Заготовка для горячего изостатического прессования осесимметричных изделий из металлических порошков
Изобретение относится к заготовкам для горячего изостатического прессования осесимметричных изделий из металлических порошков. Цель - повышение прочностных характеристик изделий, снижение трудоемкости их изготовления и расхода материала контейнера. Для изготовления заготовок используют стандартные трубы из стали Ст. 20 наружным диаметром 20 мм, длиной 100 мм с толщиной стенки 2 мм, которые приваривают к верхней и нижней крышкам с проточками, полости которых сопряжены с формующими полостями трубчатых элементов. Формующие полости и проточки заполняют гранулами жаропрочного никелевого сплава Эп962П, дегазируют, герметизируют и подвергают горячему изостатическому прессованию в газостате КП379. 1 ил., 2 табл.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению осесимметричных изделий из гранулированных жаропрочных никелевых сплавов методом горячего изостатического прессования (ГИП). Известна заготовка для горячего изостатического прессования изделий из металлических порошков, включающая корпус с верхней и нижней крышками и формообразующими полостями, в которых установлены закладные элементы, жестко соединенные с нижней крышкой. Изготовление такой заготовки связано с большим объемом мехобработки. Кроме того, при последующей термообработке из-за толстой оболочки невозможно обеспечить быструю скорость охлаждения изделий, что приводит к пониженным значениям прочностных свойств. Известна заготовка для горячего изостатического прессования осесимметричных изделий из металлических порошков, содержащая контейнер с верхней крышкой с проточкой и нижней крышкой с проточкой и концентрично расположенными формообразующими полостями, заполненными металлическим порошком. Использование указанной заготовки для получения осесимметричных изделий, например, типа штифтов связано с необходимостью выполнения следующих трудоемких операций: изготовление монолитного корпуса (капсулы) из прутка, для чего необходима его ковка, резка и механическая обработка; высверливание формообразующих полостей; удаление оболочки (капсулы) с изделий после прессования. Поскольку термообработка изделий (заготовок штифтов) производится в капсулах, то наличие массивной стальной оболочки (капсулы) приводит к резкому замедлению скорости охлаждения заготовок штифтов при закалке и снижению прочностных характеристик изделия. Кроме того, охлаждение изделий в такой капсуле производится крайне неравномерно, т.к. заготовки штифтов, находящиеся на периферии, охлаждаются значительно быстрее, чем центральные, что приводит к градиенту механических свойств в заготовках по объему капсулы. Целью изобретения является повышение прочностных характеристик и снижение трудоемкости и металлоемкости изготовления изделий. Поставленная цель достигается тем, что в заготовке для горячего изостатического прессования осесимметричных изделий из металлических порошков, содержащей контейнер с верхней крышкой с проточкой и нижней крышкой и концентрично расположенными формообразующими полостями, заполненными порошковым материалом, каждая формообразующая полость образована тонкостенными трубчатыми элементами, оси которых параллельны друг другу, при этом элементы жестко соединены с крышками, а диаметр формообразующего элемента составляет не менее 0,1 его длины. Кроме того, в нижней крышке выполнена проточка симметрично проточке в верхней крышке, при этом объемы этих проточек равны. Поскольку в предлагаемой заготовке формообразующие полости для получения осесимметричных изделий типа штифтов образованы внутренней поверхностью трубчатых элементов, оси которых параллельны друг другу, между этими элементами имеется пространство, через которое охлаждающая среда (жидкость, сжатый воздух) беспрепятственно протекает к поверхности всех элементов. Это позволяет осуществлять их равномерное охлаждение по всему объему с большой скоростью. Учитывая что площадь поперечного сечения для изделий данного типа практически одинакова по высоте элементов, а толщина оболочки составляет 2-3 мм, охлаждение каждого такого элемента происходит достаточно быстро и равномерно по высоте и идентично для различных элементов в объеме компакта. Это позволяет получать при закалке равномерное распределение упрочняющей фазы в структуре материала, обеспечивающее повышенный уровень свойств и равномерное их распределение как в отдельной взятой заготовке штифта, так и по всему компакта с минимальным градиентом значений прочностных характеристик. Использование предлагаемой капсулы позволяет значительно уменьшить трудоемкость изготовления и расход углеродистой стали и основного материала по сравнению с монолитной капсулой за счет исключения трудоемких операций, связанных с ее изготовлением, а также при удалении оболочки химическим травлением. Жесткое соединение трубчатых элементов с крышками при соблюдении параллельности их осей необходимо для равномерного заполнения формообразующих полостей обрабатываемым материалом, равномерных охлаждения и устойчивой деформации в процессе ГИП. Отсутствие жесткого соединения трубчатых элементов с крышками может привести к разгерметизации заготовки. Вследствие симметричного выполнения цилиндрических проточек в верхней и нижней крышках и равенства их объемов обеспечивается равномерное адекватное формоизменение изделий (заготовок штифтов) в процессе прессования. При отсутствии равенства объемов засыпки относительно плоскости симметрии заготовки, а именно отсутствии цилиндрической проточки в нижней крышке, происходит равновеликое уплотнение обрабатываемого материала, т.