Badania nad możliwością wytwarzania taśm z proszków żelaza

ZESZYTY NAUKO WE P OL I T E C H N I K I ŚLĄSK IE J

S e r i a : H U TN I C T W O z. 14 N r kol. 545

________ 1978

Eugeniusz HADASIK, Oa n us z K OL A R Z Andrzej SOBA ŃS KI

BADANIA NA D M O Ż L I W O Ś C I Ą W Y T W A R Z A N I A TAŚ M z p r os z k ów Ż ela za

S t r e s z c z e n i e . P r z e d s t a w i o n o z a p r o j ek t ow a n e i w y k o n a n e wł a sn e u- rzędzenia do w y t w a rz a ni a taśm z pr o s zk ó w metali. Om ó wi ono badania - nad wp ł y we m g ęs to śc i po w s t ę p n y m wa l co w a ni u oraz te mp era tur y i cza­

su sp iekania na k o ńco we w ł as n oś c i taśm p ow t ó rn i e wa l co w a ny c h i w y ­ żarzanych. W n i o s k i u k i e r un k ow u j ę da lsze badani a w tym zakresie.

1. W p ro w a d z e n i e

W y t w a r z a n i e met al ow y c h taśm metodę w a l c o w a n i a z pro sz k ów jest te ch no­

logię dajęcę n as t ę pu j ęc e sz cze g ó ln e moż li w oś c i [l , 2, 3, 4]:

- o t rzy my wa nia wy r o b ó w o w ła s no ś c ia c h moż li wy ch do uz ys kan ia je dyn ie na tej drodze, to z na cz y płyt i taśm z reg ul o wa n ym sys tem em por,

- o t rzy my wa nia taśm z m et a li i stopów, których str uk tur a pi erw otn a o dl ewu czyni je n i e o dk s zt a ł ca l ny m l lub t r u d n o od k sz t a łc a ln y m i w klasy czn ych s p o­

sobach obróbk i plastycznej na goręc o (stopy niklu, kobaltu, tytanu, m e­

tale t r u d n o t o p l i w e ,.st ale specjalne),

- eko no mi c zn e g o wy t wa r z an i a cienkich taśm z me ta li i stopó w dotychczas pr o­

dukowa ny ch kon we n cj o n al n ę me to dę m et a l ur g ic z n ę (niekiel, miedź i jej stopy, stale odpor ne na korozję, taśmy bi me ta l o we itp.),

- wy t w a r z a n i e taśm ko mp oz y t ow y ch z różno ro dny ch materiałów.

O t rz y my w a ni e taśm metodę wa lco w a ni a z pr o szk ów me ta li pozw al a na po m i­

nięcie w i el u k os zt ow nyc h operacji m e ta l ur g i cz n yc h i p r ze ró bk i plastycznej.

Proces składa się z as a d ni c zo z ope ra cj i w al c o wa n ia prosz ku w taśmę, spiekania, w al c ow a n i a z a g ę s z c za j ęc e g o i koń cow eg o wy żarzania. W prz ypadku p o tr z eb y otrzyman ia taśm ba rdzo ci enkich lub o gęstości zbliżajęcej się do gęstości wła ściwej s to su je się powt ór ne w al c o w a n i e na zimno i w y ż a ­ rzanie.

Czy nn ik i em o g ra n ic z a ję c ym w p r o w a d z e n i e wa lco w a ni a taśm z p r os z kó w na szerokę skalę pr zem ys ło w ę jest sto su n ko w o w ys ok i koszt wy tw ar z a ni a pr os z ­ ków oraz tru dności w realiza cj i cię gł e go systemu sp iekania taśm. Om ówione z a le t y i szybki w ost at ni ch latach rozwój m e ta l u r g i i p ro sz kó w faworyzuje tę me todę w yt w a rz a ni a w niedalekiej przyszłości.

