Transcript x500 В порошковой стали карбидная неоднородность

On the Development of Reference Materials
for Spectral Analysis of Powdered High-Alloy Steels
Volodymyr Ustymenko, Lyudmyla Kurnavina
Ukrainian Special Steels Institute
JSC “Metal and Quality”, Zaporozhye, Ukraine
Now increasingly being used instrumental and high-speed steels that produced by
powder metallurgy. Tool life of these steels is several times the service life of tools
made of steels produced by conventional methods.
В настоящее время все большее применение находят инструментальные и
быстрорежущие стали, полученные методом порошковой металлургии. Срок
службы инструмента из этих сталей в несколько раз превышает срок службы
инструмента из сталей, полученных обычными способами.
V súčasnej dobe stále viac využívané sú inštrumentálne a rýchlorezných ocelí
vyrobených pomocou práškovej metalurgie. Životnosť týchto ocelí je
niekoľkonásobne životnosť nástrojov vyrobených z ocelí vyrábaných
konvenčnými metódami.
The main producers:
BOHLER, Austria
ERASTEEL, Sweden
DSS, Ukraine
CRUCIBLE, USA
This is achieved through a substantial reduction of the carbide inhomogeneity, whose
dimensions do not exceed a few microns.
Это достигается за счет существенного снижения карбидной неоднородности, размеры
которой не превышают нескольких микрон.
Toho je dosiahnuté vďaka výraznému zníženiu nehomogenity karbidu, ktorého rozmery
nepresahujú niekoľko mikrónov.
Comparison of carbide distribution (M = 100:1)
Сравнение карбидной неоднородности (М = 100:1)
Porovnanie heterogenity karbidu (М = 100:1)
High speed steel produced traditional way
Быстрорежущая сталь, произведенная обычным способом
Vysoká rýchlosť oceľ vyprodukovaný obvyklým spôsobom
Powder-metallurgy high speed steel
Материал порошковой металлургии
Materiál vyprodukovaný práškovou metalurgiou
Segregation of the eutectic carbides (CrFeMo)7C3 in tool steel X12MF
(X155CrMoV12-1 DIN 17350-10) produced traditional way
Сегрегация эвтектических карбидов (CrFeMo)7C3 в инструментальной
стали Х12МФ обыкновенной выплавки (X155CrMoV12-1 DIN 17350-10)
Izolácia eutektických karbidov (CrFeMo)7C3 v nástrojovej ocele X12MF
(X155CrMoV12-1 DIN 17350) vyprodukovaný obvyklým spôsobom
The volume fraction of carbides in
different parts of samples can vary twice
1 mm
Объемная доля карбидов в различных
частях образца может отличаться вдвое
Objemový podiel karbidov v rôznych
častiach vzorky sa môže líšiť o polovicu
This can lead to significant variations in
the analytical signal
50
Это может приводить к значительной
вариации аналитического сигнала
40
To môže viesť k významným zmenám v
analytického signálu
20
30
10
0
Powdered Tool Steel
C
Cr
Mo
W
V
Si
17X5B3MF5C2-MP (DI90-MP)
1,7
5
0,5
3
5
2
In the powdered steel carbide heterogeneity is virtually absent,
which allows to hope for greater stability of the analytical
signal
В порошковой стали карбидная неоднородность
практически отсутствует, что позволяет надеяться на более
высокую стабильность аналитического сигнала
x500
Prášok ocele nemá prakticky žiadnu nesúrodosť karbidu, ktorý
umožňuje dúfať, že pre väčšiu stabilitu analytického signálu
Due to the lack of reference materials on the market of high alloyed powdered steel, we evaluated
the feasibility of developing such materials.
Chemical compositions of common brands are shown in Table
В связи с отсутствием на рынке стандартных образцов высоколегированных порошковых
сталей, нами проведена оценка возможности разработки таких образцов.
Химический состав распространенных марок приведен в таблице
Vzhľadom na nedostatok referenčných materiálov na trhu práškovej ocele, sme hodnotili možnosť
vypracovania také materiál.
