Способ получения булатной стали (его варианты)

 

Первый вариант включает послойную засыпку порошков оксида железа и смеси порошков оксида железа с чугуном, спекание в восстановительной атмосфере при 650-850°С, последующую обработку давле нием при 800-900°Q и термическую обработку при нагреве до 740-790°С и охлаждение в масле. Второй вариант получения булатной стали включает послойную засыпку порошков железа и смеси железа с чугуном, спекание в защитной атмосфере при 800-900°С и термическую обработку путем нагрева до 740-790°С с охлаждением в масле. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<5!)5 С 22 С 33/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

° »

»»

»» (21) 4918311/02 (22) 25,01,91 (46) 23.06,93. Бюл. М 23 (75) В.Ю,Герасимов, Н.P.Ôðàãå, И.Е.Бекаревич, Н.А,Котельников и С.О.Щипицин (73) В,Д. Герасимов и Н.P. Фраге (56) Авторское свидетельство СССР

М 1567651, кл. С 22 С 33/02, 1988.

Авторское свидетельство СССР

N 116334, кл. В 22 F 3/12, 1955. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БУЛАТНОЙ СТАЛИ (ЕГО ВАРИАНТЫ) Изобретение относится к металлургии, в частности к получению булатных сталей.

Целью изобретения является получение булатной стали с характерной макро- и микроструктурой.

Сущность способа заключается в том, что в контейнер послойно засыпают порошок оксида железа и смесь порошков оксида железа и белого заэвтектического чугуна.

Содержание чугунного порошка в смеси составляет 50 — 80 (. Толщина засыпаемых слоев может изменяться от 0,1 до 2 мм.

Соотношение между толщинами слоев подбирается так, чтобы общее содержание углерода составляло 1,2-2,0 . характерное для булатных сталей. При содержании порошка чугуна в смеси менее 50 не удается получить характерную для булата микроструктуру, так как общее содержание углерода не обеспечивает образование достаточного количества цементитн ых частиц после термообработки, а при содержании чугуна более 80 при дальнейшей обработке давлением происходит растре„„5U „„1 823882 А3 (57) Первый вариант включает послойную засыпку порошков оксида железа и смеси порошков оксида железа с чугуном, спекание в восстановительной атмосфере при

650 — 850 С, последующую обработку давлением при 800 — 900 С, и термическую обработку при нагреве до 740-790 С и охлаждение в масле. Второй вариант получения булатной стали включает послойную засыпку порошков железа и смеси железа с чугуном, спекание в защитной атмосфере при 800 — 900 С и термическую обработку путем нагрева до 740-790 С с охлаждением в масле. 2 табл, скивание заготовок из-за низкой деформируемости высокоуглеродистых слоев.

После засыпки заготовки подвергают отжигу в среде восстановительного газа при 650 — 850 С в течение 30-120 мин. В процессе отжига происходит восстановление оксида железа и.спекание заготовки. При температуре отжига 650 С заготовки не спекаются в процессе восстановления, а при температурах свыше 850 С происходит интенсивное растворение карбидных частиц и перераспределение углерода между высокоуглеродистыми и низкоуглеродистыми слоями, что не позволяет получить микро- и макроструктуру, характерную для булатных сталей, После спекания заготовки подвергаются обработке давлением, в частности ковке, при 800-900 С.. При меньших температурах деформации заготовки обладают недостаточной пластичностью. а при температурах свыше 900 С распределение углерода между слоями за счет диффузии происходит за несколько минут и не удается сформировать характерную макро- и микроструктуру.

1823882

Для формирования микроструктуры, характерной для булатных сталей, заготовки подвергают термической обработке, заключающейся в нагреве до 140-790 С с последующим охлаждением в масле, Нижний предел температуры нагрева обусловлен температурой фазового превращения, а при температурах выше 790 С прои ходит растворение цементных частиц и последующее выделение цементита по границам зерен, что не соответствует микроструктуре булатных сталей. При нагреве в укаэанном интервале в заготовке происходит частичное перераспределение углерода за счет диффузии углерода из высокоуглеродистого в низкоуглеродистый слой до содержания

0,7 — 0,8 . Одновременно в высокоуглеродистых слоях происходят процессы сфероидизации цементных частиц.

Поставленная цель может быть достигнута другим способом.

Сущность второго способа заключается в том, что в контейнер послойно засыпаются порошок низкоуглеродистого железа и смесь порошков заэвтектического белого чугуна и ниэкоуглеродистого железа. Содержание чугунного порошка в смеси составляет 60 — 90ь. Толщина слоев может изменяться от 0,1 до 2 мм, Соотношение между толщинами слоев подбирается так, чтобы общее содержание углерода составляло 1,2 — 2,0 („характерное для булатных сталей, При содержании чугуна в смеси менее 50 не удается получить характерную для булата микроструктуру, так как общее содержание углерода не обеспечивает образования достаточного количества цементитных частиц после термообработки, а при содержании чугуна более 90 в процессе последующей обработки давлением происходит расслоение и растрескивание заготовок из-за плохой прессуемости высокоуглеродистых слоев.