74 E. Hadasik, J. Kolarz, A. Sobański

Rys. 1. W a lc a rk a do prosz kó w metali

1 - lej zasypowy; 2 - ogran icz ni k boczny, 3 - prz ysłona regulacji kęta styku pros zk u z walc am i, 4 - w a lc ow an a taśma, 5 i 7 - stojaki walcarki, 6 - tuleja dystansowa, 8 i 9 walce, 10 - k o s z u l k i na walce, 11 - śruba

nastawcza, 12 - nakrętka śruby nastawczej

Badania nad m o ż l i w o ś c i ą wytw a rz an ia . 75

We w c ze śn ie jsz ej pu bli k a cj i

[

J

ków żelaza, sto so wa n yc h o be cn ie w kraju w ył ą c z n i e do otrz ym ywa ni a wy r ob ó w prasowanych.

2. Ur z ąd z e ni a bada wcz e

W ko ns tru kc ji wa lc a r ki pr z yj ę t o k l as yc zn y układ wa lc ó w po zio myc h duo z gra wi ta c yj n y m p od a wa n i em proszku mi ęd zy wa l ce (rys. l). Z as t o so w an o w alc e o utwardzonej p ow i er z c hn i r o b o c z e j , śr e d n i c y beczki 144 mm i długości 100 mm, na p ęd za ne s i ln ik ie m o moc y 4 kW. P r ze k ł ad n ia o zmie nny m pr zeł oże ni u pozwala na w al c ow a n ie z pr ę dk o śc i a mi 0,0 4 do 0,063 m/s (2,4 do 3,8 m/min.)

M e c h a n i z m n as ta wn y walca pr zed n i eg o po z wal a na re gu lo wan ie szc ze lin y w a lc o w a n i a w g r an ic ac h od 0 do 1,5 mm. P od a wa n i e proszku z zasy pn ik a po­

mi ęd z y w a lc e Jest og ran i c zo n e na szerok ośc i ksz ta łt o w ym i płytk am i w c h o d z ą ­ cymi w rowki wy c i ę t e w walcach. R e gu l ac y j ne pr z y sł o ny pozwalają na zmianę kąta styku proszk u z walcami.

W celu spi ek ani a od w alc ow an ych taśm w at m os f e rz e ochronnej wy k ona no sp ec jalną ko morę stalo wą umiesz cz oną w e l ek tr yc zny m piecu sili to wy m (rys.

2). Komor a zamy kan a pr zy po mo cy śrub klapą dwu ko łn ier zow ą chł odzoną wodą posiada dwie końcó wki dla dopr ow adz en ia gazu obojętnego.

Rys. 2. Schemat u rzą dz en ia do spiekania taśm

1 - piec ele kt ryczny, 2 - robocza część komory, 3 - zawór wlotowy, 4 - z a ­ w ó r wylo to wy, 5 i 6 - ka na ły obi ego we chłodze ni a wodą, 7 - pod kładka u- s z c z e l n i a j ą c a , 8 - el e men ty grzejne, 9 - t e r m o e l e m e n t , 10 - w y ło ż e n i e

sz am otowe klapy

76 £. Hadaslk, J. Kolarz, A. Sobański

3. Badania własne

Do badań użyto importo wa ne proszki żelaza ga tunków NC100-24, MH 65-17, MH 80-23, A nc o l o y SA otr zymane metod? redukcji oraz krajowy gatunku RFe wy tw a r za n y metod? rozpylania. Skład che mi czn y badanych pro sz ków oraz cha­

rakteryst yc zne własności: gęstość n a s y p ó w ? , sypkość, skład ziarnowy, o- kreślone metodami badań zgodn ym i z PN [6, 7] prze ds taw ion o w tabeli 1.

W pie rwszym etapie badań w al c ow a n o taśmy z prosz kó w gatunku NC-100-24, MH 65- 17 i RFe, stosuj?c nastawę w al ców i przy sł on ogranic za j?c yc h zapew­

niające otrzym ani e taśm o maksymalnej grubo śc i (około 1,6 mm) oraz taśm o grubości około 1,2 mm lecz większej gęstości. Od wa lco wan e taśmy pos iadały dobr? pla st yczność i wy trz ymałość (z wy j ęt ki em taśm z proszku RFe o gru­

bości około 1,6 mm) umoż li wi aję c? zwijanie ich w kręgi.

