Способ получения биметалла

 

(19) RU (11) (51) 5 В23К20 ОО

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5042275/08 (22) 15.05.92 (46) 30.12.93 Eea Na 47-48 (75) Николаев ВБ„Гульбин В.Н„Конов 10К; Улановский Ф.Б. (73) Научно-исследовательский и конструкторский институт монтажной технологии (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИМЕТАЛЛА (57) Использование; в энергетическом, химическом машиностроении, металлургическом производстве.

Сущность изобретения: плакируемую заготовку после нанесения на нее промежуточного покрытия нагревают в среде водорода до температуры разложения окислов металла покрытия, в качестве ко. торого берут материал, замедляющий охрупчивание материалов заготовок в зоне их контакта

Изобретение относится к технологии получения биметалла, преимущественно из материалов, образующих в соединении хрупкие прослойки, и может быть использовано в энергетическом, химическом машиностроении, металлургическом производстве.

Проблема производства биметалла заключается в получении биметалла без растрескивания промежуточных слоев.

Известен способ металлургического соединения разнородных металлов, при котором размещают над плакируемой заготовкой промежуточный слой и сваривают заготовки сваркой взрывом (см. патент

Франции N. 2589378 кл. В 23 К 20/08, 1987).

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, относится то, что при известном способе необходима дополнительная фиксация промежуточного слоя для обеспечения зазора между ним и плакируемой заготовкой.

Кроме того, получение промежуточного слоя в виде листа или фольги из различных металлов или сплавов очень малой толщины (в несколько микрон) может быть практически неосуществимо так же, как и их сборка с зазором под сварку взрывом.

Известен способ плакирования стальных плит титаном методом взрыва, при котором на плиты с помощью сварки взрывом последовательно наносят промежуточные слои (см, заявку Японии М 63 — 56033, кл.

В 23 K 20/08, 1988, К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, относится то, что при известном способе практически невозможно получение промежуточного слоя в виде листа или фольги очень малой толщины (в несколько микрон).

Известен способ получения биметалла, при котором на плакируемую заготовку наносят промежуточный слой покрытия энергией взрыва, а соединение получают приложением к заготовкам давления. создаваемого энергией взрыва (см. заявку Японии М 64-3599, кл. В 23 К 20/08, 1989 r. принят эа прототип), К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что при известном способе из-за наличия значительной степени наклепа промежуточных слоев после сварки взрывом существует большая вероятность их растрескивания при получении биметалла с применением сварки взрывом или прокатки.

Сущность изобретения заключается в повышении качества биметалла благодаря удалению с поверхности покрытия окислов, ускорению процесса диффузии как внутри металла покрытия, так и материала покрытия в материал плакируемой заготовки, что повышает чистоту поверхности и пластические свойства металла покрытия и улучшает сцепляемость покрытия с плакируемой и

10 плакирующей заготовками.

Это достигается тем, что при известном способе получения биметалла, при котором на плакируемую заготовку наносят промежуточный слой покрытий, а соединение пол15 учают приложением к заготовкам давления, плакируемую заготовку после нанесения покрытия нагревают в среде водорода до температуры разложения окислов материала покрытия, а в качестве материала покры20 тия берут материал, устраняющий и/или замедляющий охрупчивание материалов заготовок в зоне их соединения.

Нагрев плакируемой заготовки после нанесения покрытия способствует выравни25 ванию состава покрытия, что повышает пластические свойства, а это снижает вероятность образования в зоне соединения биметалла хрупких прослоек, повышая тем самым качество биметалла. Кроме того, 30 использование в качестве материала покрытия материала, замедляющего охрупчивание материалов заготовок s зоне их соединения, устраняет возможность возникновения несплошностей в соединении, 35 что также повышает качество биметалла.

На основании изложенного можно сделать вывод, что признаки, изложенные в формуле изобретения, являются существенными.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленно45 го изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня

50 выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому. техническому результату отличительных

55 признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, изобретение соответствует критерию

"новизна".

