Способ получения порошка сложного карбида на основе титана

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу получения сложного карбида на основе титана. Целью изобретения является расширение технологических возможностей, повышение физико-технических свойств передачи твердого сплава на его основе. Стружку ти;анового сплава нагревают на воздухе при 1120-1220 К в течение 1-2 ч с принудительной подачей воздуха при его расходе 0.5-10 м /ч, размол окисленной стружки осуществляют в вибромельнице в течение 0,5-1 ч при соотношении стружка: шары {1:5)-(1:10), после размола порошок рассеивают на фракции, смешивают с сажей и карбидизируют ри 2120-2170 К в течение времени, определяемого из соотношения 1 k d макс, где k - коэффициент, изменяющийся в пределах (3,5х1010)-(5,8х101 ), ймакс - максимальный размер частиц, м. Применение способа позволяет в 1,2- 1,4 раза повысить прочность при изгибе, в 1,2-1,3 раза - коэффициент вязкого разрушения твердого сплзва на его основе. Расширение технологических возможностей обеспечивается регулированием содержания легирующих элементов в порошке сложного карбида. 1 табл. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s В 22 F 9/24

ГОСУД А Р CT 3 Е ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,;

:. АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4775306/ (22) 28,12.89 (46) 23.09.91. Бюл. ¹ 35 (71) Московский институт тонкой химической технологии им. Ы.В. Ломоносова (72) Ю.В. Левинский, А.П. Петров, A,Ô. Краеченко, В.И. Кубышкин и С,B. Заводнова (53) 621.762.32(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1122426, кл. В 22 F 9/16, 1983.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1219255, кл. В 22 F 9/16, 1986. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА

СЛОЖНОГО КАРБИДА НА ОСНОВЕ ТИТАНА (57) Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу получения сложного карбида на основе титана.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей, повышение физико-технических свойств передачи твердого сплава на его основе. Стружку тиИзобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу получения порошка сложного карбида на основе титана.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей, повышение физико-механических свойств твердого сплава на основе сложного карбида.

Расширение техно Гогических возможностей способа обеспе;ивается за счет регулирования содержания легирующих элементов (Ai, Mo, Ч, 2r, Cr) в сложном карбиде на основе титана.

Способ осуществляют следующим образом., . Ю,, 1678534 А1.аноеого сплава нагревают на воздухе при

1120 — 1220 К в течение 1-2 ч с принуди;ельной подачей воздуха при его расходе

О. — 10 м /ч, размол окисленной стружки

3 осуществляют в вибромельнице в течение

0,5-1 ч при соотношении стружка: шары =

=(1:5)-(1;10), после размола порошок рассеивают на фракции, смешивают с сажей и карбидизируют ри 2120 — 2170 К в течение времени, определяемого из соотношения т= k о макс, где k — коэффициент, изменя2 ющийся в пределах (3,5х 10 ) — (5,8x10 ), бмакс — максимальный размер частиц, м.

Применение способа позволяет в 1,21,4 раза повысить прочность при изгибе, в

1,2 — 1,3 раза — коэффициент вязкого разрушения твердого сплава Hà его основе. Расширение технологических возможнос ей обеспечивается регулированием содержания легирующих элементов в порошке сложного карбида. 1 табл.

Титановые сплавы содержат,,4: Al 5 — 7, Мо 2 — 3, Zr 1,6-2, V 2 — 3, Сг ;,. — 2,2 и при их металлообработке образуется большое количество стружковых отходов, которые являются перспективным сырьем для производства порошков тугоплавких соединений титана.

Стружку титанового сплава нагревают на воздухе при 1120-1220 К с принудительной подачей воздуха при его расходе

0,5 — 10 м /ч. При этом происходит диффузионное насыщение поверхностного слоя стружки алюминием и цирконием, обладающих большим сродством к кислороду, и обеднение его молибденом и ванадием.

Следует сказать, что поверхностный слой

1678534 кхо мэкс, 2 где k — коэффициент;

11 макс — МаКСИМаЛЬНЫй РаЗМЕР ЧаСтИЦ, М.

Выбор расхода воздуха 0,5 м /ч при eI o

3 принудительной подаче в качестве нижнего предела расхода воздуха объясняется тем, 55 также значительно насьпцен кислородом, в то время как внутренняя часть стружки име ет незначительное содержание кислорода, так как скорость диффузии кислорода в титановых сплавах при этих параметрах обра- 5 ботки на вохдухе невелика, Поэтому охрупченный внешний слой легко измельчается до фракций размеромменее 100 мкм, в 1о время как внутренний слой стружки, обладающий значительной 10 вязкостью, измельчается значительно хуже.

