Способ изготовления изделий из порошковых материалов и устройство для его осуществления

 

Езобретение относится к способам для спекания изделий из порошковых материалов и устройствам для их осуществления . Целью изобретения является повышение производительности и расширение технологических возможностей . Цель достигается тем,- что матрицу нлгревают до температур на 200- 500 С ниже рабочей температуры, нагревают только порошок до рабочей температуры и выдерживают 10-100 с. Устройство для спекания содержит матрицу 1, нагревательные элементы 2 и 3 для порошка и матрицы соответственно. Ток к нагревательному элементу 2 под- . водится токоподводами 8. При прессо-г вании за счет недогрева матрицы эко- НО1-ШТСЯ электроэнергия и уменьшается время полного цикла, что повышает производительность в 2 раза. За счет снижения влияния магнитного.поля на ферромагнитные частицы в смеси повышено качество изделий. Наличие упругих элементов 11 повышает, ткачество изделий за счет постоянного давления на порошковую смесь. Устройство дает возможность обрабатывать изделия в вакууме. 2 с.и. 4 з.п. ф-лы, 4 ил. (О (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК! зп 7! „"1 не; -,, и.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

) я! ! е. е ч,l

/ з ! (IУ» .,, ! °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4109289/31-02 (22) 16.06.86 (46) 07 ° 07.88. Бюл. ¹ 25 (71) Институт сверхтвердых материалов АН УССР (72) В,Д.Андреев, Ю.Л.Аносов, В,В.Рогов, И.А.1Циголева, Л.А.Снегурский и В.Н.Попельнюк (53) 621.762.4.043(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 558759, кл. В 22 F 3/14, 1975.

Патент .CIIIA ¹ 4102679, кл. В 22 F 3/14, 1978. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ

ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к способам для спекания изделий из порошковых материалов и устройствам для их осуществления. Целью изобретения является повышение производительности и е расширение технологических возможносИ„„ 1407680 А I (sn 4 В 22 Е 3/14, В 30 В 15/02 тей. 11ель достигается тем, что матрицу нагревают до температур на 200б

500 С ниже рабочей температуры, нагреBREST только порошок до рабочей температуры и выдерживают 10-100 с. Устройство для спекания содержит матрицу 1, нагревательные элементы 2 и 3 для порошка и матрицы соответственно".

Ток к нагревательному элементу 2 подводится токоподводами 8. При прессо-. вании за счет нецогрева матрицы экономится электроэнергия и уменьшается время полного цикла, что повышает производительность в 2 раза. За счет снижения влияния магнитного, поля на ферромагнитные частицы в смеси новы- Я шено качество изделий, Наличие упругих элементов 11 повышает качество изделии зе счет постоянного давления на порошковую смесь. Устройство дает возможность обрабатывать изделия в ф вакууме. 2 с.и. 4 3 lI ф-лы, 4 ил.

1407680

Изобретение относится к порошковой еталлургии, в частности к способам пекания и припекания порошковых материалов и устройству для его осущест5 ления.

Цель изобретения — повышение производительности процесса, расширение технологических возможностей, а так е повышение равномерности нагрева и ачества получаемых изделий, Способ изготовления изделий из орошковых материалов заключается в рессовании смеси порошков в матрице, редварительном подогревании матрицы 15 порошком до температуры на 200о, 00 С ниже температуры спекания, по-. едующем нагревании порошка до темратуры спекания и использовании лектрически независимых друг от дру- 20 а нагревательных элементов.

Смесь порошка нагревают до темперауры спекания с последующей изотермиеской выдержкой 10-100 с.

Предварительный подогрев матрицы 25 о смесью порошка необходим для уменьения напряжений, возникающих в реультате деформаций матрицы и спекаеого слоя при нагреве и охлаждении, ai также для уменьшения времени воздей-30 с твия на спекаемый материал высоких температур. Этот подогрев осуществляе гся до температуры, не превышающей т мпературу разупрочнения материала м трицы, т.е. температуру, при котор и происходят внутренние изменения с руктуры материала, приводящие к п тере стойкости, но при этом разн сть температур спекания и нагрева (о матрицы не должна превышать 500 С. 40

Пфи большей чем 500 С температуре вследствие разности температурных деф< рмаций возникают остаточные напряжения, приводящие к ухудшению качеств@ спекаемого слоя, появлению коробл4ния и трещин. Разность температур сйекания и нагрева матрицы не должна о бйть меньше 200 С, так как в противном случае увеличивается расход электроэнергии и время нагрева.

Время нагрева смеси порошков до

50 температуры спекания зависит от объема разогреваемой смеси и ее теплопрово дности.