Chemické zloženie vyrobenej ocele značiek v tabuľke
Powdered High-speed Steel
C
Cr
Mo
W
V
Co
Sum, %
1
19,5
1
ASTM A11-PM
2,5
5
2
2
ASTM M7-PM, DIN 1.3348-PM
1,0
4
9
2
2
3
ASTM M42-PM, DIN 1.3247-PM
1,1
4
10
2
1
4
ASTM M3-PM, DIN 1.3344-PM
1,3
4,5
5
6
3
5
DIN 1.3241-PM
1,0
4
7
6
6
10
34,0
6
P9M4K8-MP GOST 28393
1,2
3
4
9
3
8
28,2
7
ASTM M48-PM
1,6
4
5
10
3
9
32,6
8
ASTM M61-PM
1,0
4
6
12
5
9
DIN 1.3202-PM
1,0
4
1
12
4
10
ASTM T1-PM, DIN 1.3355-PM
0,8
4
18
1
11
ASTM T4-PM, DIN 1.3255-PM
0,8
4
1
18
2
5
C
Cr
Mo
W
V
Ni
Powdered Tool Steel
10
Si
18,0
8
26,1
0,5
19,8
28,0
5
27,0
23,8
30,8
Si
Sum, %
12
DIN 1.2365-PM
0,3
3
3
0,5
13
DIN 1.3551-PM, ASTM M61-PM
0,6
4
4
1
14
17X5B3MF5C2-MP, DI-90-MP (USSI)
1,7
5
0,5
3
15
100X8BM2F3S-MP (DSS)
1,0
8
2
1
16
DIN 1.2379-PM
1,5
12
1
1
15,5
17
DIN 1.2380-PM
2,4
12
1
4
19,4
18
ASTM 440-PM
2,0
18
0,5
6
26,5
19
X20MBAF4-MP (DSS)
2,0
20
1
4
28,0
1
6,8
1
1
10,6
5
2
17,2
3
1
16,0
Technology for producing high-alloyed powdered steel: induction melting of metal, melt atomization with
nitrogen to a powder with a particle size of ≈ 500 microns, the loading of the powder in container,
vacuumization of container and hot isostatic pressing at the temperature of 1100 - 1150°C and a pressure of
1000 atmospheres. The resulting billet is subjected to forging and rolling to the desired profile.
Because at this technology is difficult to foresee in advance the most homogeneous part of the received billet
for its use as a reference material, you need a thorough investigation of the homogeneity of several
candidates. Also, do not investigate the question of homogeneity the sample surface. Given the high cost of
these steels (20 - 40 € per kg), the problem seems to be rather complicated.
Технология получения высоколегированной порошковой стали: индукционная плавка металла,
распыление расплава азотом в порошок с размером частиц ≈500 мкм, загрузка полученного порошка в
контейнер, вакуумирование, герметизация и горячее изостатическое прессование контейнера при
температуре 1100-1150°С и давлении 1000 атмосфер, ковка и (или) прокатка полученной заготовки в
требуемый профиль.
Поскольку при этой технологии заранее сложно предусмотреть наиболее однородную часть
полученного проката для использования его в качестве материала стандартного образца, необходимо
тщательное исследование однородности нескольких кандидатов. Кроме того, не исследован вопрос
однородности поверхности образцов. С учетом высокой стоимости этих сталей (20 - 40 € за кг), задача
кажется достаточно сложной.
Technológie pre výrobu prášok ocele:
indukčné tavenie kovovej, taveniny atomizáciu s dusíkom na prach s veľkosťou častíc ≈ 500 mm,
vložte výsledný prášok do kontajnera, evakuovaných, uzavretý a izostatické stlačení kontajnera pri
teplote 1100-1150 ° C a tlak 1000 atmosfér, kovanie a (alebo) výsledné valcovacie medzery na
požadovaný profil.
Pretože keď táto technológia je ťažké predvídať vopred najviac homogénna časť ktoré pre jeho
použitie ako štandardná vzorka materiálu, je nutné dôkladné vyšetrenie homogenity niekoľkých
kandidátov. Tiež homogenity potreba preskúmať povrch vzorky. Vzhľadom k vysokej náklady týchto
ocelí (20 - 40 € za kg), problémom sa zdá byť trochu zložitejšie.
