Способ получения спеченных твердосплавных слоистых изделий

 

СОК)3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (i9)SU(ii> 504 В 22 Е 7/02

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3730859/22-02 (22) 16.01.84 (46) 30.04.86. Бюл. 9 16 (71) Таллинский политехнический институт и Завод "Ильмарине" им. 60-летия СССР (72) П.К. Каллас, Я.П. Кюбарсепп, Ю.IO. Пирсо, Л.Э. Вальдма, Х.П. Рохтла и Я.М. Саарсе (53) 621.018.95:621.762(088.8) (56) Патент США У 3795511, кл. 75-208, 1975.

Патент ФРГ 9 2139738, кл. 40 в 29/00, 1974. .(54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЕЧЕННЫХ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ СЛОИСТЫХ ИЗДЕЛИЙ,,включающий послойную засыпку порошков в пресс-форму, совместное прессование слоев, предварительное спекание прессовок в среде защитного газа и спекание в вакууме, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью снижения коробления изделий, в порошок с меньшей усадкой прибавляют в порошковом виде окись, гидроокись или соль одного из компонентов металлической связки, или соли аммо-. ния, причем масса добавляемого вещества определяется по формуле

XVCE, f.)

6 где — плотность добавляемого материала;

V — объем слоя из порошка с меньшей усадкой, Я, — коэффициент объемной усадки слоя из порошка с большей усадкой; — коэффициент объемной усадки

2, слоя иэ порошка с меньшей усадкой;

8 — - объемная доля улетучивающихся компонентов добавки.

1; -ЗЗР

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к с.пособам изготовления комбинированных изделий из разнородных порошковых твердых сплавов.

Пель изобретения — снижение коробления изделий.

Способ осуществляют следующим образом.

После изготовления и подготовки порошков твердых сплавов определяют объем и пористость каждого слоя изделия. На основе этих данных определяют массу прибавки, вводимой в порошок с меньшей удельной поверхностью, по формуле

p1(E, — E:)

m=

5 где г — плотность добавляемого материала;

V — объем слоя иэ поро <а с меньшей усадкой (малокарбицный слой с меньшей пористостью и удельной поверхностью) после спекания, опреце=. ляемый на основе чертежа сггоистого иэделия;

Гг — коэффициент объемной усадки материала слоя из порошка; большей усадкой (многокарбидный слой с бсль— шеч г(ористостью и удельной пэвер::.HocTüm), определяемый экспериментально (из названного порошка прессуется и спекается образец по таким же Режимам, что и слоистое изделие);;

V(p

C,= —;

С,г, 1 где V — объем образца. после прес—

" 1P

CÎÂ 0 ÍHß;

7(— объем образца после спекз-F †. коэффициент обьсмной усад!ки катсриала с,пОя иэ порошка с .".(Оньшей усацкой (малокарбидпый слой с меньшей

ITopIIcToc .(>T 5гдел >но>г повс>рхпocT >13) спределяемый экспериментально (гиэ названного порог(KB прессуется и спе— кается образец по таким же Режи".ам, что и слоистое изделие)*, (7 с 2Р

2 С .(э гце (г — объем образца после прессования;

V — объем образца после спека— ния, объемная доля улетучиваюг(,ихся компонентов добавки — определяетcR на основании формулы химической реакции разложения прибав(ки, Если прибавка полностью улетучивается, то 8=I Если после реакции от при— садки в материале слоя остается компонент Л металлической связки, то

":.ãî масса равна mz=m(l-9), а на ве— личину тп уменьшается содержание

А компонента А в металлической связке того слоя.

Зависимость для определения массы (р .->Рибавки получена следующим образом.

Из определения F и Е следует, что

E() Я, т.е. Усадка в первом слое болыпе. Для получения такой же усадки во втором слое объем этого слоя после прессования должен быть U Eq что достигается применением присадки.

