RU2834544C1 - Method of forming and activating sintering of powder structural materials - Google Patents
Method of forming and activating sintering of powder structural materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2834544C1 RU2834544C1 RU2024102849A RU2024102849A RU2834544C1 RU 2834544 C1 RU2834544 C1 RU 2834544C1 RU 2024102849 A RU2024102849 A RU 2024102849A RU 2024102849 A RU2024102849 A RU 2024102849A RU 2834544 C1 RU2834544 C1 RU 2834544C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- sintering
- dispersed
- forming
- structural materials
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Известен способ получения порошковых материалов (Патент RU 243227C2, B22F 3/12, 2006.01/Способ формирования порошковых изделий или материалов / А.Г. Ермилов, В.Ю. Лопатин, Ж.В. Еремеева), в котором интенсификация процесса спекания проводится за счет введения в реакционное пространство высокодисперсных (наноразмерных или нанокристаллических) частиц, состоящих из элементов основы изделия или легирующих основную матрицу. Порошок шихтуют с металлорганическим пластификатором на основе триэтаноламина и формуют полученную шихту. Спекание проводят в условиях, обеспечивающих образован не высокоактивных неравновесных нанокристаллических структур, активизирующих процесс спекания. Способ позволяет понизить температуру спекания без нарушения элементного состава конечного материала, обеспечивает равномерную усадку при спекании за счет равномерного распределения высокоактивных нанокристаллических фаз.A method for producing powder materials is known (Patent RU 243227C2, B22F 3/12, 2006.01/Method for forming powder articles or materials / A.G. Ermilov, V.Yu. Lopatin, Zh.V. Eremeeva), in which the sintering process is intensified by introducing highly dispersed (nanosized or nanocrystalline) particles into the reaction space, consisting of the elements of the article base or alloying the main matrix. The powder is blended with an organometallic plasticizer based on triethanolamine, and the resulting blend is formed. Sintering is carried out under conditions that ensure the formation of highly active nonequilibrium nanocrystalline structures that activate the sintering process. The method allows lowering the sintering temperature without disturbing the elemental composition of the final material, and ensures uniform shrinkage during sintering due to the uniform distribution of highly active nanocrystalline phases.
Недостатком способа является сложный процесс получения смеси, включающий смешивание порошков с аммиачным раствором молибден- или вольфрамсодержащего металлоорганического соединения и сушку смеси для удаления растворителя и формирования пленки молибден- или вольфрамсодержащего металлорганического соединения на поверхности частиц основного материала.The disadvantage of the method is the complex process of obtaining the mixture, which includes mixing the powders with an ammonia solution of a molybdenum- or tungsten-containing organometallic compound and drying the mixture to remove the solvent and form a film of the molybdenum- or tungsten-containing organometallic compound on the surface of the particles of the base material.
В работе, принятой за прототип (Лопатин В.Ю., Еремеева Ж.В., Н.Д. Нгуен. Изучение влияния карбонильного железного порошка ВК на уплотняемость и прочностные характеристики спеченного распыленного железного порошка ПЖРВ 2.200.26. Перспективные материалы, 2019, № 7, с. 51 - 58. https://doi.org/10.30791/1028-978X-2019-7-51-58), исследовано влияние добавок карбонильного порошка марки ВК на технологические характеристики смеси и свойства спеченного материала, выполненного из порошка ПЖРВ 2.200.26. Установлено, что, добавление карбонильного порошка ВК к распыленному в количестве 5–15% мас. повышает прочность спеченных материалов за счет формирования между частицами распыленного порошка дополнительного каркаса из припекшихся друг к другу частиц карбонильных железа. Оптимальное содержание карбонильного порошка в прототипе является смесь ПЖРВ 2.200.26 и ВК 15% мас.In the work adopted as a prototype (Lopatin V.Yu., Eremeeva Zh.V., Nguyen N.D. Study of the influence of carbonyl iron powder VK on the compactibility and strength characteristics of sintered atomized iron powder PZhRV 2.200.26. Perspective materials, 2019, No. 7, pp. 51-58. https://doi.org/10.30791/1028-978X-2019-7-51-58), the influence of additives of carbonyl powder of the VK brand on the technological characteristics of the mixture and the properties of the sintered material made of PZhRV 2.200.26 powder was investigated. It was found that the addition of carbonyl powder VK to the atomized one in an amount of 5-15% by weight. increases the strength of sintered materials due to the formation of an additional framework of carbonyl iron particles sintered to each other between the particles of the sprayed powder. The optimal content of carbonyl powder in the prototype is a mixture of PZhRV 2.200.26 and VK 15% by weight.
