[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2657968C1 - Порошковый сплав для изготовления объемных изделий методом селективного спекания - Google Patents

Порошковый сплав для изготовления объемных изделий методом селективного спекания Download PDF

Info

Publication number
RU2657968C1
RU2657968C1 RU2017137043A RU2017137043A RU2657968C1 RU 2657968 C1 RU2657968 C1 RU 2657968C1 RU 2017137043 A RU2017137043 A RU 2017137043A RU 2017137043 A RU2017137043 A RU 2017137043A RU 2657968 C1 RU2657968 C1 RU 2657968C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
manufacture
selective sintering
plasma
nitrogen
powder alloy
Prior art date
Application number
RU2017137043A
Other languages
English (en)
Inventor
Алексей Николаевич Шаповалов
Сергей Павлович Нефедьев
Роман Рафаэлевич Дёма
Максим Викторович Харченко
Дмитрий Рудольфович Ганин
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority to RU2017137043A priority Critical patent/RU2657968C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2657968C1 publication Critical patent/RU2657968C1/ru

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10Sintering only
    • B22F3/105Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00Materials specially adapted for additive manufacturing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C33/00Making ferrous alloys
    • C22C33/02Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

Изобретение относится к порошковым сплавам для изготовления объемных изделий селективным спеканием. Сплав содержит 0,4-0,6 мас.% углерода, 11,0-13,2 мас.% хрома; 0,1-0,4 мас.% кремния; 0,4-0,9 мас.% марганца, 0,08-0,12 мас.% алюминия, 0,4-0,8 мас.% азота; 0,03-0,1 мас.% молибдена и остальное железо. Обеспечивается повышение прочности объемных изделий до 61-63 HRC и 1200 МПа.

