CC BY
11
УДК 669.14.018 Б01 10.25960/ШО.2019.6.35
Прутки из порошков быстрорежущей стали
Я. М. Виторский, В. Л. Гиршов, О. П. Шаболдо, С. А. Мазуров
Обобщены результаты НИР и практический опыт коллектива Центрального научно-исследовательского института материалов в области производства порошков и прутков из быстрорежущей стали на отечественном оборудовании. Разработана технология горячей экструзии порошков в герметичных капсулах с титановым геттером. Представлены результаты исследования микроструктуры и механических свойств горячепрессованных прутков. Показано, что в присутствии титанового геттера происходит очистка поверхности порошка от оксидных пленок и значительно повышаются прочность и вязкость компактной порошковой быстрорежущей стали. Технология горячей экструзии позволяет получать биметаллические прутки с рабочим слоем из порошка, что экономит до 50 % расход дорогой быстрорежущей стали при изготовлении крупного инструмента. Разработана технология волочения прутков и проволоки.
Ключевые слова: порошки, быстрорежущая сталь, экструзия, биметалл.
Первые образцы порошковых быстрорежущих сталей (ПБС) были получены в США и Швеции еще в 60-е годы прошлого века. Порошки получали способом газового распыления жидкого металла в установках шахтного типа — атомайзерах. Компактировали порошки способом горячего изостатического прессования (ГИП) в специальных газоста-тах при температуре 1100-1150 °С и давлении газа (аргона) 100 МПа. После ГИП практически беспористые прессовки перерабатывали на требуемый сортамент способами ковки или прокатки. Опыт применения порошкового металлорежущего инструмента показал, что ПБС имеют значительные технические преимущества в сравнении со стандартными быстрорежущими сталями из слитков, поскольку обладают дисперсной однородной структурой и повышенным комплексом механических, технологических и функциональных свойств.
В СССР разработка ПБС была начата в 1970-е годы в Укрнииспецстали и в Центральном научно-исследовательском институте материалов (ЦНИИМ). Украинские специалисты выбрали зарубежную технологию производства ПБС, по их инициативе закуплено промышленное оборудование в Швеции и на заводе
«Днепроспецсталь» создано производство ПБС с объемом выпуска до 3000 т/год [1].
В ЦНИИМ ставилась задача разработать технологию производства ПБС, ориентированную только на отечественное оборудование. С этой целью в начале 1970-х годов была спроектирована, изготовлена и пущена в эксплуатацию опытная установка газового распыления, схема которой показана на рис. 1. Плавка металла осуществляется в открытой индукционной печи с тиглем вместимостью 60 кг (по стали). Металлический расплав заливают в металлоприемник, из которого через калиброванную кварцевую трубку с внутренним диаметром около 6 мм расплав поступает в камеру установки и распыляется потоком азота особой чистоты (содержание кислорода в азоте не более 0,003 % по массе). Газовый поток формируется пневматической кольцевой форсункой, куда азот поступает под давлением 0,4-0,5 МПа. Расход металла при распылении 20-25 кг/мин (по стали). Особенностью установки является ее компактность. Высота камеры установки 5,2 м, что позволяет размещать ее в обычном производственном помещении. Для сравнения отметим, что высота импортных атомайзеров превышала 10 м и для их размещения требовалось строительство со-
К вакуумному насосу
рез отверстие в матрице, как это показано на рис. 2. По характеру приложения нагрузки экструзия приближается к схеме одноосного прессования, но принципиально отличается от нее и от схемы всестороннего сжатия при ГИП значительными сдвиговыми деформациями в зоне истечения металла. ГЭ часто применяется при деформации металлов и сплавов с пониженной пластичностью, таких как тугоплавкие металлы, жаропрочные никелевые сплавы, высоколегированные инструментальные стали и др. Основными параметрами, во многом определяющими стабильность процесса экструзии, свойства и качество экструдированных заготовок, являются температура, степень деформации и условия трения в контейнере пресса и очаге деформации. Приближенный расчет давления прессования при экструзии слитка проводят по формуле [2]:
Рэ = 4as (1 + mh/d) lnl,
(1)
Рис. 1. Установка газового распыления (конструкция ЦНИИМ):
1 — индукционная печь; 2 — литейная воронка; 3 — сопло; 4 — рабочая площадка; 5 — газопровод; 6 — сборник порошка; 7 — устройство перемешивания; 8 — камера распыления
Fig. 1. Gas spray installation (design TsNIIM):
1 — induction furnace; 2 — casting funnel; 3 — nozzle; 4 — work site; 5 — gas pipeline; 6 — a collection of powder; 7 — mixing device; 8 — spray chamber
ответствующего по высоте производственного здания. В опытной установке на протяжении многих лет получали порошки быстрорежущих сталей, а также коррзионно-стойких, конструкционных сталей, чугунов, сплавов на основе алюминия, меди, никеля и кобальта. Порошки имели сферическую форму со средним размером частиц около 100 мкм.
