowęglowy proszek miesza się następnie z proszkiem grafitowym i ewentualnie co najmniej z jednym pierwiastkiem stopowym wybranym z grupy
obejmującej miedź Cu, fosfor P, bor B, niob Nb, wolfram V, nikiel N i i wanad W w ilości,
która jest określona przez końcowe zastosowanie spiekanego produktu. Ilość dodanego grafitu
zmienia się zwykle od 0,15 do 0,65% wagowo proszku opartego na żelazie, a ilość środka
smarującego, takiego jak stearynian cynkowy albo wosk (H-wax) wynosi do 1% wagowo
proszku opartego na żelazie. Następnie tę mieszaninę prasuje się przy zwykłych ciśnieniach
prasowania, to jest pod ciśnieniami od 400 do 800 MPa, i spieka w temperaturach od 1100°
do 1300°C. Korzystnie jednak i zupełnie niespodziewanie produkty wytworzone z proszku
według wynalazku wykazują jednak doskonałe właściwości mechaniczne także i wtedy, gdy
proszki spieka się w niskich temperaturach, to jest w temperaturach poniżej około 1220°C,
korzystnie poniżej 1200°C, a nawet poniżej około 1150°C, i porównywalnie krótkich czasach
spiekania, to jest w czasach spiekania poniżej 1 godziny, takich jak 45 minut. Czas spiekania
wynosi zwykle około 30 minut.
Zawartość odnośnych składników w proszku ze stali stopowej i spiekanej masie według
wynalazku jest ograniczona pewnym przedziałem.
Powód, dla którego zawartość węgla w proszku ze stali stopowej nie jest większa niz 0,01%,
wynika stąd, że węgiel jest pierwiastkiem, który służy do utwardzania osnowy ferrytowej drogą tworzenia stałego roztworu, gdy wnika on do stali. Jeżeli zawartość węgla przekracza 0,01%
wagowo, to proszek znacznie utwardza się, co daje w wyniku zbyt niską ściśliwość proszku
przeznaczonego do zastosowania handlowego.
Ilość węgla w spiekanym wyrobie jest wyznaczona ilością proszku grafitowego zm ieszanego z proszkiem ze stali stopowej według wynalazku. Ilość grafitu dodanego do proszku
wynosi typowo od 0,15 do 0,65% wagowo. W przypadku proszków o zawartości węgla od 3
do 3,5% zawartość dodanego grafitu jest cokolwiek nizszą i wynosi korzystnie od 0,15 do 0,5%
wagowo. Ilość węgla w spieczonym produkcie jest w zasadzie taka sama jak ilość grafitu dodanego do proszku.
Ograniczone ilości następujących składników są wspólne zarówno dla proszku ze stali
stopowej, jak i spieczonej masy.
Dodatek składnika manganu zwiększa wytrzymałość stali przez zwiększenie hartowności i skrośne hartowanie roztworu. Jeżeli jednak ilość manganu przekracza 0,3%, to twardość
ferrytu zwiększa skrośne hartowanie stałego roztworu, a to z kolei daje w wyniku proszki,
które mają niską ściśliwość. Jeżeli ilość manganu jest mniejsza niż 0,08% wagowych, to nie
jest możliwe wykorzystywanie taniego złomu, który normalnie ma zawartość manganu powyżej 0,08% wagowych, jeżeli nie prowadzi się specyficznej obróbki w celu zmniejszenia zawartości manganu w czasie wytwarzania stali. Stąd korzystna ilość manganu według niniejszego wynalazku wynosi 0,09-0,3%. W połączeniu z zawartościami węgla poniżej 0,007%
wagowych ten przedział zawartości manganu daje wyniki najbardziej interesujące.
Składnik chrom jest odpowiednim pierwiastkiem stopowym w proszkach stalowych,
ponieważ daje spiekane produkty, które mają lepszą hartowność, lecz nie znacznie zwiększoną twardość ferrytową. Dla uzyskania wystarczającej wytrzymałości po spiekaniu korzystna
jest zawartość chromu 2,5% wagowo albo wyzsza. Zawartości chromu powyżej 3,5% wagowych stwarzają problemy z tworzeniem się tlenków i ewentualnie węglików, a poza tym, jeżeli zawartość chromu przekracza 3,5% wagowo, to hartowność staje się zbyt wysoka dla praktycznego stosowania spiekanych wyrobów. Punkt krytyczny wyboru wąskiego przedziału 2,5-3,5%
wagowo zawartości chromu dla uzyskania połączenia wysokiej wytrzymałości na rozciąganie
i udarności jest ponadto pokazany na załączonym rysunku.
Składnik molibden służy do zwiększenia wytrzymałości stali poprzez polepszenie hartowności, a także hartowania skrośnego i wydzieleniowego. Zawartość składnika molibdenu
poniżej 0,3% wagowych ma tylko nieznaczny wpływ na właściwości. Korzystne jest ponadto,
aby ilość molibdenu nie przekraczała 0,7% wagowych na skutek kosztów tego pierwiastka
stopowego. W celu uzyskania mas o wysokiej wytrzymałości i proszków o wysokiej ściśliwości wymagane są na ogół małe ilości siarki i fosforu, to jest ilości poniżej 0,01%, przy czym
ilości siarki i fosforu w proszkach stosowanych według niniejszego wynalazku wynoszą poniżej 0,01% wagowo.
