способ изготовления инструментального композиционного материала

Классы МПК:C21D9/22 сверл; фрез; резцов для металлорежущих станков 
C21C5/52 получение стали в электрических печах
C21D1/78 комбинированные способы термообработки, не предусмотренные в предыдущих рубриках 
C21D8/00 Изменение физических свойств путем деформации в сочетании или с последующей термообработкой
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курганский государственный университет" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-03-13
публикация патента:

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в машиностроении для производства дешевого инструмента, в частности выглаживателей для деталей из цветных металлов. Для упрощения процесса производства композиционного материала и обеспечения равномерности его свойств, производят загрузку шихты в виде смеси стальной и чугунной стружки в алундовый тигель, последующую выплавку в печи при 1250-1300°С, выдержку при этой температуре 3-4 мин, выгрузку из печи и закалку в воде с получением ледебуритной неоднородности в виде белого чугуна, затем полученный слиток нагревают до 680-800°С и подвергают ковке с последующей закалкой для обеспечения композиционной структуры мартенсит - белый чугун. 1 табл., 8 ил., 1 пр.

способ изготовления инструментального композиционного материала, патент № 2483123 способ изготовления инструментального композиционного материала, патент № 2483123 способ изготовления инструментального композиционного материала, патент № 2483123 способ изготовления инструментального композиционного материала, патент № 2483123 способ изготовления инструментального композиционного материала, патент № 2483123 способ изготовления инструментального композиционного материала, патент № 2483123 способ изготовления инструментального композиционного материала, патент № 2483123

Формула изобретения

Способ изготовления композиционного инструментального материала, включающий шихтовку, выплавку в печи, охлаждение и ковку слитка, отличающийся тем, что шихту составляют в виде смеси стальной и чугунной стружки, загружают в алундовый тигель, при этом выплавку производят при температуре 1250-1300°С, выдерживают при этой температуре 3-4 мин, вынимают из печи и закаливают в воде, ковку слитка осуществляют при температуре 680-800°С, а затем подвергают закалке для обеспечения композиционной структуры мартенсит - белый чугун.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу получения износостойкого композиционного инструментального материала сталь - белый чугун и может быть использовано в машиностроении для производства дешевого инструмента (выглаживателей для деталей из цветных металлов).

В настоящее время все более широкое применение находят композиционные материалы - материалы, состоящие из двух или более компонентов, различающихся по своему химическому составу и разделенных выраженной границей. Такие материалы имеют свойства, отличающиеся от свойств составляющих их компонентов.

Лазерное упрочнение существенно повышает износостойкость поверхности чугунных деталей за счет оплавления поверхности, быстрого охлаждения и получения слоя белого чугуна. Дорожки лазерного упрочнения имеют грубую шероховатую поверхность и по внешнему виду напоминают сварные швы (Самсонов В.И., Шныбкин B.C., Бойцов П.Ю. Лазерная закалка чугунных деталей станков // МиТОМ, 1989. № 11. С.6-9).

К основным недостаткам этого способа надо отнести сложность и высокую стоимость лазерных установок, низкую стойкость рабочих органов лазера, низкий КПД лазера, необходимость нанесения светопоглощающих покрытий, низкую производительность, недостаточную глубину износостойкого слоя, неравномерность его свойств, невозможность упрочнения низкоуглеродистых сталей.

Известен процесс получения инструментального композиционного материала сталь - белый чугун, который применяется для выглаживания деталей из цветных металлов (Гуревич Ю.Г., Марфицын В.В. Электроконтактная химико-термическая обработка инструментальной стали для выглаживателей // Технология машиностроения, 2009, № 4. - с.23-25).

Белый чугун имеет низкий коэффициент трения и высокую твердость (износостойкость), поэтому он, в отличие от металлокерамики, применяющейся для выглаживателей, не допускает задиров при выглаживании.

Процесс получения слоя белого чугуна на стали основан на эвтектическом (контактном) плавлении железа и графита. Для того чтобы процесс был управляемым, использовался локальный нагрев за счет электроконтактного выделения тепла.

Установка для электромеханической обработки (ЭМО) состоит из привода вращения детали, источника питания постоянного или переменного тока и устройства для подвода тока к ролику-электроду (Фиг.1). Через место ее контакта с поверхностью детали пропускают ток, который вследствие большого контактного сопротивления вызывает сильный нагрев поверхности детали до 1250-1350°С. В качестве ролика-электрода применяли графит. В результате поверхностный слой стальной детали, толщиной до 1,00 мм, превращался в каплю жидкого чугуна, которая после охлаждения с большой скоростью отбеливалась (Фиг.2).