Для компактирования порошков в прутки круглого сечения был выбран способ горячей экструзии (ГЭ). Этот способ представляет собой процесс горячего прессования, при котором прессуемая заготовка получается выдавливанием металла из замкнутого объема че-
где — предел текучести металла при температуре экструзии; т — коэффициент трения; к и < — высота и диаметр слитка соот-вественно; 1 — коэффициент вытяжки, равный отношению квадратов диаметров слитка и экструдированной заготовки.
Горячая деформация пористых тел (брикетов) является более сложным процессом в сравнении с деформацией плотных слитков.
Рис. 2. Технологическая схема экструзии:
1 — контейнер пресса; 2 — матрица; 3 — обойма; 4, 5 — экс-трудируемая заготовка; 6 — плунжер пресса
Fig. 2. Technological scheme of extrusion:
1 — container press; 2 — matrix; 3 — clip; 4, 5 — extruded billet; 6 — plunger press
1
1
2
3
При деформации пористых брикетов изменяются не только размеры, но и объем деформированной заготовки. Одновременно с изменением объема меняются прочностные и упругие свойства материала пористого брикета, уменьшается поверхность трения между деформируемой заготовкой и контейнером пресса и т. д. Сложность теоретического исследования процесса деформации пористых тел, вызванная переменным объемом и неопределенностью свойств материала, приводит к необходимости введения различного рода упрощений при расчетах. В работе [3] предложена расчетная модель, согласно которой процесс горячей экструзии пористого брикета расчленяется на две стадии: первая — уплотнение пористого брикета; вторая — истечение уплотненного брикета через очко матрицы. Давление прессования на первой стадии рекомендуется определять по формуле
Р
упл
2
= — а„ 1п
(1 -9с К (1 -9к К
ехр
4|тк
а
(2)
где 00 и 9к — начальная и конечная относительная плотность брикета; т — коэффициент трения на поверхности брикет—контейнер пресса; к — конечная высота брикета; а — диаметр контейнера.
Надо отметить, что расчет по формуле (2) может дать только весьма приближенные оценки, поскольку он не учитывает сопротивление деформации со стороны капсулы, в которой находится пористый брикет. Очень приближенно можно оценить и задать для расчета такие исходные данные, как предел текучести порошкового брикета и коэффициент трения т.
Тем не менее по формулам (1) и (2) были приближенно рассчитаны параметры ГЭ для имеющегося гидравлического пресса с усилием 6 МН (600 тс). Согласно расчету определен максимальный диаметр капсулы 100 мм при коэффициенте вытяжки не более 15.
Опытные партии прутков диаметром 3040 мм получали экструзией капсул со свободно засыпанным порошком. Детали капсул (корпус и крышки) изготавливали из низкоуглеродистой, хорошо сваривающейся стали (Ст20, Ст3): корпус — из бесшовной трубы диаметром 100 мм с толщиной стенки 3 мм, крышки — из листа. Нижнюю крышку прива-
ривали к корпусу и в образовавшийся стакан засыпали с виброуплотнением распыленный порошок. Плотность засыпки 70-75 %. Затем приваривали верхнюю крышку со штуцером. С помощью штуцера в капсулу с порошком подавали воздух или азот для проверки герметичности сварных швов, после чего воздух откачивали, создавая в капсуле вакуум. После вакуумирования капсулы штуцер пережимали и заваривали.