Next, the press-forging and rolling by traditional ways
Затем производится ковка на прессе и прокатка традиционными способами
Ďalej stlačte-kovanie a valcovanie na tradičné spôsoby
To assess the homogeneity of the surface of the powdered steel on comparison with the traditional
method of steel production, conducted a spectral analysis ("Spectrolab") in the center, the middle
and at the edge of samples 65 mm in diameter (in both cases analyzed the tool steel with 12% Cr)
Для оценки однородности поверхности порошковой стали и сравнения ее с однородностью
стали традиционного способа производства, проводили спектральный анализ
(“Spectrolab”) в центре, середине и на краю проб диаметром 65 мм (в обоих случаях
анализировали инструментальную сталь с 12% Cr)
Pre posúdenie homogenity povrchu práškovej ocele a jeho porovnaní s homogenity tradičnou ocele,
vykonáva spektrálnu analýzu ("Spectrolab") v centre, uprostred a na okraji vzoriek 65 mm v priemere
(v oboch prípadoch analyzoval nástrojových ocelí s 12% Cr)
Elements
Mass
cont. %
SD rel. %
traditional
powdered
SD traditional / SD powdered
C
1,5
1,0
1,15
0,9
Cr
11-12
0,71
0,09
7,9
Si
0,2
0,63
0,29
2,2
Mn
0,3
0,47
0,12
3,9
Mo
0,5-0,9
1,20
0,24
5,0
V
0,2-0,9
0,79
0,31
2,5
P
0,020
16,1
7,0
2,3
S
0,020
15,5
12,4
1,3
N
0,02-0,07
28,3
6,7
4,2
Fe
85
7,0
3,1
2,3
traditional
powder
30,0
0,80
20,0
SD, % rel
SD, % rel
1,20
0,40
10,0
0,0
0,00
C
Cr
Si
- Powdered steel
Mn
Mo
V
P
S
N
Fe
- Traditional steel
As can be seen from the figure, homogeneity surface of the powdered steel for most alloying
elements is higher than of the conventional steel.
Как видно из рисунка, для основных легирующих элементов неоднородность по поверхности
порошкового образца имеет меньшее значение
Obrázok ukazuje, že pre hlavné legujúcich prvkov homogenita vzoru prášok ocele vyššia ako u
konvenčnej ocele
Powdered Tool Steel
14
17X5B3MF5C2-MP, DI-90
C
Si
Cr
V
W
Mo
1,7
2
5
5
3
0,5
To evaluate the uniformity along the length of rods of tool steel was carried out spectral analysis of samples
of top, middle and bottom of a rod powder steel DI-90 diameter of 50 mm, length of 2.0 m
Для оценки однородности по длине прутков инструментальной стали проводили спектральный
анализ образцов начала, середины и конца одной штанги порошковой стали DI-90 Ø 50мм, длина 2,0 м
Pre hodnotenie jednotnosť pozdĺž dĺžky tyče nástrojových ocelí bolo vykonané spektrálnej analýzy vzoriek
začiatku, v strede a na konci prášku tyče oceľové DI-90 s priemerom 50 mm, dĺžka 2,0 m
Evaluation results are presented in table, which shows that the heterogeneity does not exceed the typical values ​for
high-alloy steel
Результаты представлены таблице, откуда видно, что неоднородность по длине не превышает типичных
значений для высоколегированных сталей
Výsledky sú prezentované tabuľky, ktorá ukazuje, že rôznorodosť v dĺžke neprekročí typické hodnoty pre vysoko
legovaných ocelí
C
Si
P
S
Cr
V
W
Fe
Average, top rod
1,613
1,737
0,0249
0,0218
4,692
4,699
3,310
79,311
Average, middle rod
1,577
1,757
0,0249
0,0223
4,706
4,676
3,344
79,300
Average, bottom rod
1,602
1,751
0,0250
0,0225
4,723
4,670
3,351
79,255
SD between rods
0,017
0,008
0
0,0003
0,016
0,010
0,018
0
SD within rods
0,018
0,022
0,0005
0,0007
0,014
0,038
0,041
0,10
Δ GOST 18895 no more
0,060
0,080
0,0060
0,0080
0,120
0,120
0,160
Powdered high-speed steel
C
Co
Cr
V
W
Mo
AISI M36 (P6M5Ф3K8-MП)
1,4
8,5
4
3
6,5
5
x500
To evaluate the uniformity along the
length of rods of high-speed steel
was carried out spectral analysis of
samples of top, middle and bottom of
a rod powder steel AISI M36 diameter
of 40 mm, length of 3.3 m
Для оценки однородности по длине
прутков быстрорежущей стали
проводили спектральный анализ
образцов начала, середины и конца