Без прибавки объем второго слоя после прессования будет Ъ ° E,. Разнице ((".»ь..емов V P(-V Я должна равняться

-гп та часть обьема присадки, которая

m8 улету ивается„ т.е.

Тогда получим:

m8 — -=vE -vF

1 2

m0= yV(E, — F.,) г(Е, — Ez)!

m=

В качестве прибавки применяется ( т;-.êî(: порошкообразное вещество, котоРое разлагается и улетучивается, на пример хлористый аммоний, или уменьэиется в обьеме, например оксид железа.во время предварительного спекания

З5 ..э водороце. Б качестве улетучивающихся веществ могут быть использованы кроме хлористого аммония и другие вещества, например гидрофосфат аммония, В качестве веществ, объем кото40 tçt(õ уменьшается вследствие химических геакций, могут быть использованы кроме оксидов железа и другие веществсг, например гидроксид железа, азотистое железо, углекислое железо. -(5 Последовательно засыпают порошки послойпо в пресс-форму, прессуют, спекают предварительно в среде защитного газа, например в водороде, и окончательно — с образованием жид50 кой фазы в вакууме.

При предварительном спекании за счет улетучивания из слоя порошка с прибавкой части или всех компонентов

55 прибавки достигается одинаковая пористость всех слоев, что в свою очередь обеспечивает при дальнейшем жидкофаэном спекании одинаковую усадI?27338

20 ку слоев. Следовательно, детали пос— ле охлаждения не коробятся.

Для осуществления предлагаемого способа используют завихритель паромеханической форсунки.

На фиг. 1 изображен завихритель паромеханической форсунки, продольный разрез; на фиг..2 — то же, вид снизу; на фиг. 3 — то же, вид сверху.

Завихритель паромеханической фор— сукки состоит иэ топливной 1 и паровой 2 частей. Топливная часть 1 включает тангенциальные каналы 3 топлива, камеру 4 завихрения топли ва и сопло 5 топлива. Паровая часть

2 включает тангенциальные каналы 6 пара и камеру 7 завихрения пара.

Завихритель паромеханической форсунки изготовляют из порошкового карбидотитаноного слоистого сплава двух составов таким образом, что в слое топливной части 1, который подвергается гидроабразивному износу, в качестве матрицы применяется сталь, а в слое паровой части 2, который подвергается коррозии, — нержавеющая сталь.

Примеры изготовления слоистых изделий.

Для изготовления топливной части

1 занихрителя паромеханической форсунки (фиг. 1)используют сплав, содержащий, мас. : 90 Cr С, 9,4 Ni, 0,6 Р и имеющий высокую твердость и износостойкость, но относительно низкую прочность (бц =500-600 МПа).

Для изготовления паровой части 2 (фиг. 1) используют сплав, содержа- . щий, мас. .: 70 Cr С, 30 Ni и имеющий значительно большую прочность при изгибе (v" =1000-1200 MIIa).

Сплав для изготовления топливной части дополнительно легирован фосфором с целью уменьшения температуры спекания слоя и достижения таким образом одинаковой температуры спекания обоих слоев (T „ „ =1280 С).

Для изготовления кг сплава

КХНФ-10 r порошка карбида хрома (ТУ 48-19-294-78), 40,1 г порошка фосфида никеля Ni>P, содержащего

6 г фосфора, 59,9 г порошка никеля

ПНЭ-1 ГОСТ 9722-61 < с ууччеетто©м Ni (34,2 r) в фосфиде) и 500 мл этилового спирта загружают в шаровую мельницу.

Для изготовления 1 кг сплава

КХН-30 700 r порошка карбида хрома, 300 r порошка никеля ПНЗ--1 и 500 мл

55 этилового спирта загружают в шаровую мельницу.

Для размола обоих смесей в шаровую мельницу дополнительно загружают 5 кг твердосплавных шаров и 1 кг порошковой шихты. Продолжительность размола 72 ч. После сушки и пластифицирования 4 -ным раствором каучу-. ка в бензине и гранулирования производят совместное прессование обоих слоев при удельном давлении 100 ИПа.