Ta śm y po wa lco w a ni u spiek an o w pr ze mys ło wy m piecu typu EL IN O w atmo­

sferze zd ys ocj ow an ego am oniaku stosujęc stały czas spiekania 2,5 h i dwie te mperatury 1100 oraz 1200°C. Z ba da ne po spiekaniu gęstość i w y t r z y m a ­ łość na ro zcięganie taśm zes ta wi ono w tabeli 2. Mierzonej wiel ko ści w y d ł u ­ żenia A 5 0 nie przytoczono, gdyż w każdym prz ypadku było ono mniejsze od 1%. Po spiekaniu odcinki taśm w a lc o wa n o na zimno w wa l car ce kwarto 100/200 x 235 gniotem sumary cz ny m około 50% dla taśm z proszków N C 100-24 i MH 65-17 oraz około 30% dla taśm z proszku FRe. W a lc o w an i e taśm z prosz­

ku FRe gniotami wi ę k szy mi od 30% po wod ow ał o pęknięcia na. brzegach taśm.

Końcow? obróbkę ciepln? taśm pro wa dz ono również w atmosfer ze zdy so cj o w an e ­ go amoniaku. P ar a m et r y obróbki cieplnej i wła sn ośc i gotowych taśm o kr eśl o­

ne wyn ika mi z próby rozci?gania i pomiaru gęstości (wartości średnie z trzech pomiarów) za m ie szc zo no w tabeli 2.

Uz yskane w yn i ki w sk az uję na istotny w p ł y w poczętkowej grubości taśm, a tym samym ich gę stości na wła sności m ech an ic zne taśm, zarówn o w stanie spieczo ny m jak i po końcowym wyżarzeniu.

Ki eruj?c się uz ys kan ym i w pierwszej części badań w yn i ka m i w drugim e- tapie dla otrzymania taśm o dobrych wł asn o ś ci a ch me chanicznych, wal co wan o proszki ga tunków MH 80-23 i A n co l o y SA przy nastawie w alc ów zapewniajęcej uz ys kan ie taśm o dużej gęstości. Sto sow an o zmienn y k?t styku proszku z walcami, co po zw oli ło na otrzyma nie przy stałej grubości taśm dwóch gę­

stości różnięcych się mi ę d zy sob? w granicach 10%. W ła s n oś c i me chaniczne taśm spiekanych w zr ó żn ic owa ny ch wa ru nka ch tem peratury 11 00 -12 00° C i cza­

su 0,5 do 3 h z est awi on o w tabeli 3.

W y ni k i pon ow nie uwidaczniaj? istotny w pł yw gęstości taśm na ich wy ­ trzymałość i plastyczność lecz s? zna czn ie korzyst nie js ze niż w pierwszej serii badań. Zauważyć można kor zy stn y w pł y w w yd łuż en ia czasu spiekania bez wzglę du na stosowan? temperaturę.

Realizujęc za łożenie uzyskania ma te riału o w ła s n oś c ia c h mechanicznych możli wi e m ak sy ma lni e zbliżonych do wł a s no ś ci odpowiednich m ate ri ał ów li­

tych do dalszego wa lc owa ni a z ag ę sz cz aj ęce go wy b ra n o taśmy o większej gę-

Tabela 1 W ł a s n o ś c i bada ny ch pr o sz k ów żelaza

G a t u n e k p r o 8 z k u

NC 100-24 MH 65-17 RFe MH 80-23 A n c o l o y SA

Gęst oś ć nasypowa

kg/m 3 x 1 0 3 2 ,63 1,70 2,89 2,34 2,72

S y p k o ś ć , sek. 21,3 40,2 19,3 34,0 32,0

Skł ad z ia r n ow y %

pon. 0,0 6 mm 1 14 1 15 25

0,06 - 0,15 mm 80 80 80 84 75

0,15 - 0,3 mm 19 6 19 1 -

An a li z a chemiczna

r ~

za wa rtość w ę gl a % 0,10 0,05 0,03 0,08 0,08

siarki % 0,0 14 0,013 0,02 0,015 0,015

fosforu % 0,014 0,015 0,014 0,015 0,015

krzemu % 0,15 0,19 0,08 - -

molibd, % ^_ - - - 0,50

niklu % - - - 1,80

miedzi % - ” “ 1,45

Badanianadmożliwościąwytwarzania

T ab ela 2 Nl oo P a ra m e tr y obrób ki cieplnej i w ła e n o ś c l taśm po spi eka ni u 1 wy ż a rz a ni u

Gatun ek proszku

Grubo ść taśmy po wal co wa n i u

( m m )

P a ra m et r y sp ie kania

W ł a s n o ś c i po sp iekaniu

Parame t ry obróbki cieplne]

W ł a s n o ś c i po obróbce cieplne]

temp.