Description

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении новых объемных изделий, восстановлении и увеличении срока службы изношенных деталей методами плазменного, лазерного селективного спекания, а также другими способами наплавки высококонцентрированными источниками энергии.
Известны плазменные методы формообразования деталей машин и их поверхностей, сущность которых состоит в том, что плазму направляют на обрабатываемую поверхность. Известен метод изготовления деталей плазменным напылением с целью получения заданных размеров [Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / A.M. Дальский, Т.М. Барсукова, Л.Н. Бухаркин и др. / Под общей ред. A.M. Дальского. - 5-е изд., исправленное. М.: Машиностроение, 2003. - 512 с.], в котором в камеру плазмотрона подают порошкообразный конструкционный материал и одновременно инертный газ под высоким давлением. Под действием дугового разряда конструкционный материал плавится и переходит в состояние плазмы. Струя плазмы сжимается в плазмотроне плазмообразующим газом. Выходя из сопла, струя плазмы наплавляется на обрабатываемую заготовку. Системы вертикальной и горизонтальной разверток обеспечивают перемещение струи по поверхности обработки.
Плазменное напыление применяют и для получения деталей из напыляемого материала. Детали получаются в результате наращивания микрочастиц конструкционного материала в определенных местах экрана. Иногда вместо экрана используют тонкостенную заготовку, на которую направляется плазма, и происходит наращивание металла [Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / A.M. Дольский, Т.М. Барсукова, Л.Н. Бухаркин и др. / Под общей ред. A.M. Дольского. - 5-е изд., исправленное. М.: Машиностроение, 2003. - 512 с.].
Известны также методы селективного лазерного спекания - методы аддитивного производства, которые заключаются в спекании мелкодисперсного порошкового (обычно, металлического) материала с помощью лазера. Процесс нацеливания лазера осуществляется автоматически по заранее созданной 3D-модели, которая может быть создана в графическом редакторе (например, AutoCAD).
Известен состав материала [патент РФ №2322335, МПК В23К 35/32. Композиционный материал для износостойкой наплавки электронным лучом / С.Ф. Гнюсов, В.Г. Дураков, Д.А. Маков, Б.Ф. Советченко. - №2006122734/02; заявл. 26.06.2006; опубл. 20.04.2008, бюл. №11] для восстановления и увеличения срока службы изношенных деталей, работающих в условиях абразивного и ударно-абразивного износа, содержащий: углерод - 0,9-1,0 мас. %, марганец - 20 мас. %, молибден - 4,0 мас. %, ванадий - 4,0 мас. %, железо - остальное, и частицы упрочнителя, в качестве которых могут использоваться карбид титана или карбид ванадия. Использование такого состава при совмещении операций электронно-лучевой наплавки и старения приводит к мультимодальному распределению упрочняющей фазы в объеме упрочненного слоя, что обеспечивает высокую пластичность и ударно-абразивную износостойкость наплавленного покрытия.
Недостаток данного материала - сложная, дорогостоящая технология изготовления, включающая операции: смешения порошков исходных компонентов, спекания, дробления полученных спеков и рассева их на фракции. Кроме того, неравномерное распределение компонентов при рассеве, связанное с невозможностью получения однородного расплава при спекании, приводит к непостоянству химического состава композиционного материала, поступающего в сварочную ванну при наплавке, и, как следствие, к неоднородному по химическому составу и свойствам наплавленному покрытию.
Известен порошковый сплав [патент РФ №2607066, МПК С22С 38/36. Порошковый сплав на основе железа для износостойкой наплавки и напыления / С.П. Нефедьев, P.P. Дёма, А.В. Горбунов, Н.Ш. Тютеряков, К.Н. Вдовий, А.Н. Емелюшин. - №2015108589; заявл. 11.03.2015; опубл. 10.01.2017, бюл. №1] на основе железа, содержащий углерод, хром, кремний, марганец и алюминий, отличающийся тем, что он содержит ванадий, барий, серу и фосфор при следующем содержании компонентов, мас. %: углерод 2,9-3,3; кремний 0,4-1,0; марганец 0,4-1,2; хром 17-21; алюминий 0,15-1,2; сера не более 0,06; фосфор не более 0,07; ванадий 3-4,5; барий 0,02-0,12; железо - остальное. Он используется в области газотермического нанесения износостойкого и коррозионно-стойкого покрытия методами дуговой, лазерной, плазменной или электронно-лучевой наплавки, а также высокоскоростного, детонационного, плазменного или газопламенного напыления.
Недостатки данного материала - невозможность получения его методом плазменного распыления, так как проволоки с указанным содержанием углерода (фактически из чугуна) не выпускаются; невозможность азотирования его поверхности; повышенная крупность получаемого фракционного состава; склонность к трещинообразованию при изготовлении из него изделий.
В связи с этим задачей данного изобретения является создание порошкового сплава для изготовления объемных изделий методом селективного спекания, использование которого повысило бы прочностные свойства объемных изделий получаемых плазменным, лазерным селективным спеканием, а также другими способами наплавки высококонцентрированными источниками энергии.
Технический результат, достигаемый в заявленном изобретении, заключается в повышении твердости и временного сопротивления получаемых из порошка объемных изделий способами плазменного, лазерного селективного спекания, а также другими способами наплавки высококонцентрированными источниками энергии.
Указанный технический результат достигается тем, что порошковый сплав для изготовления объемных изделий методом селективного спекания, содержащий железо, углерод, хром, кремний, марганец, алюминий, согласно изобретению дополнительно содержит азот и молибден при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,4-0,6; хром 11,0-13,2; кремний 0,1-0,4; марганец 0,4-0,9; алюминий 0,08-0,12; азот 0,4-0,8; молибден 0,03-0,1; железо - остальное.
Азот снижает энергию дефектов упаковки, что повышает пластические свойства стали вместе с увеличением прочностных характеристик. Введение азота (азотирование) повышает склонность металлической основы наплавленного металла к полидеформационному превращению при воздействии ударных нагрузок, способствует лучшему закреплению карбидных частиц в аустените. Это приводит к формированию структуры изделия, способной подстраиваться под условия эксплуатации - внешнее воздействие (нагрузка и удары), и повышать свою твердость за счет протекания процессов деформационного упрочнения. При этом отсутствует охрупчивание и не образуются трещины, так как азот расширяет область существования аустенита и сужает область существования охрупчивающего сталь дельта-феррита. Применение азота также дало возможность исключить никель из состава сплава.
Молибден обладает большей энергией связи с азотом, чем с железом. Поэтому дополнительный ввод добавки молибдена позволяет удержать азот в твердом растворе, предотвратить его выделение, повысить качество металла. Ввод молибдена совместно с уже присутствующим марганцем и хромом в большей мере качественно улучшает характеристики наплавленного слоя за счет усиления мер, препятствующих выделению азота.
Для порошкового сплава целесообразно следующее соотношение компонентов, мас. %: углерод 0,4-0,6; хром 11,0-13,2; кремний 0,1-0,4; марганец 0,4-0,9; алюминий 0,08-0,12; азот 0,4-0,8; молибден 0,03-0,1; железо - остальное, способствующее равномерному распределению в матрице дисперсных нитридов и обеспечивающее оптимальные условия для получения наплавленного металла.
Данный порошковый материал может использоваться при создании объемных 3D-изделий, в которых снижаются внутренние напряжения, а сами изделия отличаются низкой пористостью и повышенной прочностью.
Как пример использования на практике данного порошкового сплава можно привести восстановление штока пневматического цилиндра диаметром 40 мм, изготавливаемого из стали марки 45.
Процесс наплавки осуществляли в следующей последовательности:
- зачищали обдиркой на токарно-винторезном станке 16К20 изношенную поверхность штока для увеличения контактной поверхности наплавленного слоя и подложки и усиления адгезии;
- осуществляли наплавку нанесением порошкового материала с помощью высококонцентрированного источника энергии в четыре захода по винтовой линии и получали покрытие толщиной 2-4 мм;
- охлаждали наплавленный шток на воздухе до комнатной температуры;
- наплавляли второй слой толщиной 2-4 мм по винтовой линии в четыре захода;
- охлаждали наплавленный шток на воздухе до комнатной температуры;
-осуществляли доводку диаметра штока шлифованием;
- контролировали визуально деталь на наличие дефектов.
В результате получали бездефектные покрытия, обладающие прочностью 61-63 HRC, временным сопротивлением 1200 МПа, абразивной стойкостью в 1,5-1,6 раз выше, чем стойкость нового штока.
Технический результат изобретения - повышение прочностных свойств (твердости и временного сопротивления) объемных изделий, получаемых из порошка плазменным, лазерным селективным спеканием, а также другими способами наплавки высококонцентрированными источниками энергии, до уровня 61-63 HRC и 1200 МПа.