Подготовленные описанным способом капсулы с порошком сажали в муфельную электропечь, нагретую до 1150 °С, и выдерживали в течение 1 ч, после чего капсулы экструдиро-вали на вертикальном гидравлическом прессе с усилием 6 МН (600 тс). Экструдированные прутки рихтовали, обрезали дефектные концевые части прутков и токарной обработкой удаляли с поверхности прутков остатки корпуса капсулы. Прутки подвергали прокатке, а часть прутков — ротационной ковке и волочению для получения прутков малых диаметров и проволоки. По результатам первых экспериментов был запатентован способ горячей экструзии порошков быстрорежущей стали (а. с. № 417246, 1972).
Механические свойства первых прутков были низкими. Так, у образцов стали 10Р6М5-МП предел прочности при изгибе после закалки и отпуска (твердость 65 ИИС) составил в среднем 2520 МПа, тогда как у импортных ПБС предел прочности превышал 4000 МПа [4].
Для выявления дефектов, снижающих механические свойства компактного металла, исследовали структуру распыленных порошков и компактных заготовок. Типичные дефекты, выявленные при исследовании, показаны на рис. 3. В крупных частицах порошка, размер которых обычно превышает 300 мкм, наблюдаются газовые поры, причем в порах иногда присутствуют мелкие порошковые частицы (рис. 3, а). Установки газового распыления шахтного типа трудно полностью очистить от порошка предшествующего распыления. Поэтому в тех случаях, когда в одной и той же установке распыляют разные по химическому составу сплавы, в компактном металле обнаруживаются посторонние металлические частицы (рис. 3, б). Отдельные неметаллические включения показаны на рис. 3, в. Особого внимания заслуживают
Рис. 3. Дефекты порошковой быстрорежущей стали, х200: а — поры в распыленных частицах; б — посторонняя металлическая частица; в — неметаллические включения; г — остатки оксидной пленки
Fig. 3. Defects of powder high-speed steel, х200: а — pores in atomized particles; b — foreign metal particle; c — non-metallic inclusions; d — oxide film residues
цепочки оксидов, расположенные на межчастичных границах (рис. 3, г). Порошковые частицы после распыления содержат на своей поверхности оксидную пленку. В процессе экструзии сферическая порошковая частица вытягивается и приобретает сигарообразную форму. При этом оксидная пленка разрушается и силами поверхностного натяжения превращается в цепочку мелких сферических оксидов. Протяженные скопления таких оксидов создают наиболее опасные концентраторы напряжений, которые снижают прочность и вязкость быстрорежущей стали. Существенно снижать механические свойства могут и неметаллические включения (силикаты, шпинели и др.), попадающие в жидкий металл из шлака и тигля, однако их концентрация в компактном металле сравнительно мала и они реже попадают в излом образца при определении механических свойств в сравнении с оксидными пленками.
При ГИП стремятся снизить содержание кислорода и тем самым уменьшить толщину оксидных пленок вакуум-термической дегазацией капсул с засыпанным порошком. Это длительная и затратная операция, проводится
с нагревом капсул до 750 °С. Особо мелкие частицы порошка часто не удерживаются фильтрами и выводят из строя вакуумные насосы.
Для оценки эффективности вакуум-термической дегазации исследовали состав и содержание газов, выделяющихся из порошка при нагреве. Навески порошка массой 5 г помещали в ампулы, вакуумировали, нагревали, при температурах 500, 750, 1000 и 1100 °С отбирали выделяющиеся газы, после чего масс-спектрометрическим методом анализировали их состав. В табл. 1 представлены результаты анализа газов, выделившихся из навески по-
Таблица 1
Состав и содержание газов
Table 1
The composition and content of gases
Температура, °С Содержание газов, см3/100 г
Н2 Н2О N2 CO CO2 S -^газ
500 2,1 2,2 0,8 2,2 1,4 8,7
750 7,4 0,8 0,7 2,1 1,0 12,0
1000 5,2 0,1 12,3 30,8 - 48,4
1100 6,5 - 3,0 10,6 - 20,1
Итого 21,2 3,1 16,8 45,7 2,4 89,2
рошка быстрорежущей стали с исходным содержанием кислорода приблизительно 0,03 % по массе.