(°C)

czas (h)

gęstość (kg/c m3 )

x 1 0 3

Rm (d aN / m m 2 )

temp.

(°c)

czas (h)

gęstość (kg/cm3 ) x 1 0 3

Rm (da N/ mm2 )

A 5 0 ( % )

1,16 1100 2.5 5,4 5.8 1100

700

2.5 2.5

7,4 7,2

21,1 17,0

8,6 4.6

NC 10 0- 24

1,16 1200 2,5 5,6 6,2 1100

700

2.5 2.5

7,0 6,8

21.4 18,1

8,9 4,6

1,67 1100 2,5 4,3 1,8 1100

700

2.5 2.5

6,8 6,7

14,7 10,9

3,3 1.8

1,67 1200 2.5 4,5 2,5 1100

700

2.5 2.5

6,6 6,5

17,7 13,5

3,2 2.0

1,19 1100 2.5 5.6 6.4 1100

700

2.5 2.5

7,3 7.2

16,8 15,4

2,9 2,1 MH 65-17

1,19 1200 2,5 5.6 8,2 1100

700

2.5 2.5

7.4 7,1

18,6 16,2

3,2 2,4

1,55 1100 2,5 3,7 0.6 1100

700

2.5 2.5

6.3 6.4

7,6 4,9

1,0 0,8

1,55 1200 2,5 3,7 1,0 1100

700

2.5 2.5

6,2 5,7

10,8 7,8

1.3 1.2

RFe

1,24 1100 2.5 5,0 6,2 1100

700

2.5 2.5

7.0 7.1

13,9 17,4

2,3 0,7

1,24 1200 2,5

w .

. .

5,1 7.1 1100

700

2.5 2.5

7,0 6,3

15,6 17,8

3,2 2,0

Hadasik,J.Kolarz.A.Sobański

Tabela 3 Pa r am e t r y wa lc ow a n ia , sp iekania i w ła s no ś c i taśm po spi ekaniu

Lp.

P a r a m e t r y wa lco w a ni a P a ra m e t r y

spi ekania W ł a s n o ś c i po spie kaniu Grubość

( m m )

Kąt sty­

ku pros zk u z w a l ­ cami

(rd)

Temp.

(°c)

Czas (h)

MH 80-23 A n c o l o y SA

9 , (kg/m )

x 10 3

Rm

(da N / m m 2 ) A 5 0 (X)

? 3 (kg/m ) x 10 3

Rm

(da N / m m 2 ) A5 0 MH 8-23 A n c o l o y SA (%)