Для припекания порошка к корпусу

55 ма трицы целесообразно дать изотермическую выдержку длительностью 1010l0 с при температуре спекания, в течение которой поверхностный слой материала матрицы в зоне соприкосно-вения смеси с матрицей оплавится, что создает диффузионный слой на границе раздела и обеспечивает прочное сцепление спеченного слоя с матрицей.

При выдержке менее 10 с не происхо; дит достаточной диффузии материалов и, следовательно, не будет прочного сцепления спеченного слоя с корпусом, а при выдержке более 100 с матрица разогревается до температуры спекания на глубину, большую, чем необхоДИМЫИ ДИффУЗИОННЫИ СЛОИ, ЧТО ПРИВОдит к потере стойкости материала матрицы.

На, фиг,1 приведено устройство для осуществления способа, общий вид; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1 (токоподводящие электроды расположены с чередованием полярности); на фиг ° 3 то же (токоподводящие электроды расположены с чередованием пар полюсов); на фиг.4 — то же (,расположение токоподводящих электродов при выполнении электропроводных вставок в корпусе пуансона в виде колец).

Устройство состоит из матрицы 1,нагревательного элемента 2,предназначенного для нагрева смеси порошков,нагревательного элемента 3, предназначенного для нагрева матрицы и изолиро-. ванного от металлических частей устройства плитой 4 и прокладкой 5, выполненных из неэлектропроводного и жаростойкого материала, пуансона, содержащего неэлектропроводный кор» пус 6 и электропроводные вставки 7.

Ток к нагревательному элементу 2 подводится токоподводами 8 через вставки

7, к элементу 3 — токоподводами 9.

Токоподводы 8 изолированы от металлического корпуса с помощью неэлектропроводной плиты 10.

Токоподводы 8 могут быть установлены относительно поверхности нагревательного элемента и подключены к полюсам источника питания (фиг.2-4).

Электропроводные вставки 7 могут быть выполнены в виде пластин и размещены, как показано на фиг.2 и 3, либо в виде колец (фиг.4).

Устройство снабжено упругим элементом 11, поджимающим пуансон и через него нагревательный элемент к спекаемой смеси порошков.

При спекании и припекании порошковых материалов в вакууме устройство содержит также нижнюю полукамеру 12

3 (407!I8 с резиновой мембраной 13, подпружиненным кольцом !4, штуцером 15, а также верхнюю полукамеру 16.

С целью исключения влияния магнит- 5 ного поля на равномерность распределения ферромагнитных включений в смеси порошка при прохождении электрического тока по нагревательному элементу токоподводящие электроды 8 под- 10 ключены к полюсам источника питания с возможностью чередования полярности.

Для нагрева локальных зон поверхности токоподводящие электроды мож- 15 но установить с возможностью чередования пар одинаковой полярности, Для обеспечения равномерности нагрева электропроводные вставки выполнены в виде нечетного числа устайов- 20 ленных соосно колец 7 и поочередно подключены к электродам разной полярности, при этом электрические сопротивления колец" одинаковой полярности и суммарные электрические сопротивле- 25 ния колец разной полярности равны между собой.

Для повышения качества спекания путем поддержания давления на смесь порошка на одном уровне пуансон под- 30 жат упругим элементом.

Кроме того, с целью повышения качества изделий, содержащих материалы, окисляющиеся на воздухе при нагреве, путем создания для спекания

35 вакуумной среды, устроиство снабжено двумя полукамерами 12 и 16, причем матрица и пуансон установлены в нижней полукамере 12, а верхняя полукамера 16 установлена с возможностью контакта с пуансоном, при этом по крайней мере одна из полукамер снабжена упругим элементом. Упругий элемент расположен на нижней полукамере и выполнен в виде кольцевой мембраны

13, например резиновой, установленной с возможностью ее поджатия к верхней полукамере подпружиненным кольцом 14.

Устройство работает следующим об50 разом.

В матрицу засыпают порошковую смесь либо укладывают предварительно подпрессованную порошковую заготовку, и на поверхность смеси устанавливают нагревательный элемент 2 с корпусом 6 и электропроводной вставкой

7. Затем матрицу помещают на нагревательный.элемент 3 через прокладку

4

5. !1рикладывают давление к спекаемой смеси через плиту 10 и пуансон, при этом токоподвацящие электроды прижимаются к электропроводным вставкам

7 пуансона. Включают нагревательный элемент 3 и нагревают матрицу до необходимой температуры, затем включают нагревательный элемент 2 и нагревают спрессованную смесь до температуры спекания. При осуществлении припекания к корпусу дают изотермическую вьдержку при температуре спекания. !

lри реализации способа в устройстве, снабженном вакуумной камерой, матрицу со смесью порошков, нагревательным элементом и пуансоном помещают в нижнюю полукамеру 12, в которой размещены нагревательный элемент 3 на плите 4 и прокладка 5. Давление прессования прикладывают к пуан ону через верхнюю полукамеру 16. При смыкании полукамер 12 и 16 мембрана 13 поджимается к стенке верхней полукамеры, создавая герметичную полость внутри камеры. Производят откачку воздуха из камерь| через штуцер 15.