Для проверки соответствия заявленного иэобретени требованию изобретатель2005030 (2) д =(02 — OO,Ë) 20

55 ского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известногоуровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень", Способ заключаются в следующем.

На плакируемую заготовку плоской или цилиндрической формы наносят преимущественна методом металпизационного напыпения промежуточный слой (покрытие) иэ материала, устраняющего или замедляющего в зоне соединения ахрупчивание материалов заготовок, После нанесения покрытия плакируемую заготовку подвергают термической обработке с нагревом и охлаждением в печи с атмосферой водорода, При этом температура нагрева должна быть не ниже температуры распада окислов металла, образовавшихся на поверхности покрытия.

Образовавшийся акисел распадается па зависимости

МеО+ Н = Ме+ Н О (!)

Нагрев в атмосфере водорода значительно ускоряет процесс диффузии как внутри металла покрытия, так и материала покрытия в материал плакируемой заготовки, чта способствует выравниванию состава покрытия, повышению пластических свойств металла покрытия и улучшению сцепляемости покрытия.с плакируемой заготовкой. Кроме того, нагрев устраняет внутренние напряжения и деформации возникающие в процессе нанесения покрытия.

Все описанные процессы,.происходящие при нагреве и охлаждении плакируемай заготовки с покрытием в атмосфере водорода, облегчают процесс совместной пластической деформации, снижают интенсивность образования избыточных фаз,.устраняют воэможность возникновения несплошнастей при дальнейшем соединении плакируемой заготовки с плакирующей.

Покрытия могут наноситься на плакирующую заготовку с применением процессов металлиэационнага наплавления, наплавки взрывного плакиравания и т.п. При получении биметаллического соединения плакируемой заготовки с плакирующей могут применяться методы взрывного ппакиравания, горячей и холодной прокатки, диффузионной сварки и т.п.

Толщина слоя нанесенного покрытия может быть ориентировочно определена по эмпирическим зависимастям. Так, например, в случае получения биметаллического соединения с применением взрывного плакирования для определения толщины промежуточного слоя может быть использована следующая зависимость: где дс — толщина промежуточного покрытия; дп — толщина плакирующей заготовки;

vp — скорость полета плакирующей заготовки; чк — скорость перемещения фронта контакта слоев.

Материалом покрытия могут быть как чистые металлы, например никель, ниобий, тантал, а также их сплавы, используемые для нанесения покрытия в виде порошка, листа, проволоки и т.п.Материал покрытия выбирается таким, чтобы ан в контакте как с плакируемым, так и с плакирующим слоем в условиях высоких температур и больших степеней абжатия при пластических деформациях не образовывал хрупких избыточных фаз или их образование носило избирательный характер с мелкими разрозненными вкл,ачениями.

Предлагаемый способ получения биметаплов предназначен преимущественно для сочетания материалов, обаазующих в контакте между собой при обработке давлением хрупкие избыточные фазы. Этот способ может быть применен и для случаев, когда составляющие биметапл материалы не образуют между собой хрупких фаз для повышения качества соединения в зоне контакта.

Использование предлагаемого способа позволяет значительно повысить качество биметалла и увеличить ега выпуск благодаря интенсификации процесса обработки давлением — повысить температуры нагрева заготовок, увеличить степень их абжатия при пластической деформации, увеличить в несколько раэ толщины заготовок и скорость их прокатки. Предлагаемый способ был проверен применительно к получению листового биметалла ВТ1-О+12х18Н10Т размером 28х500х750 мм с использованием взрывного плакирования и прокатки. Материалом плакируемой заготовки являлась листовая сталь марки 12Х18Н10Т па

ГОСТ5б32-72 толщиной 20 мм, а плакирующей заготовки — листовой титан марки

ВТ1-0 па ГОСТ 22-.178-76 толщиной 8

Приведены сведения только при получении биметалла взрывным плакированием.