Как видно из приведенных данных, в интервале температур 500-750 °С из порошка выделяются водород, пары воды, азот и диоксид углерода. Основная масса кислорода содержится в оксиде углерода, который выделяется в основном при температурах 1000-1100 °С. Сопоставление данных анализа с термодинамическими характеристиками восстановления оксидов углеродом указывает на то, что в составе оксидной пленки на поверхности порошковых частиц преобладает оксид хрома. Этот оксид восстанавливается углеродом в вакууме, начиная с 900 °С. При вакуум-термической дегазации с температурой 750 °С восстановления оксида хрома не происходит, что наглядно подтверждают экспериментальные результаты табл. 1.
Для устранения оксидной пленки в структуре компактной быстрорежущей стали разработан способ горячей экструзии порошков с титановым геттером (а. с. № 884859, 1980). Геттер в форме пористой титановой губки, предварительно активированной отжигом в вакууме, размещается вместе с порошком в капсуле. Далее капсула герметизируется без откачки воздуха. Это значительно упрощает и удешевляет подготовку капсул. При последующем нагреве капсул с порошком под экструзию титановый геттер поглощает воздух, оставшийся в капсуле, создавая в ней вакуум. Как было показано выше, в вакууме при 1000-1100 °С интенсифицируется процесс восстановления оксидов углеродом. Образовавшийся при восстановлении оксид углерода, как и воздух, поглощается титановым геттером. В результате формируется чистая (ювенильная) поверхность частиц порошка и они прочно свариваются друг с другом в процессе экструзии.
В результате проделанных расчетов было установлено, что масса геттера должна составлять 0,1 % от массы порошка при условии, что сорбционная емкость геттера будет использована полностью, а в порошке содержится не более 0,03 % кислорода. Однако на практике взаимодействуют с газами до полного насыщения только поверхностные слои геттера. С учетом этого обстоятельства было принято
вводить в капсулу брикет из предварительно активированной губки титана в количестве 0,3 % от массы порошка. Экспериментально было установлено, что капсула диаметром 100 мм с порошком полностью прогревается до однородной по сечению температуры в печи 1100 °С за 43 мин. При этой температуре капсула выдерживается еще 20 мин для завершения реакции поглощения газов геттером. Суммарное время выдержки капсулы с порошком при нагреве — 0,8 мин на 1 см2 поперечного сечения капсулы.
Для экспериментальной проверки работы геттера и оценки влияния остаточного содержания кислорода на механические свойства экструдированного металла изготовили опытные партии прутков из капсул, содержащих порошок стали 10Р6М5, и титановый геттер в форме пористой губки (0,3 % от массы порошка). Воздух из капсул не откачивали. Из прутков изготовили образцы для определения кислорода, предела прочности (изгиб) и ударной вязкости. Образцы перед испытанием подвергли стандартной закалке и отпуску. Результаты исследований представлены в табл. 2.
Высокая эффективность титанового геттера очевидна. В среднем, содержание кислорода снизилось с 0,03 до 0,01 %, предел прочности повысился с 2525 до 4470 МПа и ударная вязкость со 142 до 565 кДж/м2.
Важным преимуществом ГЭ является возможность получения биметаллических соединений с высокой прочностью сварки разнородных слоев. В нашей стране имеется значительный опыт производства биметаллических труб горячим прессованием (экструзией) [5]. Этот опыт был использован при разработке техно-
Таблица 2
Механические свойства экструдированных образцов стали 10Р6М5-МП
Table 2
Mechanical properties of extruded steel samples 10R6M5-MP
Тип геттера № партии Кислород, % Прочность, МПа Ударная вязкость, кДж/м2
Титан, губка 0,3 % 1 0,006 4700 580
2 0,003 5130 710
3 0,017 3863 500
4 0,009 4202 470
логии изготовления биметаллических прутков с сердечником из компактной дешевой инструментальной стали и с износостойким рабочим слоем из ПБС. Биметаллическая конструкция прутка позволяет экономить до 50 % дорогой быстрорежущей стали при изготовлении дисковых и червячных фрез, крупных метчиков, протяжек, шеверов и других инструментов.
При производстве биметаллических труб, когда оба слоя заготовки являются компактными, прочность сварки слоев определяется качеством подготовки сопрягаемых поверхностей, температурой нагрева, временем выдержки и значением контактного давления [5]. При ГЭ порошковой биметаллической заготовки возможность воздействия на прочность сварки слоев за счет изменения температуры, времени выдержки и контактного давления ограничена уже заданными параметрами. На прочность сварки порошкового слоя с компактным сердечником значительное влияние должно оказывать состояние контактных поверхностей, которое можно изменять в существенных пределах. Этому фактору и было уделено особое внимание.