Предварительное спекание производят о в водороде при 700-750 С в течение

30 мин и окончательное — в водороде а, при 1280 С в течение 15 мин. Окончательное спекание можно провести также в вакууме.

Несмотря на одинаковые режимы размола, прессования и спекания образцы из сплавов КХНФ 10 и КХН 30 имеют неодинаковые усадки. Экспериментально определенные коэффициенты объемной усадки этих сплавов соответственно 1,75 для сплава КХНФ 10 и 1,86 для сплава KXH 30.

С целью обеспечения одинаковой пористости и усадки обоих слоев в порошок материала, имеющего меньшую усадку, прибавляют вещество, полностью разлагающееся на газовые компоненты при температуре предварительного спекания — бикарбонат аммония

ИН НСО>. В качестве гидроокисла и сопи никеля, которые во время предварительного спекания в водороде уменьшаются в объеме, можно применять гидроксид никеля И (ОН) и гексагидрат нитрата никеля Ni(ИО ) 6Н О.

Применение оксида никеля NiO для этой цели в данном примере невозможно, поскольку эффект уменьшения его объема недостаточен для достижения поставленной цели (плотности И О и

Ni слишком близки друг к другу и поэтому необходимое количество NiO оказывается слишком большим). Бикарбонат аммония, гексагидрат никеля и гидроксид пикеля добавляют в размольный барабан эа 3-4 ч до окончания размола.

Количество добавляемого вещества определяют следующим образом.

Прибавление 1Л .4НСО„

11=1,58 r/см — плотность прибавки

ИН НС О, 9

V-=147 см — объем материала слоя из порошка с меньшей усадкой (объем ! кг компактного материала КХНФ-10 плотностью 6,8 гjc«");

1227338

Ni (NO, ) 6Р 0 остается NI в количест—

;1 г

RP Г: в1д=:ш() -Ф) =-34,7 (1-0,95) =1,73

Это необходимо учитывать при составлении порошковой шихты.

Рчя изготовления топливной части

1 завихритеня паромеханической фор— сунки (фиг. 1) применяют сплав, содержащий, мас.7.: 80 TiÑ и 20 из— " носостойкой стали, синтезированной из элементов (Fc +)2 Сг+! С). Для изготовления ) кг смеси 801,4 r порошка карбида титана, содержащего

800 г TiC и 1,4 г углерода, 24 г порошка электролитического хрома

ПХС, )74,12 г порошка железа ПЖ4М2 (ГОСТ 984 9- 74), содержащего 0,077 (О,!2 «) углерода, 0 48 г порошка ламповой сажи (ОСТ 38.15.31-73)

2б и 600 мн этилового спирта загружают тельное спекание в вакууме при

1420 С в течение 30-40 мин. о.

Порошковая смесь для образования паровой части 2 завихрителя имеет

; остав, содержащий мас.Х: 40 Т1.С, 60 нержавеющей стали, синтезирован40 I:.o!I из элемент"ов (Fe+)7 Сг+15 Ni+

-:-0,1 С). Смесь разманывают в шаровой мельнице твердосплаввыми шарами в течение 4Я ч. с соотношением массы шаров к массе шихты, равным 5,1. После высушивания, пластифицирования, гранунирования и прессования при таком же удельном давлении, как и первого с-ноя (1О МПа), пористость второго слоя 38 — 40 об.7«. Таким образом, пористости слоев различаются прибли-! ительно на 6 об./ и, с:II довательно, различаются в значительной степени и усадки слоев что приводит к короб— нению детали.

На 27,3 г уменьшают колич""ñòâî никелевого порошка в порошковой шихте КХНФ-)0.