1 0,95 0,95 0,56 1100 1 6,40 14,4 2,2 6,7 0 26,4 2 ,0

2 0,95 0,95 0,26 1100 1 5,78 9,1 4 2.0 6,54 20 , 6 1.7

3 0,95 0,95 0,56 1100 2 6,49 12,2 1.8 6,89 21,8 2.2

4 0,95 0,95 0,26 1100 2 5,82 12,3 2.6 6,68 15,7 1,2

5 0,95 0,95 0,56 1100 3 6,51 9,4 0,8 6,97 25,8 2,3

6 0,95 0,95 0,26 110 0 3 5,82 8,1 1.0 6,78 20,5 1,9

7 0,95 0,95 0,56 1150 1 6,52 9,9 1.0 6,84 24,6 1.8

8 0,95 0,95 0,26 1150 1 5,84 8,7 1.2 6,73 2 0 ,7 1.7

9 0,95 0,95 0,56 1150 2 6,58 10,6 1,9 6,98 26, 4 2,2

10 0,95 0,95 0,26 1150 2 6,00 8,4 1,1 6,83 25, 7 2,6

11 0,95 0,95 0,56 1150 3 6,67 16,2 2 ,7 7,0 8 „ 30,0 2,66

12 0,9 0 0,90 0,26 1150 3 6,06 13,3 1,2 6,89 29,3 1,4

13 0,95 0,95 0,56 1200 2 6,65 9 ,7 1.3 7,11 25, 6 2,5

14 0,80 0,90 0,26 1200 2 6,10 8,7 1 ,4 6,93 21, 5 1.4

15 0,85 1,10 0,56 1200 0,5 5,78 7,9 1.1 6,38 23, 5 1,65

16 0,90 0,90 0,26 1200 0,5 5,67 3,4 - 6,46 8,0 1,0

17 0,80 0,95 0,56 1200 1 6,40 11.5 1,65 6,94 2 7 ,4 1,6

18 0,80 0,95 0,26 120 0 ' 1 5,90 6,5 0,6 6,98 21,9 1 ,8

Badanianadmożliwościąwytwarzania

80 E. Hadasik, 3. Kolarz. A. Sob ań sk i

stości po spiekaniu. S t o s o w an o su ma ry c z ny gniot około 50-60%, po czym taś­

my w y ż a r z o n o w at m os f er z e ochronnej argonu w te m per at ur ze 750 °C w czasie 2 godz. U zy s k a n e końco we wy n ik i w y t r z y ma ł o śc i na ro zc iąg ani e i w yd łuż en ie ze s ta w i o n o w tabeli 4.

Tabela 4 K o ńc o w e w ł a s n o ś c i taśm z p ro s z kó w MH 80-23, A n c o l o y SA

Para me t ry spiekania W ł a s n o ś c i taśm w stanie końcowej obrób ki cieplnej Temp.

(°c)

Czas (h)

Rm (daN/mm^)

A 5 0 (%)

Rm (daN/mm^)

A 5 0 ( % )

1100 1 33,9 8,0 34,7 6,8

1100 2 30,6 10,2 40, 6 8,0

1150 2 26,3 8,4 40,7 10,4

1150 3 31,7 15,0 51,5 11,4

1200 1 29,8 2,0 41,6 13,8

1200 2 33,0 10,4 43,7 5.6

4. P o d s um o wa n ie

U z ys k a ne wy n i k i badań jak i d o św ia dc zen ia z eb ra ne w trakc ie ich rea­

lizacji p o zw al aj ę na p rz e ds t a wi e ni e wniosk'ów istotnych z punktu w i d z e ­ nia d a ls z yc h prac w tym kierunku.

1. P o d s t a w o w y m cz ynn ik ie m d ecy du ję cym o w ła s no ś c ia c h me c ha ni cz nyc h otrzy­

m y wa ny ch taśm jest ich gęstość ni eza l e żn i e od tego czy jej wzros t uzy­

s k an y Jest pr ze z p ie r wo tne zw alc o w an i e czy też końcowe w a l c ow an i e za­

gęszczaj ęce. Po n ie w a ż jednak zd olność do od k sz tał ce ni a w po wtó rn ym w a l ­ cowan iu za le ży od gęsto śc i taśmy s p i e c z o n e j , dlatego w al c o w a n i e prosz­

ków w taśmę surowę na le ży pr owadzić na małę grubość i przy m ak sym al nym kęcie styku prosz ku z walcami.

2. Zd o lno ść do z wa lc ow ywa ni a p os z c zeg ól ny ch rodzajów pr o szk ów zależ y w głównej mierz e od ich kształtu, a p o śr ed ni o me tody wytwarzania. Pr o s z ­ ki o kuli st ym ksz tał ci e ziarn (np. krajowy R F e ) sę mniej podatne do wa lc owa ni a, a w ła s n oś c i pl ast y c zn e ot rz yma ny ch taśm d ys k wal ifi ku ję je jako m a te r ia ł do d al sz eg o wal cowania. W ł a ś c i w y m materia łem sę proszki o rozwiniętej powierzchni.