В отечественной и зарубежной практике производства биметаллических труб контактные поверхности перед сочленением подвергают либо чистовой механической обработке, либо химическому травлению. Повышение чистоты механической обработки с 3-го до 7-го класса (В.г 40 ^ Яг 6,3 мкм) повышает прочность сварки на 20-30 %. Заключительной операцией подготовки контактных поверхностей при производстве биметаллических труб является меднение. Нанесение тонкого медного слоя осуществляется контактным методом. Медный слой является защитой от атмосферной коррозии и промежуточным подслоем, благоприятствующим сварке металлов. Одновременно медное покрытие — это проверка качества предыдущей обработки контактных поверхностей, на которые оно наносится, так как на загрязненную поверхность медь не осаждается или не имеет с ней прочной связи.
Подготовка поверхностей биметаллической порошковой заготовки включала очистку поверхности сердечника и внутренней поверхности капсулы. Для исследования прочности сварки слоев биметалла в зависимости от условий подготовки поверхности сердечника
эксперименты проводили по трем вариантам. По первому варианту сердечник диаметром 55 мм из стали 5ХНМ подвергали механической обработке по 4-му классу. Второй вариант предусматривал механическую обработку с шероховатостью поверхности по 7-му классу. По третьему варианту поверхность сердечника обрабатывали по 4-му классу, а затем мед-нили. Меднение проводили в солянокислом растворе медного купороса. Биметаллические капсулы нагревали до 1100 °С и экструдиро-вали на прессе усилием 6 МН со степенью деформации 85 %.
Прочность сварки слоев определяли методом среза. С этой целью от экструдированных прутков отрезали диски высотой 8 мм, внутренний слой дисков (сердечник) обрабатывали расточкой таким образом, чтобы получить ступенчатый образец с высотой срезаемого слоя 2 мм. Наиболее высокий предел прочности на срез — 550 МПа — был у образцов с омедненным сердечником. Минимальная прочность среза — 390 МПа — зафиксирована у шлифованного сердечника, промежуточное значение прочности среза — 430 МПа — у образцов с грубой поверхностью (4-й класс) без меднения. Оказалось неожиданным то, что более грубая поверхность сердечника обеспечивает повышенную прочность среза по сравнению со шлифованным сердечником. В трубном производстве, при сочленении компактных тел, наблюдается обратная картина — чем меньше неровности на сочленяемых поверхностях, тем выше прочность среза. Вероятно, риски и неровности на поверхности сердечника, соизмеримые с размером порошковых частиц, увеличивают поверхность предварительного контакта порошкового слоя с сердечником, что способствует повышению прочности сварки слоев. В целом, прочность сварки порошкового слоя с компактным сердечником выше, чем прочность сварки компактных труб, которая не превышает 260 МПа [5].
Микроструктуру и химический состав переходной зоны биметалла исследовали методами металлографического и микрорентгено-спектрального анализов. Граница сварки слоев четко выражена. При увеличении до 400 в структуре переходного слоя дефектов не выявлено. Результаты измерения микротвердости в переходной зоне показали, что слой бы-
строрежущей стали, в непосредственной близости от границы раздела, имеет повышенную микротвердость, примерно 4000 МПа, против 2800 МПа на расстоянии 300 мкм от границы. В слое стали сердечника у границы раздела микротвердость 1800 МПа, что примерно на 300 МПа ниже, чем на расстоянии 300 мкм от границы. Распределение легирующих элементов свидетельствует о том, что диффузия металлических легирующих (вольфрам, молибден, хром, ванадий и кобальт) через границу не переходит. Во всех случаях наблюдается резкий переход от одного слоя к другому. Иначе обстоит дело с диффузией углерода. Вблизи границы содержание углерода в сердечнике уменьшается, а в порошковом слое возрастает. Это хорошо согласуется с изменением микротвердости в переходной зоне. Очевидно, что имеет место «восходящая» диффузия углерода против градиента концентрации, связанная с высокой термодинамической активностью карбидообразующих элементов быстрорежущей стали [6].