одной штанги порошковой стали
Р6М5Ф3К8-МП (AISI M36) Ø 40мм,
длиной 3,3 м
C
1,37
1,37
1,34
Si
0,266
0,265
0,266
Mn
0,224
0,222
0,222
P
0,0304
0,0294
0,0283
S
0,0148
0,0148
0,0140
Cr
3,91
3,90
3,92
Mo
5,03
5,05
5,03
Co
8,50
8,50
8,44
V
3,02
3,03
2,97
W
6,43
6,43
6,36
Pre hodnotenie jednotnosť pozdĺž
dĺžky tyče rýchloreznej ocelí bolo
vykonané spektrálnej analýzy vzoriek
začiatku, v strede a na konci prášku
tyče oceľové AISI M36 s priemerom 40
mm, dĺžka 3,3 m
Found some difference between the
average contents of Co, V, W for the
end of the bar and it will be removed
Обнаружено некоторое отличие
среднего содержания Co, V, W в конце
штанги, который будет удален
Nájdených rozdiel medzi priemerným
obsahom Co, V, W na konci baru, a to
bude odstránený
The heterogeneity of the sample surface (including the center) for the alloying elements no more 1 % ,
taking into account SD of the device. This allows you to use these samples as SUS
Неоднородность по поверхности образца для легирующих элементов (включая центр) не превышает
1 отн.% (с учетом вариации прибора). Это позволяет использовать такие образцы также и в качестве
SUS
Rôznorodosť povrchu vzorky pre legujúcich prvkov (vrátane stredu) nie je vyšší ako 1% (vrátane
prístrojovej chyby) . To umožňuje používať tieto vzorky, rovnako ako SUS
Elements
C
Si
Mn
P
S
Cr
Mo
Co
V
W
1
1,38
0,266
0,221
0,028
0,014
3,88
5,07
8,53
3,06
6,51
2
1,37
0,265
0,221
0,028
0,014
3,89
5,05
8,54
3,03
6,43
3
1,35
0,264
0,220
0,031
0,016
3,90
5,10
8,44
3,04
6,43
4
1,36
0,264
0,222
0,029
0,014
3,91
5,08
8,45
3,05
6,42
5
1,36
0,265
0,223
0,027
0,013
3,93
5,00
8,51
3,00
6,39
6
1,36
0,265
0,222
0,031
0,016
3,89
5,06
8,49
3,04
6,47
7
1,38
0,268
0,222
0,029
0,015
3,89
5,00
8,60
3,01
6,50
8
1,36
0,266
0,223
0,030
0,015
3,91
5,06
8,52
3,03
6,45
9
1,37
0,267
0,222
0,029
0,015
3,90
5,02
8,56
3,01
6,53
10
1,39
0,262
0,223
0,029
0,015
3,88
5,05
8,47
3,05
6,44
11
1,38
0,266
0,223
0,031
0,015
3,90
5,02
8,48
3,02
6,40
12
1,35
0,264
0,223
0,031
0,015
3,91
5,03
8,48
3,01
6,37
Average
1,368
0,265
0,222
0,029
0,015
3,899
5,05
8,51
3,03
6,45
SD
0,013
0,002
0,001
0,001
0,001
0,014
0,03
0,05
0,02
0,05
0,9
0,7
0,4
4
5
0,4
0,6
0,6
0,7
0,7
SD, % rel.
Thus, preliminary studies indicate the possibility in principle the development of reference materials
of high alloyed powdered steel.
Presumably a set of RMs may consist of two sets:
Таким образом, предварительные исследования показывают принципиальную возможность
разработки стандартных образцов высоколегированных порошковых сталей.
Предположительно набор стандартных образцов порошковых сталей может состоять из 2-х
комплектов:
Tak, predbežné štúdie naznačujú možnosť v zásade rozvoja štandardných vzoriek sušeného ocele.
Pravdepodobne sada štandardných vzoriek môže sa skladajú z 2 sád:
High-speed Steels
C
Cr
Mo
W
V
Co
Sum, %
1
19,5
1
ASTM A11-PM
2,5
5
2
2
DIN 1.3241-PM
1,0
4
7
6
6
3
ASTM M3-PM, DIN 1.3344-PM
1,3
4,5
5
6
3
4
ASTM M42-PM, DIN 1.3247-PM
1,1
4
10
2
1
8
26,1
5
ASTM T4-PM, DIN 1.3255-PM
0,8
4
1
18
2
5
30,8
C
Cr
Mo
W
V
Co
Tool Steels
10
Si
10
34,0
0,5
Si
0,5
19,8
Sum, %
6
DIN 1.2365-PM
0,3
3
3
7
17X5B3MF5C2-MP, DI-90 (USSI)
1,7
5
0,5
3
5
2
17,2
8
100X8BM2F3S-MP (DSS)
1,0
8
2
1
3
1
16,0
9
DIN 1.2380-PM
2,4
12
1
10
X20MBAF4-MP (DSS)
2,0
20
1
1
6,8
4
19,4
4
28,0
Currently we are selecting the appropriate metal and we inviting of analysts to participate in the
analysis for certification.
В настоящее время производится отбор металла для исследований.
Приглашаем аналитиков к участию в аттестационных анализах химическими и
спектральными методами.
V súčasnej dobe výber z kovu pre výskum.
Analytici sú pozývaní k účasti v certifikačnom analýzy chemických a spektrálne metódy.
[email protected]
www.reference-materials.com.ua