3. D o dat ki do żelaz a takich p i er w ia s t kó w jak molibden, nikiel i mie dź po­

wo du ję p o d w y ż sz e ni e w ła s n o ś c i wyt rz y ma ł o śc i ow y c h, co p ot w i er d zi ł y w y ­ niki ot r zy ma ne dla pros zk u An c o l o y SA.

4. W pr o ces ie sp iekania i wy ż ar z an i a zn ac zny wp ły w na uzy sk iw ane wł a s n o ­ ści posiad a czas pr ow ad zen ie obróbki cieplnej, natomiast w p ły w temp.w zakr es ie - 50 ° C jest mały.

Bada ni a nad m o ż l i w o ś c i ą wyt wa rz an i a. 81

5. Pra ce pr o wa d z o n a na u rz ą d ze n ia c h własnej kon st r uk c j i p o t w i e r d z i ł y po­

praw ność p r zy j ę ty c h za ło żeń k on s t ru k cy j n yc h 1 ich p rz y d at n oś ć w m e t o ­ dzie w y t w ar z an i a m at e ri a ł ów wa l co w a ny c h z p r os z kó w metali.

6. Po mi mo rozrzutu w y n i k ó w sp o wo d o wa n eg o pr a wd o p o d o b n i e n i e j e dn or o d ną gę­

st oś ci ą ot rzy m a ny c h taśm, u z ys ka ne wy n i k i z ac h ęc ają do da l s z e g o p o s z u ­ kiwa ni a o pty ma ln ych w a r u n k ó w w yt wa rza ni a.

LIT ER AT U RA

[1] Tr a c e y V . A . : P ow d er Me ta llu rg y, 1969, t. 12, nr 24, s. 598-612.

[2] St r ug e on G . M . : Sheet M et a l Industries, 1972, t. 49, nr 1, s. 59-65.

[3] Blo re M.H.s Sheet Me t a l Ind ustries, 1972, t. 49, nr 6, s. 404-408.

[4] W i n o g r a d ó w G.A. : P r ok a t ka m i e t a l li c ze s k ic h por os zk ow, Izd .M iet ałł ur - gija, M o sk w a 1969.

[5] Ha d a si k E . , Ko l ar z 0., So b ań s k i A.: R u dy i M e t a l e Ni eż el a zn e , 1977, nr 3, s. 132-136.

[6] P N - 6 9 / H - 04930: Badani e pr o sz k ów metali. Oz n a c z e n i e g ęs to ści na sy p o ­ wej .

[7] P N - 7 4 / H - 04935: B a da ni e p ro sz ków metali. O z na c z a n i e sypkości.

HCOJIEiOBAHIIH B03M0KH0CTH nP0H3B0HCTBA JIEHT H3 nOPOmKOB 2CEJIE3A

P e 3 x> u e

I l p e a g t a s z 8 h h 3anpoeKinpoBaHHue h H 3 roTOBjieHHtie c o ó o T B e H H u e ycTpoScTBa r j u i n p o H a B O f l C T B a jieH i K3 n o p o m K O B u e i a j u i o B . OScysmeHH HcczeAOBaHHfl b i h h h b h h j i o t -

k o c t h nooae ^epHOBoił npoicaTKH,

&

zeB u e CBOiłcTBa jieH i b t o p h h h o npoKaiaHHHx u HaKajieh h h x•

B h iB o ^ b i £ a m i H a n p a B j i e H H a f la jiŁ H e itio H M H c c J i e ^ o B a i i H H M b s t oS o S j i a o t H .

INV ES TI G A TI O N ON T H E PO S S I B I L I T Y OF THE P R O D UC T IO N OF ST R I P S MAD E FROM IRON P OW D ER S

S u m m a r y

T h e au t h or s own desig ns and devic es for the strip p r o d u ct i on from me­

tal p o wd e r have been d e sc ri bed (in this pa p e r) . Th e au th ors have disc us sed in v es ti ga tio ns on the densit y in fl uence after the p r e l i m i na r y rolli ng as we ll as tem pe rature, and the si nt eri ng time on the final p ro p e r t i e s of st ripe rep ea ted rolli ng and annealing. The con cl us i o ns will direct furt­

her in v e st i ga t i on s in this field.