Результаты НИР и опыт, накопленный в ЦНИИМ, были использованы при создании промышленного производства ПБС по кооперации НПО «Тулачермет» — металлургический завод «Электросталь». В НПО «Тулачермет» был создан производственный цех распыленных металлических порошков, оборудованный восемью установками газового распыления (ныне АО «Полема»). Эти установки производили порошки наплавочных материалов и быстрорежущих сталей. В цехе также имелось оборудование для капсулирования порошков. Освоено производство порошков 10Р6М5-МП, Р10Ф1К8М6-МП, Р0М2Ф3-МП и др. Порошки с виброуплотнением засыпали в моно- и биметаллические капсулы диаметром 325 мм и высотой 650 мм (рис. 4). Капсулы экструдировали на горизонтальном гидравлическом прессе завода «Электросталь» усилием 63 МН (6300 тс) на прутки диаметром 80120 мм. В 1980-е годы было произведено более 500 т монометаллических и около 60 т биметаллических прутков. Монометаллические прутки прокаткой и волочением перерабатывали на сортовой прокат и серебрянку. На инструментальных заводах страны (СИЗ им. Воскова, «Фрезер», Томский инструментальный завод, инструментальное производ-
12 3 4
Рис. 4. Капсулы для экструзии: 1 — верхняя крышка; 2 — корпус капсулы; 3 — порошок;
4 — нижняя крышка; 5 — геттер; 6 — сердечник
Fig. 4. Capsules for extrusion: 1 — top cap; 2 — capsule body; 3 — powder; 4 — bottom cover;
5 — getter; 6 — core
ство ЛОМО) изготовлено более 2 млн шт. мелкоразмерных сверл, метчиков, концевых фрез (рис. 5). Инструмент работал на многих отраслевых предприятиях (Воткинский машзавод, Курганмашзавод, Ижмаш, ЛОМО, Ковровский механический завод и др.). По статистически достоверным данным стойкость порошкового инструмента в 2-6 раз превысила стойкость аналогов из стандартных (слиточных) быстрорежущих сталей [7].
Из биметаллических прутков изготавливали крупные червячные фрезы и другие инструменты. На рис. 6 показаны сечение би-
Рис. 5. Концевой режущий инструмент (сверла, метчики, фрезы)
Fig. 5. End cutting tools (drills, taps, cutters)
Рис. 6. Поперчное сечение биметаллического прутка (а) и биметаллическая червячная фреза диаметром 112 мм (б)
Fig. 6. Cross section of a bimetallic rod (a) and a bimetallic worm mill with a diameter of 112 mm (b)
металлического прутка и биметаллическая фреза, изготовленная на Московском инструментальном заводе. В 1990-е годы в связи с экономическим кризисом и отсутствием заказов отечественное производство ПБС прекратилось.
Вновь возобновить работу по воссозданию ранее разработанной технологии удалось только в 2006 г., когда по инициативе ЦНИИМ тема «Инструмент» была включена в ФЦП «Национальная технологическая база». Для проведения работ по теме создан консорциум ЦНИИМ-СПбПУ, который совместно с АО «Полема» в 2007-2009 г. возродил опытно-промышленную технологию производства распыленных порошков, экструдированных и сортовых прутков из ПБС 10Р6М5-МП. В АО «Полема» на промышленном оборудовании изготовлена партия прутков диаметром от 70 до 8 мм, в том числе уникальные биметаллические прутки [8]. В рамках этой работы на специализированном пружинном производстве АО «ЦНИИМ» [9] проведены волочение прутков из ПБС различных составов и шлифование прутков диаметром 3-5 мм. Поскольку прутки из сталей, легированных вольфрамом и кобальтом, обладают недостаточной пластичностью для волочения на станах барабанного типа, волочение проволоки осуществляли на цепном волочильном стане, технические характеристики которого позволяют использовать катаные заготовки диаметром до 25 мм. Одним из основных вопросов, которые возникают при волочении высокопрочных малопластичных материалов, является
выбор технологического смазочного средства [10]. При волочении прутков и проволоки из ПБС, как вхолодную так и с нагревом, были использованы разработанные в АО «ЦНИИМ» смазочные средства в виде смеси мелкодисперсного графита и водного раствора силиката натрия (а. с. № 1702586, 1702587, 1991). Отжиги исходных прутков, промежуточные термообработки и нагрев прутков под волочение проводили в электропечах, в том числе и проходных. Финишную термообработку прутков (закалку) проводили на установке скоростного электроконтактного нагрева прямым пропусканием тока. Конструкция такой установки позволяет совмещать термическую обработку прутков с их рихтовкой. После рихтовки и резки на мерные длины прутки поступали на станок бесцентрового шлифования. Набор технологического оборудования специализированного малотоннажного производства АО «ЦНИИМ» [9, 10] позволяет организовать замкнутый цикл изготовления заготовок для инструмента из ПБС от порошка. Однако дальнейшего развития эта работа не получила из-за отсутствия финансирования.