Переход на промышленное применение в предлагаемых прототипом соотношениях карбонильного и распыленного порошка для получения традиционных конструкционных материалов представляется маловероятным вследствие неконкурентоспособности технологии при существенном повышении ее себестоимости.The transition to industrial application in the ratios of carbonyl and atomized powder proposed by the prototype for the production of traditional structural materials seems unlikely due to the uncompetitiveness of the technology with a significant increase in its cost.
Принципиальным отличием изобретения является снижение массовой доли дисперсной фракции в смеси до 0,1÷4,9%, наиболее оптимальное количество которой подбирается индивидуально для каждого состава.The fundamental difference of the invention is the reduction of the mass fraction of the dispersed fraction in the mixture to 0.1÷4.9%, the most optimal amount of which is selected individually for each composition.
Предлагается в смесь для формования на основе распыленного железного порошка, основной фракцией 45÷160 мкм, добавлять дисперсный порошок с размером частиц 0,1÷8 мкм в количестве от 0,1 до 4,9% мас. Содержание дисперсного порошка подбирается индивидуально в зависимости от состава шихты из принципа заполнения межчастичного пространства формуемой детали частицами дисперсной фракции. При спекании дисперсный порошок выполняет роль активатора спекания порошкового материала, способствуя увеличению усадки, повышению плотности и прочности материала. Прессование изделий проводят на стандартном оборудовании на прессах- автоматах и спекают в конвейерных печах по стандартным режимам.It is proposed to add dispersed powder with a particle size of 0.1÷8 μm in an amount of 0.1 to 4.9% by weight to the molding mixture based on sprayed iron powder, the main fraction of 45÷160 μm. The content of dispersed powder is selected individually depending on the composition of the charge based on the principle of filling the interparticle space of the molded part with particles of the dispersed fraction. During sintering, the dispersed powder acts as an activator of sintering of the powder material, contributing to increased shrinkage, increased density and strength of the material. Pressing of products is carried out on standard equipment on automatic presses and sintered in conveyor furnaces according to standard modes.
Технический результат: изобретение решает проблему изготовления ответственных изделий сложной формы с элементами тонких стенок путем повышения степени заполнения при прессовании узких каналов пресс-формы и снижения эффекта разноплотности между основным телом детали и отдельными ее тонкостенными элементами.Technical result: the invention solves the problem of manufacturing critical products of complex shape with thin-walled elements by increasing the degree of filling during pressing of narrow channels of the press mold and reducing the effect of density differences between the main body of the part and its individual thin-walled elements.
Способ позволяет повысить характеристики порошковых материалов без существенного удорожания и изменения схемы технологического процесса.The method allows to improve the characteristics of powder materials without significant increase in cost and changes in the technological process scheme.
Традиционно состав шихты для прессования порошковых заготовок состоит из базового железного порошка с размером частиц 45-200 мкм, порошков легирующих элементов, таких как порошки меди, никеля, молибдена, графита и смазки в виде порошка стеарата цинка. Хим. состав и физико-механические свойства основных конструкционных материалов регламентирован ГОСТ 28378-89 «Материалы конструкционные порошковые на основе железа».Traditionally, the composition of the charge for pressing powder blanks consists of a base iron powder with a particle size of 45-200 μm, powders of alloying elements such as copper, nickel, molybdenum, graphite powders and lubricant in the form of zinc stearate powder. The chemical composition and physical and mechanical properties of the main structural materials are regulated by GOST 28378-89 "Iron-based structural powder materials".