е. перемещение материала (диаметральная усадка) в верхней части заготовки больше, чем в нижней. Это вызывает искажение геометрии изготавливаемых изделий и может привести к их бракованию. При изостатическом прессовании заготовки максимальная деформация трубчатых элементов происходит в диаметральном направлении. Поэтому определяющим для достижения равномерного формоизменения изделий (заготовок штифтов) является равномерное распределение плотности засыпки порошка в элементах, чему в значительной степени способствует параллельность формообразующих полостей. При отсутствии параллельности заполнение элементов материалом происходит неравномерно, что приводит к разноплотности засыпки и нерегламентированному формоизменению. Так как при изостатическом прессовании давление в высотном направлении воспринимается крышками, то оно передается на трубчатые элементы через их торцовые поверхности. При значении диаметра элемента менее 0,1 его длины происходит потеря устойчивости элементов, приводящая к их искривлению (изгибу) а вследствие этого и отбракованию. Для устранения негативного влияния искривления заготовок необходимо увеличивать припуски на механическую обработку, что неизбежно приводит к увеличению расхода дорогостоящего дефицитного материала. При выполнении заготовки в соответствии с рекомендуемыми параметрами ее деформация протекает равномерно, а следовательно, получаются изделия без искажения геометрии. На чертеже представлена заготовка для горячего изостатического прессования осесимметричных изделий из металлических порошков. Заготовка представляет собой сборный контейнер, состоящий из трубчатых элементов 1, верхней 2 и нижней 3 крышек, формообразующих полостей 4, цилиндрических проточек 5 и 6 в верхней и нижней крышках. Трубчатые элементы 1 диаметром d и длиной l жестко соединены с крышками, при этом их оси параллельны. Диаметры элементов d составляют не менее 0,1 длины l элементов. Цилиндрические проточки 5 и 6 в верхней 2 и нижней 3 крышках выполнены симметрично и их объемы равны. Заготовку, состоящую из трубчатых элементов, заполненных обрабатываемым материалом, подвергают горячему изостатическому прессованию. При этом происходит равномерное приложение давления ко всей боковой поверхности давления ко всей боковой поверхности трубчатых элементов капсулы и их усадка в диаметральном направлении. П р и м е р. Проведены следующие эксперименты. Для изготовления заготовок штифтов 
12х100 мм были использованы известные (5 шт.) и предложенные (15 шт.) заготовки. Для изготовления известных заготовок использовали кованые прутки из углеродистой стали Ст. 20, которые резали на мерные длины на механической пиле. После этого корпус заготовки протачивали на токарном станке и производили высверливание отверстий в нем. Для изготовления предложенных заготовок были использованы стандартные трубы из стали 20 Ст. размером 20х2 и 26х3 мм и длиной от 100 до 300 мм (фиг.2). Эти трубчатые элементы приваривали к верхней и нижней крышкам. Технико-экономические показатели используемых капсул приведены в табл. 1. Капсулы засыпали гранулами жаропрочного никелевого сплава ЭП962П фракции - 200+50 мкм и титанового сплава ВТ25 фракции - 250+50 мкм. Затем капсулы дегазировали, герметизировали, подвергали горячему газостатическому прессованию на газостате КП379 по стандартной технологии. Термообработку заготовок после ГИП проводили в печах П117М, а принудительное охлаждение - сжатым воздухом. Увеличение оболочки осуществляли в растворе азотной кислоты. Конкретное использование предлагаемых заготовок представлено в табл.2. Таким образом, предлагаемая заготовка позволяет получать осесиммтеричные изделия (заготовки штифтов) из жаропрочных никелевых и титановых сплавов с более высокими прочностными свойствами на 5-10 кгс/мм2 (2-7%) по сравнению с известной заготовкой, за счет более высоких скоростей охлаждения по всему объему компактной заготовки. При этом использование предложенной заготовки позволяет снизить трудоемкость изготовления на 52-60% за счет сокращения времени мехобработки (сверления) при изготовлении формообразующих полостей путем замены последних мерными трубчатыми элементами; снизить трудоемкость удаления материала оболочки на 80-90% и удельный расход углеродистой стали Ст.20 на 60-66% за счет использования в качестве формообразующих полостей тонкостенных трубчатых элементов вместо массивных стальных прутков, а также повысить экологическую чистоту процесса производства за счет уменьшения продуктов, образующих при удалении оболочки химическим травлением, и уменьшения времени травления.
Формула изобретения
ЗАГОТОВКА ДЛЯ ГОРЯЧЕГО ИЗОСТАТИЧЕСКОГО ПРЕССОВАНИЯ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ, содержащая контейнер с формующими полостями для порошка, оси которых расположены концентрично оси контейнера, и торцовые крышки, выполненные с проточкой для порошка, сопряженной с формирующими полостями, отличающаяся тем, что, с целью повышения прочностных характеристик изделий, снижения трудоемкости их изготовления и расхода материала контейнера, контейнер выполнен в виде набора тонкостенных трубчатых элементов с осевыми формующими полостями в каждом элементе, жестко соединенных сверху и снизу крышками, причем наружный диаметр элемента составляет не менее 0,1 его длины.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000
Извещение опубликовано: 10.11.2000
