Hot Isostatic Pressing of Carbide Steels from Chip Waste of Metal Cutting Production
DOI:
https://doi.org/10.22213/2413-1172-2020-3-38-45Keywords:
chip waste, cold pressing in a capsule, sintering, hot isostatic pressing, sediment, compacting, carbides, microstructureAbstract
This paper presents the results of studies on the process of manufacturing carbide steels. In the work, we used a powder obtained from chip waste, P6M5 steel, a powder of titanium carbide fraction 5/3 μm, and carbon black. Three compositions of carbide steels are considered.
The following scheme for the manufacture of carbide steels was adopted: washing and grinding of chip waste; mixing and plasticization of the mixture; cold molding of the mixture: pressing in a capsule; sintering and isothermal annealing in a vacuum; welding, degassing and sealing capsules; hot isostatic pressing; sediment of the obtained blanks.
For the studied powder blends, compressibility indicators were determined in the pressure range 200…700 MPa. It is shown that an increase in the proportion of carbides in the mixture reduces compressibility. It is recommended to use high pressures for forming briquettes of the considered powder mixtures, which will provide a higher relative density after sintering.
The optimum sintering temperature of 1150 °C of briquettes and sheets was selected, which ensures the receipt of maximum relative density after sintering and eliminates the melting of the compacts during sintering.
After sintering and isothermal annealing, the microstructure of compacts consists of uniformly distributed carbides in a matrix of sorbitol and pores.
Hot isostatic pressing was performed at a temperature of 1150 °C, a pressure of 200 MPa, argon in a medium, holding at a given temperature and pressure of 120 minutes, cooling at a speed of 180 °C / hour to 400 °C, then cooling in air. At an initial relative density of sintered billets of the order of 65…75 %, the ISU cycle guarantees their compaction.
Hot sediment of compact gas-stabilized billets at various degrees of compression was carried out to give them a shape close to the disk for the subsequent manufacture of experimental disk mills. It is shown that the degree of compression during hot sediment contributes to the fragmentation of the carbide phase and forms a favorable microstructure. Carbide heterogeneity in all materials obtained is not worse than 1 point (scale 2), according to GOST 19265-73.
Disk mills were made from the materials obtained, which underwent standard heat treatment for P6M5 steel and showed higher resistance than tools made of similar steel by conventional metallurgical technology.References
Тюкпиеков В. Н., Никитина О. В. Напряженное состояние в зоне резания при механической обработке синтеграна лезвийным режущим инструментом // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2018. Т. 21, № 1. С. 3–6. DOI: 10.22213/2413-1172-2018-1-3-6.
Исследование адгезионно-активных поверхностных структур в быстрорежущей стали Р6М5 / В. А. Ким, Ч. Ф. Якубов, Е. Б. Щелкунов, Е. В. Самар // Диагностика материалов. 2018. № 84 (12). С. 40–44. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2018-84-12-40-44.
Структура и свойства крупнозернистых твердых сплавов WC-Co с особо однородной микроструктурой / Е. Н. Авдеенко, Е. И. Замулаева, А. А. Зайцев, И. Ю. Коняшин, Е. А. Левашов // Известия вузов. Цветная металлургия. 2019. № 4. С. 70–78. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-4-70-78.
Ружицкая Е. В., Арестов О. В., Хачатрян С. А. Физические и технологические свойства порошков карбидосталей системы TiC−Р6М5, полученных механохимическим синтезом // Вестник инженерной школы ДВФУ. 2016. № 1 (26). С. 65–77.
Оглезнева С. А., Князев А. А., Гревнов Л. М. Исследование влияния дисперсности порошка никеля на свойства алмазного инструмента // Фундаментальные исследования. 2017. № 10-3. С. 497–501.
Оглезнева С. А., Мазеин А. В., Саенков К. Л. Исследования фазовых превращений в карбидосталях на основе нанодисперсных порошков при трении // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 2-2.
Структура и свойства спеченных хромистых карбидосталей на основе системы Fe – Cr – C / В. А. Маслюк, Р. В. Яковенко, А. Н. Грипачевский, Г. А. Баглюк // Вопросы материаловедения. 2015. № 2 (82). С. 17–22.
Металлопорошковые композиции жаропрочного сплава ЭП648 производства ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ в технологиях селективного лазерного сплавления, лазерной газопорошковой наплавки и высокоточного литья полимеров, наполненных металлическими порошками / Е. Н. Каблов, А. Г. Евгенов, О. Г. Оспенникова, Б. И. Семенов [и др.] // Известия вузов. Серия «Машиностроение». 2016. № 9 (678). С. 62–80.
Amosov A. P., Samboruk A. R., Yatsenko I. V. TiC - Fe Powders by Coupled SHS Reactions: An Overview. Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth., 2019, 28, 10-17. https://doi.org/10.3103/S1061386219010023.
Дорофеев В. Ю., Свиридова А. Н., Свистун Л. И. Влияние микролегирования натрием на контактную выносливость и механические свойства горячедеформированных порошковых сталей // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2019. № 4. С. 4–13. https://doi.org/10.17073/
-308X-2019-4-4-13.
Агеев С. В., Гиршов В. Л. Горячее изостатическое прессование в порошковой металлургии // Металлообработка. 2015. № 4 (88). С. 56–60.
Yatsenko I. V., Yatsenko V. V., Amosov A. P., Samboruk A. R. Fe reduction by carbon during self-propagating high-temperature synthesis of Fe - TiC composite. Key Eng. Mater., 2016, vol. 685, pp. 768-771. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.685.768.
Оглезнева С. А., Саенков К. Л., Князев А. А. Исследование влияния дисперсности и гомогенности структуры на свойства порошковых метастабильных аустенитных карбидосталей и алмазного инструмента // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2019. № 1. С. 52–60. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2019-1-52-60.
Саенков К. Л., Оглезнева С. А., Князев А. А. Исследование структуры и свойств порошковых карбидосталей и алмазно-абразивного инструмента системы Fe – Ni – TiC // Конструкции из композиционных материалов. 2018. № 4 (152). С. 22–25.
Krioni N. K., Migranov M. S., Fox-Rabinovich G. S. Study of the Tribotechnical Properties of a Cutting Tool Made of Sintered Powder Tool Materials. J. Frict. Wear, 2019, 39, 12-18. https://doi.org/10.3103/
S1068366618010099.