2005030 ющие заготовки собирали с зазором 5 мм, на плакирующей заготовке размещали заряд взрывчатого вещества (ВВ) высотой 90 мм, состоящий из смеси аммонита М 6ЖВ

5 по ГОСТ 21984-86 и аммиачной селитры марки "Б" по ГОСТ2-75 при объемном соотношении 1:3. Для инициирования заряда

BB применяли злектродетонаторы мгновенного действия марки ЭДЯЖ по ГОСТ 908910 75. При такой схеме сборки комплекта скорость перемещения фронта контакта чк (скорость детонации ВВ) составляла 2200 м/с, а скорость полета vo плакирующей заготовки в зазоре составляла 1100 м/с.

15 Взрывное плакирование проводили на открытом полигоне.

Контроль качества соединения слоев изготовленного биметалла в зоне контакта сваренных взрывом заготовки проводился

20 ультразвуковой дефектоскопией по всей площади заготовок, металлографическим анализом и испытанием на отрыв отдельных образцов, вырезанных из различных участков двухслойных зэгoTQBQK.

25 Результаты контроля показали, что в биметалле, изготовленном по предлагаемому способу (покрытие с отжигом) по всей поверхности отсутствуют несплошности в зоне контакта заготовок с покрытием, 30 структура этой зоны относительно стабильна беэ наличия крупных и сплошных включений интерметаллидной фазы, а прочность на отрыв имеет высокие показатели — 490-520 МПа. В биметалле с покры35 тием без отжига наблюдается множество несплошностей в зоне контакта заготовок с покрытием и низкие показатели прочности на отрыв слоев (1 70-190 МПа), В биметалле, изготовленном беэ промежуточного покры40 тия наблюдались несплошности и крупные включения интерметаллидной фазы (на некоторых образцах сплошные включения).

Прочность иа отрыв имеет пониженные по-., казатели (27-42 МПа).

45 (56) Заявка Японии М 64 3599, кл. В 23 К 20/08, 1989, Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЙ БИМЕТАЛЛА 50 преимущественно из материалов, образующих в соединении хрупкие прослойки, при котором на плакируемую заготовку наносят промежуточное покрытие, а соединеиие получают приложением к заготовкам давления, отличающийся тем, что после

Следует отметить, что при взрывном плакировании в зоне контакта двухслойного соединения ВТ1-О+12Х18Н10Т без промежуточного покрытия может происходить обильное выпадение хрупкой интерметаллидной фазы из-эа интенсивной пластической деформации.

На две плакируемые заготовки методом плазменного напыления наносился слой из чистого злектролитического никеля толщиной 0,6 мм, рассчитанной по эмпирической зависимости (2). Никель обладает высокой диффузионной способностью при высоких температураха атмосфере водорода и существенно замедляет образование интерметаллидной фазы в зоне контакта с титаном при пластической деформации s процессе обработки давлением. В контакте со сталью

12Х18Н10Т никель интерметаллидиых фаэ не образует.

ОДну из иапыленных заготовок подвергали отжигу в печи с атмосферой водорода по режиму. нагрев до температуры

900 -50 С, выдержка 1 ч, охлаждение с печью. Такой режим термической обработки способствует полному удалению образовавшихся в процессе напыления окислов никеля с поверхности нанесенного покрытия путем восстановления никеля из окислов по приведенной зависимости (l)

NlO+ Н2 Nl+ Н20

Кроме того, при таком режиме отжига ускоряется диффузия никеля как внутри покрытия, так и на его границе со сталью

12Х18Н10Т, что значительно повышает пластичность покрытия, его сцепляемость с плакируемой заготовкой и способствует устранению возможных несплошностей.

Вторая плакируемая заготовка с напыленным слоем отжигу ие подвергалась.

Для сравнения в эксперименте использовалась также плакируемая заготовка 6е3 покрытия.

Все три плакируемые заготовки из стали 12Х18Н10Т плакировались титаном ВТ10 толщиной 8 мм с использованием энергии взрыва. Для этого плакируемые и плакирунанесения покрытия плакируемую заготовку нагревают в среде водорода до температуры разложения окислов материала покрытия, э в качестве материала покрытия берут материал, препятствующий образованию хрупких прослоек в зоне соединения.