Белый чугун получался в виде дорожек, напоминающих сварочные швы. После шлифовки на поверхности детали получали износостойкий композиционный материал сталь - белый чугун (Фиг.3). Пористые детали из порошковой стали ПК60 с покрытием способ изготовления инструментального композиционного материала, патент № 2483123 20% показали износостойкость при абразивном износе соизмеримую с хромистым чугуном.

Описанный способ получения износостойкого композиционного материала сталь - белый чугун трудоемкий, так как требует изготовления специальной установки и пригоден только для плоских поверхностей детали.

Технический результат - значительное упрощение и удешевление производства технологии получения инструментального композиционного материала сталь - белый чугун.

Технический результат достигается тем, что способ изготовления композиционного инструментального материала включает шихтовку, выплавку в печи, охлаждение и ковку слитка, при этом шихту составляют в виде смеси стальной и чугунной стружки, загружают в алундовый тигель, выплавку производят при температуре 1250-1300°С, выдерживают при этой температуре 3-4 мин, вынимают из печи и закаливают в воде, ковку слитка осуществляют при температуре 680-800°С, а затем подвергают закалке для обеспечения композиционной структуры мартенсит - белый чугун.

В печь, обеспечивающую температуру 1250-1300°С, помещается алундовый тигель, в который загружается стальная стружка, перемешанная со стружкой серого чугуна. Количество чугунной стружки должно обеспечивать общее содержание углерода в сплаве 1,6-1,7%. Тигель с шихтой помещают в печь, нагревают до температуры выше температуры плавления чугуна, выдерживают при этой температуре 3-4 минуты и быстро охлаждают в воде. Полученный слиток подвергают ковке и последующей закалке.

Закалка слитка в воде обеспечивает в стали ледебуритную неоднородность в виде белого чугуна. После нагрева стали до температуры 680-800°С, ковки и закалки получали поковку со структурной неоднородностью мартенсит - белый чугун.

Пример. Чугунную и стальную стружки измельчали до размеров частиц 3-5 мм, помещали в смеситель типа «пьяной бочки» и смешивали в течение 8 час. Полученную смесь загружали в алундовый тигель (диаметр - 25 мм, высота - 100 мм). Тигель устанавливали в печь, нагревали до температуры 1250-1300°С, выдерживали 3-4 минуты при этой температуре, после чего охлаждали в воде.

Слиток ковали при температуре 800-680°С и получали поковку, представляющую собой композиционный материал эвтектоидная сталь - доэвтектический белый чугун (Фиг.4).

Эксперименты показали, что получение композиционного материала с необходимой микроструктурой зависит от температуры нагрева и времени выдержки при этой температуре (см. таблицу).

Таблица
Температура нагревания смеси, °С Выдержка, минМикроструктура слитка до ковки Макроструктура слитка после ковки Микроструктура поковки
1250-1300<3-4 Ледебуритная сетка, Фиг. 5Не проковался -
>3-4Видманштеттова структура, Фиг.6 Не проковался-
=3-4 Тонкие включения ледебурита в мартенсите, Фиг.7 Хорошо проковался Включения ледебурита раздробились и вытянулись в стрелочки, Фиг.8
<1250 3-4 Чугун не расплавился --
>1300 3-4Чугун полностью растворился в стали --

Предлагаемый способ изготовления инструментального композиционного материала плавлением шихты, состоящей из отходов производства чугуна и стали, проще и дешевле известных способов, так как не требует:

- специальных установок для получения композиционного материала;

- надежно обеспечивает необходимый химический состав композита;

- применения компактных сталей;

- больших затрат для его внедрения в производство.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2483123

patent-2483123.pdf

Класс C21D9/22 сверл; фрез; резцов для металлорежущих станков 

способ термической обработки штампов и пресс-форм -  патент 2527575 (10.09.2014)
способ подготовки структуры стали к дальнейшей термической обработке -  патент 2526341 (20.08.2014)
способ повышения физико-механических свойств инструментальных и конструкционных материалов методом объемного импульсного лазерного упрочнения (оилу) -  патент 2517632 (27.05.2014)
способ термической обработки режущего инструмента с напаянной твердосплавной пластиной -  патент 2517093 (27.05.2014)
способ упрочнения наплавленной быстрорежущей стали -  патент 2483120 (27.05.2013)
способ термической обработки бойков и тяжелонагруженных штампов -  патент 2471878 (10.01.2013)
способ повышения работоспособности твердосплавного режущего инструмента методом импульсной лазерной обработки (ило) -  патент 2460811 (10.09.2012)
способ электронно-пучкового упрочнения твердосплавного инструмента или изделия -  патент 2457261 (27.07.2012)
способ упрочнения разделительного штампа -  патент 2452780 (10.06.2012)
способ азотирования в плазме тлеющего разряда -  патент 2409700 (20.01.2011)