Затем указанным образом нагревают матрицу и смесь порошков. Во время спекания происходит уплотнение порошковой смеси под давлением, создаваемым на пуансон упругим элементом 11 либо разностью атмосферного и вакуумного давлений.

Пример 1. Спекают абразивный круг на керамической связке Кl типа

ПП 200х8х40. Смесь порошков прессуют в пресс-форме при давлении 40 МПа.

Материал матрицы — сталь ХВГ (жаропрочность до = 850 С) и коллоиднографитовая смазка. Матрицу со смесью о порошка нагревают до t = 820 С, затем нагревают смесь порошков до 12701320 С. Получают спеченное изделие с заданными свойствами.

Пример 2, Спекают в вакууме

-2 давлением 10 мм рт.ст. алмазный круг типа АП 300х60х3х50. Алмазный порошок в связку МП2 прессуют при давлении 100 МПа В качестве матрицы используют корпус круга из стали 35 о (жаростойкость до t = 600 С). Матрицу со смесью порошков нагревают до

О

600 С, затем нагревают смесь порошков до t = 1000 С и дают при этой температуре вьдержку 100 с, в течение которой алмазный слой припекается к корпусу. Одновременно происходит

5 14076 уплотнение спекаемого слоя за счет, разности атмосферного и вакуумного (, давлений. Давление при уплотнении

1,5 MIIa.

Пример 3. Спекают алмазный

1 круг типа А4К 50х3хЗ. Алмазный порошок и связку Ml прессуют при давлении 60 МПа. В качестве м.-.трицы используют корпус круга. Материал — . Ip сплав алюминиевый АК-6 (стойкость до 1 = 500 С). Корпус со смесью порошо, ка нагревают до 500 С, затем смесь порошков нагревают до 700 С и дают выдержку в течение 10 с. Уплотнение с 15 усилием 7,5 МПа производят набором тарельчатых пружин.

Таким образом, способ изготовления изделий из порошковых материалов, реализуемый в устройстве для спекания,>р позволяет повысить производительность процесса более чем в 2 раза и уменьшить расход электроэнергии более чем . в 2 раза за счет уменьшения разогреваемой массы и снижения температуры 25 нагрева пресс-формы.

Способ имеет широкие технологические возможности, он применим для любых комбинаций электропроводных и неэлектропроводных составов смеси и Зр материала матрицы. Предлагаемый способ позволяет широко варьировать режимами спекания, нагревать смесь порошков до температуры выше 1000 С и, следовательно, включать в состав порошковых смесей материалы, имеющие высокую температуру спекания, напри;мер кобальт, хром, твердый сплав и

;др., значительно повышающие прочность

| и износостойкость готовых спеченных изделий.

Формула изобретения

I.Способ изготовления изделий из порошковых материалов, включающий засыпку порошка в матрицу, его прес- сование и нагрев до температуры спекания путем пропускания электрического тока, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности процесса и расширения

80 технологических возможностей, нагрев до температуры спекания проводят в два этапа: сначала нагревают матрицу до температуры на 200-500 С ниже температуры спекания, а затем — порошок до температуры спекания.

2.Способ о п.l, о т л и ч а ю— шийся тем, что-после нагрева до температуры спекания проводят выдержку в течение Ig-IOO c.

З.Устройство для изготовления изделий из порошковых материалов, содержащее матрицу, пуансон, нагревательный элемент, токоподводящие электроды и источник питания, о т л и — . ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности процесса и расширения технологических возможностей, оно снабжено дополнительными нагревательными элементами, установленными под пуансоном, верхней и нижней полукамерами, электропроводными вставками и упругими элементами, матрица и пуансон установлены в нижней полукамере, верхняя полукамера установлена с возможностью контактирования с пуансоном, а вставки соединены с токоподводящими электродами.

4.Устройство по п.3, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что токоподводящие электроды установлены с возможностью чередования пар одинаковой полярности, а пуансон выполнен из изолирующего теплостойкого материала, 5.устройство по п.3, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения равномерности нагрева, электропроводные вставки выполнены в виде нечетного числа колец, установленных соосно, и подключены поочередно к электродам разной полярности»

6.устройство по п,3, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества получаемых изделий, оно снабжено дополнительным упругим элементом, выполненным в виде кольцевой мембраны и установленным в нижней полукамере с возможностью поджатия.

1407б80

Составитель А.Семенов

Техред А.Кравчук Корректор Л.Пилипенко

Редактор Н.Тупица

Заказ 3249/14 Тираж 740 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