Технический результат достигается за счет того, что для каждого состава материала подбирается оптимальное содержание активирующей добавки дисперсного железного порошка, количественно определяемой наиболее плотной упаковкой частиц смеси при прессовании.The technical result is achieved due to the fact that for each composition of the material, the optimal content of the activating additive of dispersed iron powder is selected, quantitatively determined by the densest packing of the mixture particles during pressing.
Для оценки достигаемого эффекта изготавливались смеси на основе распыленного железного порошка по составам наиболее типичных конструкционных материалов ГОСТ 28378-89 с добавлением дисперсного железного порошка в количестве от 0 до 4,9%. Образцы изготавливались по схеме прессования на прессе-автомате и спекания в конвейерной печи в среде эндогаза по стандартным температурным режимам. В процессе технологического передела определялись насыпная плотность смесей, плотность прессовок и свойства спеченных материалов в зависимости от содержания дисперсной фракции. Оптимальное содержание определялось по графикам зависимости определяемых показателей от массовой доли дисперсного порошка.To assess the achieved effect, mixtures were prepared based on sprayed iron powder according to the compositions of the most typical structural materials of GOST 28378-89 with the addition of dispersed iron powder in an amount of 0 to 4.9%. Samples were manufactured according to the scheme of pressing on an automatic press and sintering in a conveyor furnace in an endogas environment according to standard temperature conditions. In the process of technological processing, the bulk density of mixtures, the density of compacts and the properties of sintered materials were determined depending on the content of the dispersed fraction. The optimal content was determined according to the graphs of the dependence of the determined indicators on the mass fraction of the dispersed powder.
Пример определения оптимального содержания дисперсной фракции для порошкового конструкционного материала ПК10 (ГОСТ 28378-89) приведен на фиг. 1, на которой представлены графики зависимости насыпной плотности, плотности спеченных образцов, усадки при спекании и прочности образцов от массовой доли дисперсного порошка.An example of determining the optimal content of the dispersed fraction for the powder structural material PK10 (GOST 28378-89) is shown in Fig. 1, which shows graphs of the dependence of bulk density, density of sintered samples, shrinkage during sintering and strength of samples on the mass fraction of dispersed powder.
При добавлении дисперсного порошка в смесь для ПК10 в количестве до 4,9% мас., за счет заполнения зазоров между частицами крупного распыленного порошка частицами дисперсной фракции, увеличивается насыпная плотность смесей повышается плотность прессовок, активизируется усадка при спекании. Наибольший технический результат достигается при содержании добавки в количестве 3% мас.When adding dispersed powder to the mixture for PK10 in an amount of up to 4.9% by weight, due to filling the gaps between the particles of large sprayed powder with particles of the dispersed fraction, the bulk density of the mixtures increases, the density of the compacts increases, and shrinkage during sintering is activated. The greatest technical result is achieved with an additive content of 3% by weight.