В работах ЦНИИМ по созданию отечественной технологии производства прутков из ПБС принимали участие многие сотрудники. Особенно большой творческий вклад внесли В. М. Дмитриев, Е. Г. Калякина, К. А. Марков, А. А. Абрамов, В. Г. Кочкин.
Литература [References]
1. Осадчий А. Н., Ревякин С. В., Кийко Г. В. [и др.].
Производство порошковой быстрорежущей стали на заводе «Днепроспецсталь» // Сталь. 1981. № 11. С. 83-84. [Osadchiy A. N., Revyakin S. V., Kiyko G. V. [et al.]. Production of powder high-speed steel at the Dneprospetsstal plant // Steel. 1981. N 11. P. 83-84.]
2. Прозоров Л. В. Прессование стали и тугоплавких металлов. М.: Машиностроение, 1969. 258 с. [Prozo-rov L. V. Pressing steel and refractory metals. Moskow: Mechanical Engineering, 1969. 258 p.]
3. Живов Л. И., Скорняков Ю. Н., Нотыч А. А. Исследование процесса горячей экструзии спеченных материалов // ПМ. 1974. № 2. С. 23-28. [Zhivov L. I., Skornyakov Yu. N., Notych A. A. Investigation of the process of hot extrusion of sintered materials / / PM. 1974. N 2. P. 23-28.]
4. Kazak A., Dulis E. Powder metallurgy tool steel // Powder metallurgy. 1978. N 2. Р. 114-123.
5. Чепурко М. Н., Остренко В. Я., Резников Е. А. [и др.]. Биметаллические трубы. М.: Металлургия, 1974. 224 с.
[Chepurko M. N., Ostrenko V. Ya., Reznikov E. A. [et al.]. Bimetallic pipes. Moskow: Metallurgy, 1974. 224 p.]
6. Гиршов В. Л., Дмитриев В. М., Калякина Е. Г. [и др.]. Изготовление биметаллических заготовок и инструмента с порошковым слоем из быстрорежущих сталей // Производственно-технический бюллетень. 1981. № 5. С. 23-25. [Girshov V. L., Dmitriev V. M., Kalyakina E. G. [et al.]. Production of bimetallic billets and tools with a powder layer of high-speed steels // Production and Technical Bulletin. 1981. N 5. P. 23-25.]
7. Гиршов В. Л. Технико-экономические преимущества порошковых быстрорежущих сталей // Металлообработка. 2001. № 4. С. 40-42. [Girshov V. L. Technical and economic advantages of powder high-speed steels // Metalloobrabotka. 2001. N 4. P. 40-42.]
8. Организация отечественного промышленного производства высококачественных заготовок и инструмен-
та из порошковых быстрорежущих сталей (ПБС): ред. ст. // Металлообработка. 2010. № 1 (55). С. 64-66. [Organization of domestic industrial production of high-quality workpieces and tools from powder high-speed steels (PBS) / Editorial article // Metalloobrabotka. 2010. N 1 (55). P. 64-66.]
9. Шаболдо О. П., Виторский Я. М., Васильев Е. В., Сорокин М. В. Специализированное пружинное произ-водставо // Металлообработка. 2011. № 3 (63). С. 48-52. [Shaboldo O. P., Vitorsky Y. M., Vasiliev E. V., Soro-kin M. V. Specialized spring production // Metalloobrabotka. 2011. N 3 (63). P. 48-52.]
10. Рудской А. И., Лунев В. А., Шаболдо О. П. Волочение: учебное пособие-СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. 126 с. [Rudskoy A. I., Lunev V. A., Shaboldo O. P. Drawing: textbook. St.-Petersburg: Publishing house Polytechnic. University, 2011. 126 p.]