После засыпки контейнер нагревают в защитной атмосфере (аргон, вакуум и т,д.) до температуры 800 — 900 С и подвергают горячему прессованию. При меньших температурах нагрева заготовки обладают большой пористостью из-эа плохой прессуемости чугунного порошка, а при температурах свыше 900" С распределение углерода между слоями за счет диффузии происходит эа несколько минут и не удается сформировать характерную для булатных сталей макро- и микроструктуру, Усилие горячего прессования и степень деформации должны обеспечивать получение беспористой заготовки и желаемую толщину слоев. Горячее прессование можно заменить ковкой

Для получения микроструктуры, присущей булатным сталям, заготовки подвергают термической обработке, заключающейся в нагреве до 740-790"С с последующим охлаждением в масле. Нижний предел температуры нагрева обусловлен температурой фазового превращения, а при температуре выше 790 С происходит интенсивное растворение цементитных частиц и не удается получить характерную для булатных сталей микроструктуру. При нагреве в укаэанном интервале углерод из высокоуглеродистого слоя диффундирует в ниэкоуглеродистый слой, насыщая его до содержания углерода

0,7-0,8, Одновременно в высокоуглеродистых слоях происходит сфероидизация цементитных частиц.

Обьединение двух вариантов в одну заявку обусловлено достижением одной цели

20 — получения булатной стали с характерной макро- и микроструктурой.

Решений с признаками, сходными с заявляемыми, кроме аналогов, авторами не обнаружено.

Пример ы конкретного осуществления:

По 1 варианту:

В контейнер послойно засыпали порошок оксида железа (Ре Оэ) с размером час30 тиц 20 — 25 мкм и смесь порошков оксида железа и белого заэвтектического чугуна (С=

=5,0 ; Si =-0,15 ; Мп =0,23 ). Содержание чугуна в смеси составляло 70 . Дисперсность чугун ного порош ка — 80-1 10 мкм. Толщина засыпаемых слоев: оксидных — 0,8 — 1.0 мм, чугунных — 0,3 — 0,5 мм.

После засыпки заготовку спекали в среде водорода в течение 45 мин при 750 С.

Полученную заготовку подвергали пласти40 ческой деформации (ковке) при 820 С. Сте. пень деформации — 80 . Термообработку осуществляли по следующему режиму, нагрев до температуры 760 С, охлаждение в масле. Заготовку подвергали шлифованию в продольном и поперечном направлениях (относительно направления деформации).

Химический состав полученной стали следующий: С = 1,86 (,; Si = 0,05 ; Mn = 0,09 .

Результаты исследования приведены в табл, 1, По 2 варианту:

В контейнер послойно засыпали низкоуглеродистый железный порошок марки

ПЖ1-M с размером частиц 80-120 мкм и смесь порошков низкоуглеродистого железа и белого эаэвтектического чугуна (С =

=5,0 ; Si = 0,157,; Mn = 0,23 ). Содержание чугуна в смеси составляло 85, дисперсность чугунного порошка — 80-110 мкм. Толщина засыпаемых слоев:

1823882

Таблица1

Результаты исследования булатной стали, полученной по варианту 1

Общее содержание углерода, ИримечаМакроструктура

Тенперату- Количестра закал- во чугуна а ки, С смеси, 1

Мик ост к а

Температура деформации,сс

Температура eoccra osneawe.

Ос аысокоуг- j среднеуглероди- леродистых слоев стык слоев

1,21 агслоения

1,42

1.65

1.90

e ° п

Т т

Т т+ ц*Узор есть

7ОО

8ОО

950

О+Ц

Ц т ц г. ц

1 . Ц+

ТОО

760

7О ео

850

800! 8БОг

950

2,31 Рванины

Узор слабый

Таблица 2

Результаты исследования булатной стали, полученной по варианту 2 — перлит, Т вЂ” тростит, Ц вЂ” цементит сферический, Ц вЂ” цементит игольчатый, Ц"

И р и м е ч а н и е: Ф вЂ” феррит, — цементит по границам зерен.

Составитель В. Герасимов

Редактор М. Кузнецова Техред М. Моргентал Корректор П. Гереши

Заказ 2193 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35. Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 низкоуглеродистых -- 0,5 мм, высокоуглеродистых — 0,3 MM. После формования заготовку нагревали в среде аргона до 830 С и подвергали динамическому горячему прессованию. Степень деформации составляла 5 70%. Термообработку осуществляли по следующему режиму: нагрев до температуры

760 С, охлаждение в масле. Макро- и микроструктура полученного материала аналогична макро- и микроструктуре материала, 10 полученного по первому способу, Химический состав следующий: С = 1,95%; Я =

=0,12%; Мп = 0,18%. Результаты исследований приведены в табл. 2.

Предлагаемые способы позволяют пол- 15 учить булатную сталь с характерной микрои макроструктурой (булатный узор), отличаются простотой и могут быть легко реализованы в производственных условиях, Использование указанных композиций по- 20 эволяет значительно повысить износостойкость изделий.

Формула изобретения

1. Способ получения булатной стали, включающий формирование структурной 25 неоднородности и последующую обработку давлением, о т л и ч а ю щ и и с 4 1 "и 110, г целью получения характерной мВкрА и ML1K роструктуры, структурную неоднородность фОРМИРУЮт ПУТЕМ ПОСЛОйНОй ЗаСЫг1КИ ИО рошков оксида железа и 50-80 мас.% белого эаэвтектоидного чугуна, заготовки выдерживают в среде восстановительного газа при 650-850 С, обработку давлением осуществляют при 800 — 900 С, после чего проводят термообработку при 740-790"С с последующим охлаждением в масле.

2. Способ получения булатной стали, включающий формирование структурной неоднородности и последующую обработку давлением, отличающийся тем, что. с целью получения характерной макро- и микроструктуры, неоднородность формируют путем послойной засыпки порошков низкоуглеродистого железа и 70-90 мас.% белого эаэвтектического чугуна, перед обработкой давлением заготовку нагревают в защитной атмосфере до 800-900 С, обработку давлением осуществляют путем горячего прессования, после чего проводят термообработку при 740 — 790 С с последующим охлаждением в масле.