В таблице 1 представлен достигаемый технический результат добавления оптимального содержания дисперсной фракции на примере спеченных материалов ПК10Д3-68 и ПК40Н4Д2М-68Table 1 shows the achieved technical result of adding the optimal content of the dispersed fraction using the example of sintered materials PK10D3-68 and PK40N4D2M-68
Таблица 1Table 1
плотность после спекания 6,8-6,82PK40N4D2M-68,
density after sintering 6.8-6.82
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2834544C1 true RU2834544C1 (en) | 2025-02-11 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999059753A1 (en) * | 1998-05-15 | 1999-11-25 | Höganäs Ab | Iron-based metallurgical compositions containing flow agents and methods for using same |
| EP2101940B1 (en) * | 2006-12-29 | 2017-11-22 | Höganäs Ab (publ) | Iron based powder, component made of it and methods of manufacturing them |
| RU2690127C1 (en) * | 2018-12-18 | 2019-05-30 | Публичное акционерное общество "Северсталь" | Method of producing powder mixture, which is ready for pressing of metallurgical parts |
| RU2692002C1 (en) * | 2018-12-19 | 2019-06-19 | Публичное акционерное общество "Северсталь" | Method of producing complex-alloyed powder mixture, ready for molding |
| CN115125429A (en) * | 2021-03-25 | 2022-09-30 | 华南理工大学 | Activated sintered high-manganese non-magnetic steel and preparation method thereof |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999059753A1 (en) * | 1998-05-15 | 1999-11-25 | Höganäs Ab | Iron-based metallurgical compositions containing flow agents and methods for using same |
| EP2101940B1 (en) * | 2006-12-29 | 2017-11-22 | Höganäs Ab (publ) | Iron based powder, component made of it and methods of manufacturing them |
| RU2690127C1 (en) * | 2018-12-18 | 2019-05-30 | Публичное акционерное общество "Северсталь" | Method of producing powder mixture, which is ready for pressing of metallurgical parts |
| RU2692002C1 (en) * | 2018-12-19 | 2019-06-19 | Публичное акционерное общество "Северсталь" | Method of producing complex-alloyed powder mixture, ready for molding |
| CN115125429A (en) * | 2021-03-25 | 2022-09-30 | 华南理工大学 | Activated sintered high-manganese non-magnetic steel and preparation method thereof |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ЛОПАТИН В. Ю. и др. Изучение влияния карбонильного железного порошка ВК на уплотняемость и прочностные характеристики спеченного распыленного железного порошка ПЖРВ 2.200.26. Перспективные материалы, 2019, N 7, стр. 51-58. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2593064C2 (en) | Iron-based powder for injection moulding of powder | |
| JPH09512864A (en) | Improved iron-based powder composition containing a lubricant to enhance green strength | |
| JPH04231404A (en) | Method for powder metallurgy by means of optimized two-times press-two-times sintering | |
| US4274875A (en) | Powder metallurgy process and product | |
| CA2580509C (en) | Powder metal composition comprising secondary amides as lubricant and/or binder | |
| RU2834544C1 (en) | Method of forming and activating sintering of powder structural materials | |
| KR101179725B1 (en) | Method of preparing iron-based components by compaction with elevated pressures | |
| US4452756A (en) | Method for producing a machinable, high strength hot formed powdered ferrous base metal alloy | |
| US7329380B2 (en) | Method of controlling the dimensional change when sintering an iron-based powder mixture | |
| JPS61231102A (en) | Powder based on iron containing ni and mo for producing highstrength sintered body | |
| KR20050067422A (en) | Iron-based powder composition including a silane lubricant | |
| GB1590953A (en) | Making articles from metallic powder | |
| JP5272650B2 (en) | Powder mixture for powder metallurgy and method for producing the same | |
| SU1828421A3 (en) | Charge for producing composite caked material | |
| JPH1046201A (en) | Additive for powder metallurgy and production of sintered compact | |
| KR20060103958A (en) | Powdered Metal Mixture Containing Micronized Starch | |
| RU2692002C1 (en) | Method of producing complex-alloyed powder mixture, ready for molding | |
| Wartenberg et al. | Double Press Double Sinter Alternatives for High Density Applications | |
| CN110016622B (en) | Powder metallurgy material and application thereof | |
| SU482247A1 (en) | Method of making sintered iron-based products | |
| KR20240095297A (en) | Iron mixed powder and iron sintered body for powder metallurgy | |
| JPH0140081B2 (en) | ||
| JP2000290703A (en) | Warm mold lubricating lubricant, warm mold lubrication molding iron-based powder mixture, high-density iron-based powder compact, and method for producing high-density iron-based sintered body | |
| PL232783B1 (en) | A method of producing sintered iron-based components or its alloys | |
| JPH06145702A (en) | Production of steel powder for powder metallurgy and sintered parts |