Claims (2)

  1. Порошковый сплав для изготовления объемных изделий методом селективного спекания, содержащий железо, углерод, хром, кремний, марганец и алюминий, отличающийся тем, что он содержит азот и молибден при следующем соотношении компонентов, мас. %:
  2. углерод 0,4-0,6 хром 11,0-13,2 кремний 0,1-0,4 марганец 0,4-0,9 алюминий 0,08-0,12 азот 0,4-0,8 молибден 0,03-0,1 железо остальное
RU2017137043A 2017-10-23 2017-10-23 Порошковый сплав для изготовления объемных изделий методом селективного спекания RU2657968C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017137043A RU2657968C1 (ru) 2017-10-23 2017-10-23 Порошковый сплав для изготовления объемных изделий методом селективного спекания

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017137043A RU2657968C1 (ru) 2017-10-23 2017-10-23 Порошковый сплав для изготовления объемных изделий методом селективного спекания

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2657968C1 true RU2657968C1 (ru) 2018-06-18

Family

ID=62620239

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017137043A RU2657968C1 (ru) 2017-10-23 2017-10-23 Порошковый сплав для изготовления объемных изделий методом селективного спекания

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2657968C1 (ru)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2702532C1 (ru) * 2018-09-28 2019-10-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Установка для получения детали из металлического порошкового материала
RU2707307C1 (ru) * 2019-04-11 2019-11-26 Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" Способ формования заготовок изделий сложной формы из порошка кремния
RU2737902C1 (ru) * 2019-08-22 2020-12-04 Акционерное общество "Объединенная компания РУСАЛ Уральский Алюминий" (АО "РУСАЛ Урал") Порошковый алюминиевый материал
RU2742098C1 (ru) * 2019-12-30 2021-02-02 Общество с ограниченной ответственностью "СУАЛ-ПМ" Жаропрочный коррозионно-стойкий порошковый алюминиевый материал и изделие из него
RU2806109C1 (ru) * 2019-12-20 2023-10-26 Арселормиттал Металлический порошок для аддитивного производства

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4266974A (en) * 1978-10-30 1981-05-12 Kawasaki Steel Corporation Alloy steel powder having excellent compressibility, moldability and heat-treatment property
SU1740481A1 (ru) * 1990-03-19 1992-06-15 Тюменский индустриальный институт им.Ленинского комсомола Порошковый материал на основе железа дл получени спеченных изделий
RU2322335C1 (ru) * 2006-06-26 2008-04-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет Композиционный материал для износостойкой наплавки электронным лучом
EP1391529B1 (en) * 2002-08-16 2008-10-01 Alloy Technology Solutions, Inc. Wear and corrosion resistant austenitic iron base alloy
RU2607066C2 (ru) * 2015-03-11 2017-01-10 Общество с ограниченной ответственностью "ПлазмоТех-МГТУ" Порошковый сплав на основе железа для износостойкой наплавки и напыления