Класс C21C5/52 получение стали в электрических печах

способ для определения момента времени загрузки для загрузки расплавляемого материала в электродуговую печь, устройство обработки сигналов, машиночитаемый программный код, носитель для хранения данных и электродуговая печь -  патент 2526641 (27.08.2014)
способ дожигания горючих газов в дуговой печи -  патент 2520925 (27.06.2014)
дуговая сталеплавильная печь с дожиганием горючих газов -  патент 2520883 (27.06.2014)
способ переплава брикетов экструзионных (брэкс-ов), содержащих оксидные материалы и твердый углерод, в индукционной тигельной печи -  патент 2518672 (10.06.2014)
способ производства стали в дуговой сталеплавильной печи -  патент 2515403 (10.05.2014)
синтетический композиционный шихтовой материал для производства высококачественной стали -  патент 2514241 (27.04.2014)
способ и устройство для регулирования выбросов окиси углерода электродуговой печи -  патент 2510480 (27.03.2014)
способ эксплуатации электродуговой печи с по меньшей мере одним электродом, регулирующее и/или управляющее устройство, машиночитаемый программный код, носитель данных и электродуговая печь для осуществления способа -  патент 2509811 (20.03.2014)
способ динамического регулирования по меньшей мере одного блока, содержащего по меньшей мере одну горелку, а также устройство для выполнения способа -  патент 2503725 (10.01.2014)
способ управления плавкой садки металла и взвешивающее устройство, используемое в этом способе -  патент 2499837 (27.11.2013)

Класс C21D1/78 комбинированные способы термообработки, не предусмотренные в предыдущих рубриках 

способ подготовки структуры стали к дальнейшей термической обработке -  патент 2526341 (20.08.2014)
способ термической обработки отливок из коррозионностойкой стали мартенситного класса -  патент 2526107 (20.08.2014)
способ производства деталей из стальных отливок -  патент 2509162 (10.03.2014)
способ термической обработки конструкционных сталей на высокопрочное состояние -  патент 2506320 (10.02.2014)
закаленная мартенситная сталь с низким содержанием кобальта, способ получения детали из этой стали и деталь, полученная этим способом -  патент 2497974 (10.11.2013)
способ термической обработки стали -  патент 2481406 (10.05.2013)
лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой и способ его изготовления -  патент 2480535 (27.04.2013)
способ упрочнения плунжерных пар топливных насосов дизельных двигателей -  патент 2463358 (10.10.2012)
способ обработки поверхностей стальных деталей -  патент 2462517 (27.09.2012)
способ термической обработки изделий из сплавов на основе железа (варианты) -  патент 2447163 (10.04.2012)

Класс C21D8/00 Изменение физических свойств путем деформации в сочетании или с последующей термообработкой

способ производства холоднокатаной полуобработанной легированной электротехнической стали -  патент 2529326 (27.09.2014)
способ производства холоднокатаного проката для упаковочной ленты -  патент 2529325 (27.09.2014)
способ производства оцинкованной полосы для последующего нанесения полимерного покрытия -  патент 2529323 (27.09.2014)
способ получения листа из неориентированной электротехнической стали -  патент 2529258 (27.09.2014)
способ изготовления высокопрочного холоднокатаного стального листа с превосходной обрабатываемостью -  патент 2528579 (20.09.2014)
способ горячей прокатки сляба и стан горячей прокатки -  патент 2528560 (20.09.2014)
способ производства нетекстурированной электротехнической стали с высокой магнитной индукцией -  патент 2527827 (10.09.2014)
высокопрочный холоднокатаный стальной лист с превосходным сопротивлением усталости и способ его изготовления -  патент 2527571 (10.09.2014)
высокопрочный холоднокатаный лист с превосходной формуемостью и способ его изготовления -  патент 2527514 (10.09.2014)
стальной лист, обладающий превосходной формуемостью, и способ его производства -  патент 2527506 (10.09.2014)
Наверх