Сведения об авторах
Виторский Ярослав Михайлович — доктор технических наук, профессор, начальник отдела, Центральный научно-исследовательский институт материалов, 191014, Санкт-Петербург, Парадная ул., д. 8, e-mail: kakotkina@ cniim.com
Гиршов Владимир Леонидович — доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник, Центральный научно-исследовательский институт материалов, 191014, Санкт-Петербург, Парадная ул., д. 8, e-mail: vladigir@bk.ru
Шаболдо Олег Павлович — кандидат технических наук, первый заместитель генерального директора, заместитель генерального директора по научной работе, Центральный научно-исследовательский институт материалов, 191014, Санкт-Петербург, Парадная ул., д. 8, e-mail: schaboldo@cniim.com
Мазуров Сергей Александрович — кандидат технических наук, начальник сектора, Центральный научно-исследовательский институт материалов, 191014, Санкт-Петербург, Парадная ул., д. 8, e-mail: kakotkina@cniim.com
Для цитирования: Прутки из порошков быстрорежущей стали / Я. М. Виторский, В. Л. Гиршов, О. П. Шаболдо, С. А. Мазуров // Металлообработка. 2019. № 6. С. 35-44.
UDC 669.14.018 DOI 10.25960/mo.2019.6.35
High speed steel powder bars
Y. M. Vitorsky, V. L. Girshov, O. P. Shaboldo, S. A. Mazurov
The results of scientific research and practical experience of the staff of the Central Research Institute of Materials in the field of production of powders and rods of high speed steel on domestic equipment are summarized. The technology of hot extrusion of powders in sealed capsules with a titanium getter has been developed. The results of a study of the microstructure and mechanical properties of hot-pressed bars are presented. It is shown that in the presence of a titanium getter, the surface of the powder is cleaned of oxide films and a significant increase in the strength and toughness of compact powder high-speed steel. Hot extrusion technology allows you to get bimetallic rods with a working layer of powder, which saves up to 50 % the expense of expensive high-speed steel in the manufacture of large tools. A technology for drawing rods and wire has been developed.
Keywords: powders, high-speed steel, extrusion, bimetal.
Information about authors
Vitorsky Yaroslav Mikhailovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Department, JSC Central Research Institute of Materials, Russia, 191014, St.-Petersburg, Paradnaya str., 8, e-mail: kakotkina@cniim.com
Girshov Vladimir Leonidovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Chief Researcher, Central Research Institute of Materials JSC, Russia, 191014, St.-Petersburg, Paradnaya str., 8, e-mail: vladigir@bk.ru
Shaboldo Oleg Pavlovich — Ph. D., First Deputy General Director, Deputy General Director for Research, JSC Central Research Institute of Materials, Russia, 191014, St.-Petersburg, Paradnaya str., 8, e-mail: schaboldo@cniim.com
Mazurov Sergey Aleksandrovich — Ph. D., Head of Sector, Central Research Institute of Materials JSC, Russia, 191014, St.-Petersburg, Paradnaya str., 8, e-mail: kakotkina@cniim.com
For citation: High speed steel powder bars / Ya. M. Vitorsky, V. L. Girshov, O. P. Shaboldo, S. A. Mazurov // Metalloobrabotka. 2019. N 6. P. 35-44.
УВАЖАЕМЫЕ АВТОРЫ!
Обращаем ваше внимание на существенные изменения в правилах оформления статей.
Просим предоставлять перевод на английский язык: подрисуночных подписей, названий таблиц, списка литературы. Пожалуйста, не присылайте перевод отдельными файлами. Он должен следовать сразу после русского текста. Название статьи — перевод, ключевые слова — перевод, название таблицы — тут же перевод, подрисуночные подписи — ниже перевод, не забывайте про перевод экспликаций в рисунках. В финале статьи после русского списка литературы, должен следовать список на английском языке. Также, пожалуйста, не забываем про сведения обо всех авторах на двух языках: полностью ФИО, должность, звание, место работы с индексом и адресом, электронная почта.
В статье обязательно должны быть ссылки за зарубежные источники, цитируемые в Scopus и Web of Science.
Материалы, не соответствующие перечисленным критериям, не будут допущены к рецензированию!
С уважением, редакция журнала «Металлообработка»