После измельчения в вибрационной мельн11це в течение 0,5-1 ", и просева через сито

100 мкм прошедшая через сито фракция имеет следу1ощий сос.ав, мас. /. : алюми- 15 ний 0,5-20,5; молибден 0,5-5,0; ванадий

0,3 — 4,5; цирконий 0,5-5,5; кислород 3,510,5; азот 1,5-2,0; титан — остальное, После измельчения в вибрационной мельнице в течение 0,5-1 ч при массовом 20 соотношении стружка: шары равном 1;5—

1:10, и разделения полученного по.:;ш .а nî фракциям каждая образующаяся фракция содержит различное количество легирующих элемечтов и кислорода, и поэтому, 1 "ic 25 пользуя ту или иную фракцию TIO„a смеси с сажей, можно получить сложный карбид на основе титана, содержащий разное количество AI, Mo, V, ZI и Сг, После смешивания сложного оксида с 30 сажей проводится карбидизация в водородной печи при 2120 — 2170 К в течение 0,5 — 1 ч, Полученный c/lo>KHbiA карбид на основе Tvlтана имеет следующий состав, мас. : общий углерод 18,1 — 19,2; свободный углерод 35

0,1 — 0,2; кислород 0,1-0,3; а "от 0,1-0,2; алюминий 0,5-19,5; ванадий 0,2 — 4; молибден

0,3 — 4,8; цирконий 0,5 — 5,5; титан -- остальное, Таким образом удаетс получить слож- 40 ный карбид на основе титана с широким варьированием содержания легирующих элементов е нем.

Продолжительность карбидизации смеси TIO> с сажей зависит от размера час- 45 тиц порошка TIO<. Чем больше размер частиц TIO>,, тем больше времени при данной температуре требуется для карбидизации частиц по всему объему. Поэтому продолжительность выдержки при темпера- 50 туре карбидизации определяется из соотношения что при меньшем расходе не наблюдается достаточного охрупчивания стружки и выход годного будет незначительным, Выбор расхода воздуха 10 м /ч при его принудительной подаче в качестве верхнего предела расхода воздуха объясняется тем, что при большем расходе наблюдается значительное охрупчивание внутренней части стружки, выравнивание концентрации легирующих элементов пс обьему и поэтому содержание легирующих элементов в просеянном порошке будет соответствовать их содержанию в исходной стружке, что меньше содержания легирующих элементов в карбида титана по предлагаемому способу.

Выбор соотношения стружка: шары-1:5 в вибрационной мельнице в качестве нижних пределов времени измельчения и соотношения стружки: шары обьясняется тем, что при меньших продолжительностях размола и соотношений стружка:шары существенно измельчить охрупченную стружку не представляется возмо>кным и разделить порошок TIO< по функциям с различным содержанием легирующих элементов не удается.

Выбор продолжительности измельчения 1 ч и соотношения стружка; шары = 1:10 в качестве верхних пределов г размола и соотношения стружка: шары в вибрационной мельнице объясняется тем, что при больших продолжительностях измельчения и соотношения стружкая: начинает размалываться менее хрупкая и содержащая меньшее количество легирующих элементов внутренняя часть стружки, и в этом случае не представляется возможным точный контроль содержания легирующих элементов в сложном карбиде.

Разделение порошка TIOx по фракциям необходимо, чтобы получить исходный продукт с различным содержанием в нем легирующих элементов.

Выбор продолжительности выдержки, on ределяемой из соотношения t =k х d макс, где k.=2,8 х 10, в качестве нижних пределов

11

Т и г карбидизации объясняется тем, что при меньшей продолжительности выдержки не удается получить качественный карбид на основе титана, В этом случае содержание свободногз углерода превышает 0,5 мас,, а кислорода > О,б мас., что негативно отражается на физико-механических свойствах сплава, изготовленного из этого карбида, Выбор продолжительности выдержки при k=3,6 х 0 в качестве верхних пред1 1 елав г карбидизации объясняется тем, что

1678534 при большем времени наблюдается возгонка легколетучего алюминия и растут энергозатраты, в то время как качество порошка сложного карбида на основе титана снижается.

Пример 1. Стружку титанового сплава нагреваю; нз воздухе при 1120 — 1220 К в течение 1 — 2 ч с принудительной подачей воздуха при era расходе 0,5 — 10 м /ч, окисз ленную стружку размалывают в вибромельнице в течение 0,5 — 1 ч при массовом соотношении стружка: шары, равном 1:5— ! 10. Посла размола порошок рассеивают на фракции, смешивают с сажей и подвергают карбидизации при 2120—

2 170 К в течение времени, определяемого из соотношения г

7 =к о макс. где k — коэффициент, изменяющийся в пределах 3,5-10 — 5,8 10 бараке — максимальный размер частиц.

Характеристики получаемых карбидов и твердых сплавов на их основе (содержание в сплаве никеля 15 мас,% и молибдена 6 мас.7; приведены в таблице, в которой представлены аналогичные данные для известного способа, Как следует из данных таблицы применением сложного карбида на основе титана, полученного предлагаемым способом, обуславливается повышение прочности при изгибе спеченного твердого сплава на его основе в 1,2 — 1,4 раза, коэффициента вязкости разрушения в1,2-1,3 раза, Расширен етехнологических возможностей способа обес5 печивается эа счет регулироьания содержания легирующих элементов в порошке сложного карби .;,а.