6
189 271
Składnik tlen ma duży wpływ na mechaniczną wytrzymałość spiekanej masy i na ogół
jest korzystne, gdy ilość tlenu jest utrzymywana na m ożliwie niskim poziomie. Tlen tworzy
trwałe tlenki z chromem i to powoduje przeciwdziałanie właściwemu mechanizmowi spiekania. Ilość tlenu nie powinna zatem przekraczać 0,2% wagowo. Jeżeli ta ilość przekracza 0,25%
wagowo, to wytwarzają się duż e ilości tlenków.
Spiekanie sprasowanej masy prowadzi się korzystnie w temperaturze niższej niż 1220°C,
korzystnie niższej niż 1220°C, a zwłaszcza niż szej niż 1150°C. Jak opisano w poniższych
przykładach realizacji wynalazku, niespodziewanie dobrą wytrzymałość na rozciąganie, bez
dalszej obróbki cieplnej, uzyskuje się wtedy, gdy spiekanie prowadzi się w temperaturach tak
niskich jak 1120°C w ciągu okresu czasu wynoszącego tylko 30 minut. W wysokich temperaturach, to jest w temperaturach powyżej 1220°C, koszty spiekania wzrastają w sposób niepożądany, co powoduje, że proszki i sposób według niniejszego wynalazku stają się bardzo
atrakcyjne z punktu widzenia przemysłowego.
Szybkość chłodzenia poniżej 0,5°C/sek daje w wyniku tworzenie się ferrytu, natomiast
szybkości chłodzenia przekraczające 2°C/sek dają w wyniku tworzenie się martenzytu.
W zależności między innymi od składu proszku żelaza i ilości dodanego grafitu szybkości
chłodzenia typowe dla pieców taśmowych, to jest 0,5-2°C/sek, prowadzą do struktur całkowicie bainitycznych, co jest pożądane dla dobrego połączenia wytrzymałości i wiązkości. W tym
kontekście należy także wspomnieć, że proces spiekania według niniejszego wynalazku prowadzi się korzystnie w piecach taśmowych.
Wynalazek zilustrowano poniżej następującymi zalecanymi przykładami wykonania.
Przykład I
Proszki stalowe o zawartości wagowo chromu od 2 do 3%, zawartości molibdenu 0,5%
i zawartości manganu 0,11% poddawano rozpylaniu wodą i wyzarzaniu w znany sposób (np.
opisany w zgłoszeniu patentowym nr PCT/SE97/01292). Następnie dodawano grafit (C-UF4)
w ilościach zmieniających się od 0,3 do 0,7% wagowo, jak również 0,8% wagowo środka
smarującego w postaci wosku (H-wax). Proszki prasowano pod ciśnieniem 700 MPa, a następnie spiekano w atmosferze 90% azotu N2/10% wodoru H 2 w ciągu 30 minut w temperaturze 1120°C. W poniższych tabelach 1, 2 i 3 przedstawiono gęstość w stanie wilgotnym (GD),
zmianę wymiarów (d1/L), twardość (H v10), wytrzymałość na rozciąganie (TS), umowną granicę plastyczności (YS) i energię udarnościow ą (Charpy) wytworzonych produktów.
Tabela 1
Proszek: 2Cr, 0,5Mo, 0,11 Mn
Dodany grafit, %
GD g/cm3
Dl/L
H v10
TS, MPa
YS, MPa
Charpy, J
0,3
7,14
~0,072
200
669
521
23,5
0,4
7,11
~0,085
210
720
538
20,8
0,5
7,12
~0,072
221
761
576
21,2
0,6
7,10
~ 0,056
237
808
612
18,6
0,7
7,12
~0,025
261
861
698
16,8
Tabela 2
Proszek: 2,5Cr, 0,5Mo, 0,11 Mn
Dodany grafit, %
GD g/cm3
Dl/L
H v10
TS, MPa
YS, M Pa
Charpy, J
0,3
7,13
~0,089
218
731
534
25,8
0,4
7,12
~ 0,077
227
762
561
22,1
0,5
7,11
~ 0,065
251
814
595
20,4
0,6
7,11
~0,044
268
877
679
18,5
0,7
7,07
~0,019
361
1007
732
16,1
189 271
7
Tabela 3
Proszek. 3Cr, 0,5Mo, 0,11 Mn
Dodany grafit, %
GD g/cm3
Dl/L
H v10
TS, M Pa
YS, M Pa
Charpy, J
0,3
7,10
~0,106
234
754
526
24,0
0,4
7,10
~ 0,076
247
804
563
20,7
0,5
7,10
~ 0,034
257
856
623
18,0
0,6
7,09
~ 0,001
315
969
704
16,4
0,7
7,04
685
15,6
508
P r z y k ł a d II
Zbyt wysoka zawartość manganu ma ujemny wpływ na ściśliw ość na skutek wzrostu
twardości ferrytowej i skrośnego utwardzania stałego roztworu. Jest to zilustrowane w tabeli 4,
w której przedstawiono ściśliwość proszku Fe-3Cr-0,5Mo za pom ocą nasmarowanego tłocznika przy nacisku 600 MPa.
Tabela 4
Proszek
C (%)
O (%)
Mn (%)
GD (g/cm3)
A
0,003
0,12
0,09
7,00
B
0,004
0,14
0,12
6,98
C
0,004
0,13
0,18
6,90
D
0,004
0,13
0,28
6,81
8
189 271
Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.
Cena 2,00 zł