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4266974A (en) * 1978-10-30 1981-05-12 Kawasaki Steel Corporation Alloy steel powder having excellent compressibility, moldability and heat-treatment property
SU1740481A1 (ru) * 1990-03-19 1992-06-15 Тюменский индустриальный институт им.Ленинского комсомола Порошковый материал на основе железа дл получени спеченных изделий
EP1391529B1 (en) * 2002-08-16 2008-10-01 Alloy Technology Solutions, Inc. Wear and corrosion resistant austenitic iron base alloy
RU2322335C1 (ru) * 2006-06-26 2008-04-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет Композиционный материал для износостойкой наплавки электронным лучом
RU2607066C2 (ru) * 2015-03-11 2017-01-10 Общество с ограниченной ответственностью "ПлазмоТех-МГТУ" Порошковый сплав на основе железа для износостойкой наплавки и напыления

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2702532C1 (ru) * 2018-09-28 2019-10-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Установка для получения детали из металлического порошкового материала
RU2707307C1 (ru) * 2019-04-11 2019-11-26 Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" Способ формования заготовок изделий сложной формы из порошка кремния
RU2737902C1 (ru) * 2019-08-22 2020-12-04 Акционерное общество "Объединенная компания РУСАЛ Уральский Алюминий" (АО "РУСАЛ Урал") Порошковый алюминиевый материал
RU2806109C1 (ru) * 2019-12-20 2023-10-26 Арселормиттал Металлический порошок для аддитивного производства
RU2742098C1 (ru) * 2019-12-30 2021-02-02 Общество с ограниченной ответственностью "СУАЛ-ПМ" Жаропрочный коррозионно-стойкий порошковый алюминиевый материал и изделие из него

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2657968C1 (ru) Порошковый сплав для изготовления объемных изделий методом селективного спекания
EP3642377B1 (en) Iron based alloy suitable for providing a hard and corrosion resistant coating on a substrate, article having a hard and corrosion resistant coating, and method for its manufacture
JP2022133306A (ja) プラスチック成形用金型に適した鋼材
CN107164756B (zh) 一种激光熔覆用修复h13模具钢的金属粉末
JP7155171B2 (ja) 高硬度および耐摩耗性を有する被覆の基材上への形成に適した鉄基合金、高硬度および耐摩耗性を有する被覆を施された物品、並びにその製造方法
MX2008012030A (es) Procedimiento para soldar una capa de desgaste sobre un material basico utilizando varios electrodos de alambre de relleno, polvo de metal y polvo de soldadura.
Garbade et al. Overview on hardfacing processes, materials and applications
CN108203824A (zh) 一种激光增材制造活塞杆耐磨耐蚀表层方法
CN104722893B (zh) 一种基于堆焊和氩弧熔覆制备耐磨涂层的方法
CN101954549A (zh) 一种氩弧熔覆铁基粉末
CN113136532B (zh) 一种用于激光熔覆的铁基合金粉末及其制备方法
KR101279840B1 (ko) 표면경화처리 합금철 물질
CN103060707A (zh) 一种替代镀硬铬的涂层材料及其激光熔覆制备方法
KR101638365B1 (ko) 초경합금 성형체 파쇄 입자를 모재에 용융시켜 초경층을 형성시키는 방법
US20150217373A1 (en) Method for producing components from mmcs (metal matrix composites) using a powder that has been melt-atomised in an inert gas atmosphere
RU2607066C2 (ru) Порошковый сплав на основе железа для износостойкой наплавки и напыления
KR102172817B1 (ko) 후 증착 열처리를 이용한 금형강 재질의 금속표면처리방법
CN102345085A (zh) 一种玻璃器皿压制模的表面强化处理方法
CN105441853A (zh) 一种双级表面复合强化方法
Vojtovych et al. Mechanical characteristics and wear resistance of the cladding layers obtained by melting of cored wires with simultaneous vibration of substrate
KR101565728B1 (ko) 초경합금 성형체 파쇄 입자를 모재에 용융시켜 초경층을 형성시키는 방법
RU2826362C1 (ru) Способ получения износостойкого покрытия
Łomzik Mechanical properties of joints made in steel S1300QL using various welding methods
JP2020070455A (ja) 金属部材
KR102218880B1 (ko) 단조설비용 부재의 내마모성 및 내열성이 우수한 하드페이싱층 형성방법 및 이를 이용하여 제조된 단조설비용 부재