Формула изобретения

10 Способ получения и решка =::.",жного карбида на основе титана„"-ключающий термообрабо-.ку тита;. свой .-.трух; и н;-: всздухе, ее размол в вибр:-..:: онной ме.ьнице, смешивание с сажей, . :арбидиза .>:::., о т15 л и ч а ю щ и и " я —;;-:, что, с целью расширения техно;; - -.i ;;ких во м» «;ностей и повы GvL1A физико-м;;:.;а-,и-!ecKhix ;войств TBGpäi .òÎ спла 3:- а основе сложнокарбида, ерм обре",3отку стр хс:-.; оово20 " ят с принудительнои подачеи ь;. з.,уха при его расхода 0,5 — 10 и :., размол " 1сленной (3 стружки осуществляю» при массовом соотношении стружка: шары, равном 1:5 — 1;10, после размола порошок рассз. вают на

25 фракции, а карбидизацию проводят в тече ние времени, определяемого из соотнош;ния т=k о .,;.-„, г где k — коэффициент, изменяющий я в:; -. 30 делах 3,5 10 — 5,8 10 "; 1макс — максимальный размер частиц, и.

1678534

1 Р

Д л д

0) E

Е О и л л о

° l о сь

О ъ

О

О (col

Ю! О т» сО

1 сл

1

О

ЧЭ л

О

« ъо л

cll

D л с4

Ю л с4

О см сч

О сч с«4

1ж2еП

IVАЕ

МАЛОЕ (cd cd cd cd Х

l Е Е С4 Р Е

Х

Р «Х cd

cd Ж Р

Е Е &

Я О

e cd O

1 а О

О 1- М

1O OO

l 1 + (—

I 1 а) О 1 8

Ц I Х cd Ж

o1 (ж Н

Z (О Х O,-0) I О (0 E" сб

Ф I U Н 0 Х

О сс\ л л

Щ

° Ф

ccl

° Э

М

° а

1 1

ОЦМО

1 Ц О I

1 2е Е

1 О Е О 0)

1 Р Ж О с1(Ф

I Р- I (: М Х 0

О ъл ° °

И л л

Щ л

О л (О I

I I-f I

О ъ

CJ Я л

cd О cd cn

mId Š— »

И г л

М

° О

И л л

А K оцдаь (1 сб

1 Ф cd 1

1 Е4 Р, 4 1

О О

cV с 4 сч

О съ( с 4

О

С«4

О с4 сб(I 4 fd

М с6 О cd

С .4 E О(Яе оххv

О О О I 1

С 4 С 4 С 4 CCl СЪ1 ОЪ ОЪ Ch Ch

6-(Е4 Е4 Е4 Е. Е Е4 Е-(Е сс(ся чс(сс(сс\ сс(cQ Р щ

Ж I

I 0

cd I kf

I.m I o

1 Ж 1 С 4 ! Р со

<б I

Х I

I Е I Х

1 Р 1.

1 E I

I 5

1 Е ) d(o, (l cd!9

I I» 1 Е4

I х

Ж ъ

О

1 Å О

1 cd а

i cd

О Е О Ю О

Е и О с 4 СО О О сг\ 1 00 ъ ъ- М м- СО е с о ю ъо сс сО с4О сОсЧ П ОсО Есс

ОО ъ- - - - С4М ъ-О ОО

ОО ОО ОО OQ ОО ОО

+ I I + I + + 1 1 + + 1 ъ 1

1 ъБ «-ъ

1 д О 1

cd Х О I

Ж Е О ! 1 О I

О cd Д сс! о 1

1678534 л

l «», Ю а л

О о

o o

o o ю с л л о

Ch л

00 л о

Ch а

-б СО а л

1

l л л л л о

° «

4) 3 и

° «

)О CV л л л л

С « ) 1 I 1

I 1 1 о

I ! 00 о О л с л

С 4

«вЂ” л а о о

1 а о а о л о

С ) СЧ л л о о ю

СЧ л

С \ а

CV а

С«4»- С л а а

o o o

С Ъ л о

С»4 л

° « о о

4Я о

О л

< 4 а

00 л л

0О

01 л

Р) Ch л л

0O CO и л

0О

О 0 о ь

m о х о о !

С 4 N N н н

4О S)0 4О

o o

С4 С 4

1 Н Н

I Ф4 4О

Е х

6 Я ч х

o R

Я О ««» ««

4)) <«4 F) О!

o v, МВC)с

У . C

K %

И Р л

4 04

<У Х ю

Е Ж (у

А O v) х

o o о о о с сч а м

М сО Г\ О а л а л, а

СО h Ф 00 - I

С)4 4 Ъ СЧ 4)« 4 CV С 4 () л л л ° ь ° \ л л

О О О О О О . О