Прибавление Ni(ИО ) 6Н О

3 з z г

I)"=2,04 г/см

7=)47 3

Е, =1,86;

Е, =1,75;

6 =0,95 определяют на основании

c .óììàðíoé формулы химической реакции. о, При температурах > !О С из гек" а— гидрата нитрата никеля выделяется вода, а при более высоких температурах Ni (NO>) NiO, которая восстанав— ливается водородом

Ni (NO>) 6)-I 0+4Hz =Ni+2ИО+)ОН.О

142,5-6,6 -0 5

142,5

Требуемое количество прибавки, I;

2,04 ° 147 (1,86-1, 75) 34

После предварительного спекания в водороде от такого колич ее тв а

EI =1,86 — коэффициент обьемной усадки материала слоя из порошка с большей усадкой (КХН-30);

E =1,75 — коэффициент объемной усадки материала слоя из порошка с меньшей усадкой (КНХФ-10);

g =1 — как бикарбонат аммония, так и хлористый аммоний улетучивается полностью.

Требуемое количество бикарбоната аммония в слое с меньшей усадкой, г:

1,58 147 (1,86-1,75) -25 55 ш прибавление Ni (ОН)

)) =-4, l г/см

V=) 47 см, Г, =1,86;

4,—

О =0,708 для гидроксида никеля определяют на основании формулы химических реакций

%. (ОН) Ni+H О (при > 30 С)

Ni0+Hz=Ni+H O или суммарной реакции

Ni (OH) +Н2 ИХ+2Н20

О- 22 6 6 6 — =0 08

22,6

Требуемое количество Ni (ОН)., г:

4, 1 147 (1,86-) „75)

0,708 93,6

После восстановительных реакций в водородной печи у такого количества Ni(OH) остается пикеля

mA=m()- 8)=93,6() -0,708) =27,3 г в шаровую мельницу.

После загрузки в мельницу 7 кг твердосплавпых шаров смесь размалывают в течение 96 ч. После сушки и-пластифициропания смеси 17-ным раствором каучука в бензине гранулиров;пгную смесь прессуют совместно с вторым слоем при удельном давлении прессования !О МПа. После прес.оI;ания слой имеет пористость 4446 об.Х. Далее следует предваритеюп,ное спекание в водороде при

700-7з0 С в течение 30 мин и окончаС целью обеспечения одинаковой пористости слоев гIII(:IIå предварительного спекания в во l,îðîäå в порошковую я икту вводят п1ки«I, — окись же1227338 Я лезо в количестве, г: п =m(1-8

=276(! -0,533) =! 27.

45 4 2 1 2 0

45-4

Требуемое количество закиси— окиси железа, r:

5, 1 1 160 (1, 82-1, 64) 0,533

Составитель И. Пойменова

Редактор А. Ревин Техред В.Кадар ° Корректор М. Шароши

Заказ 2245/1! Тираж 757 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул ° Проектная, 4 леза Fe>0<, уменьшающуюся в объеме во время предварительного спекания в водороде иэ-эа прохождения реакции восстановления водорода.

Количество добавки определяют следующим образом. з =-5, 11 г/см — плотность закиси окиси железа Ге О,;

U=I60 см

E 1,82;

Е, -1,64;

8 =0,533 для закиси — окиси железа, определяют на основании формул химических реакций

Fe> О,, +4 Н =3Fe+4h<0, После реакции восстановления за— киси — окиси железа водородом в мате— риале от прис адки Fe 0 остается жеНа 127 г уменьшают количество железного порошка B порошковой шихте твердого сплава.

Экспериментально определены величины коробления двух типов деталей: завихрителей диаметррм 27 мм и призматических образцов сечением 5"5 мм и длиной

50 мм (после спекания). Обе детали изготовлялись двухслойными из порошковых карбидотитановых, карбидохромовых и карбидовольфрамовых твердых сплавов известным и предлагаемым способами.

Из полученных данных следует, что использование предлагаемого спо20 соба, позволяющего достигать одина.— ковых величин усадок слоев твердосплавных слоистых иэделий, в значительной степени уменьшает коробление изделий. Предлагаемый способ может быть использован не только для изготовления двухслойных, но также и многослойных изделий.