Устройство для прессования горячих продуктов экзотермических реакций

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для получения высокоплотных материалов на основе тугоплавких соединений, образующихся в ходе экзотермических реакций. Устройство содержит пуансон и закрытую матрицу, образованную основанием, промежуточным кольцом с инициирующим устройством и направляющей втулкой и заполненную сыпучей теплоизолирующей оболочкой, внутри которой размещена шихтовая заготовка, при этом верхние и нижние объемы оболочки выполнены в виде чередующихся слоев сыпучего теплоизолятора и тонких жестких пластин. Изобретение обеспечивает сохранение в течение длительного времени высокой температуры и деформативной способности продуктов горения, а также равномерной осадки заготовки при неоднородном распределении температуры и свойств по объему уплотняемого материала. 1 ил.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для получения высокоплотных материалов на основе тугоплавких соединений, образующихся в ходе экзотермических реакций.

Известно устройство для прессования горячих продуктов экзотермических реакций, содержащее пуансон и графитовый стакан, внутри которого размещена заготовка из экзотермической порошковой смеси [Боровинская И.П. и др. О возможности получения композиционных материалов в режиме горения/ В кн.: Процессы горения в химической технологии и металлургии. - Черноголовка, 1975, с. 141-149]. После инициирования реакции горения и полного сгорания шихтовой заготовки осуществляют прессование горячих продуктов. Для уменьшения теплопотерь стенки стакана нагревают с помощью индукционного нагрева.

Недостатком указанного устройства является невозможность применения высокого давления прессования для достижения большой степени уплотнения материала. Это связано с тем, что из-за низкой прочности графитового стакана давление прессования получаемых изделий незначительно и составляет всего 5-6 МПа. Максимальная относительная плотность получаемых изделий составляет 0,75-0,83.

Наиболее близким аналогом описываемого устройства является устройство для прессования горячих продуктов горения, содержащее пуансон и закрытую стальную матрицу, образованную основанием, промежуточным кольцом с инициирующим устройством и направляющей втулкой и заполненную сыпучей теплоизолирующей оболочкой, внутри которой размещена шихтовая заготовка [патент 2077411, Россия, М. кл. B 22 F 3/14. - Бюл. изобр. N 11, 1997 г.]. После инициирования реакции горения и полного сгорания шихтовой заготовки осуществляют прессование горячих продуктов совместно с оболочкой до образования высокоплотного материала. Сыпучий теплоизолятор исключает контакт горячих продуктов горения с внутренней поверхностью матрицы и паунсоном. Инструмент изготавливается из стали, что позволяет существенно увеличить давление прессования (до 150-200 МПа) и получать практически беспористый материал.

Недостаток этого устройства состоит в том, что давление прессования от пуансона на продукты горения передается через пористую уплотняемую оболочку. Это означает, что уплотнение продуктов горения осуществляют нежестким инструментом, который также испытывает пластическую деформацию. Причем, чем прочнее продукты горения, тем в большей степени деформируется инструмент-оболочка и в меньшей степени заготовка. Поэтому при прессовании "мягким" инструментом невозможно обеспечить равномерную осевую деформацию заготовки при неоднородном распределении температуры и прочностных свойств по ее объему. Эта неоднородность обусловлена локальным способом инициирования реакции горения, который приводит к несинхронному нагреву и охлаждению отдельных объемов заготовки. В первую очередь реакция протекает в окрестности точки поджига и затем фронт горения распространяется по брикету. За время движения волны горения уже прореагировавшие объемы остывают и к моменту приложения давления прессования в продуктах горения формируется неоднородное температурное поле: по мере приближения к эпицентру волны горения температура материала понижается. Противоположным образом изменяется прочность материала и реакция на инструмент-оболочку. Из-за податливости инструмента осевая деформация холодных объемов будет меньше, чем горячих, и изделие имеет клинообразную форму: высота увеличивается при приближении к точке поджига. Неравномерная толщина приводит к увеличению припуска на механическую обработку изделия. Кроме того, из-за меньшей величины осадки материал в охлажденных объемах имеет пониженную плотность.

Предлагаемое устройство для прессования горячих продуктов экзотермических реакций содержит пуансон и закрытую матрицу, образованную основанием, промежуточным кольцом с инициирующим устройством и направляющей втулкой и заполненную сыпучей теплоизолирующей оболочкой, внутри которой размещена шихтовая заготовка, причем верхние и нижние объемы оболочки выполнены в виде чередующихся слоев сыпучего теплоизолятора и тонких жестких пластин. Слоистое строение этих объемов оболочки определяет эффективную теплоизоляцию и высокую контактную жесткость. В результате длительное время сохраняется высокая температура и деформативная способность продуктов горения и обеспечивается равномерная осадка заготовки при неоднородном распределении температуры и свойств по объему уплотняемого материала.

Существо предлагаемого изобретения поясняется чертежом.

На чертеже изображено устройство для прессования горячих продуктов экзотермической реакции, общий вид.

Устройство содержит пуансон 1 и закрытую матрицу, которая образована основанием 2, промежуточным кольцом 3 и направляющей втулкой 4. В кольце 3 установлено инициирующее устройство, снабженное спиралью-нагревателем 5. Полость матрицы заполнена сыпучим теплоизолятором, внутри которого помещена заготовка 6. В объемах оболочки, осуществляющих осевое сжатие заготовки, установлены тонкие жесткие пластины 7.

Устройство работает следующим образом. Полость основания 2 заполняют сыпучим теплоизолятором, например песком, чередуя слои оболочки толщиной 3-5 мм с металлическими пластинами 7 толщиной около 1 мм. Для надежной теплоизоляции достаточно 2-3 песчаных слоя. Последнюю пластину покрывают защитным слоем (стеклотканью) и сверху устанавливают шихтовую заготовку 6. Затем устанавливают промежуточное кольцо 3, обеспечивая контакт заготовки 6 со спиралью 5. Плотность в кольце 3 по периметру заготовки заполняют песком. Заготовку 6 покрывают защитным слоем и, чередуя металлические пластины 7 со слоями песка, формируют верхнюю часть теплоизолирующей оболочки. Сборка устройства завершается установкой направляющей втулки 4 и пуансона 1. При подаче электрического импульса на спираль 5 осуществляют локальный поджиг шихтовой заготовки 6. Горение экзотермической смеси протекает в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, при котором из реагентов образуется целевой продукт. После сгорания всего объема шихтовой заготовки осуществляют совместное прессование горячих продуктов синтеза и теплоизолирующей оболочки. Несинхронный разогрев движущимся фронтом горения приводит к формированию неоднородного распределения температуры и свойств по объему заготовки. Осадка заготовки осуществляется оболочкой, имеющей высокую контактную жесткость, и несмотря на разнопрочность материала компактированное изделие имеет равномерную толщину. По окончании процесса прессования производят разборку устройства, готовое изделие извлекают из оболочки и охлаждают.

Предлагаемое устройство позволяет за счет высокой контактной жесткости оболочки-инструмента повысить размерную точность изделий и уменьшить объем последующей механической обработки.

Формула изобретения

Устройство для прессования горячих продуктов экзотермических реакций, содержащее пуансон и закрытую матрицу, образованную основанием, промежуточным кольцом с инициирующим устройством и направляющей втулкой и заполненную сыпучей теплоизолирующей оболочкой, внутри которой размещена шихтовая заготовка, отличающееся тем, что верхние и нижние объемы оболочки выполнены в виде чередующихся слоев сыпучего теплоизолятора и тонких жестких пластин.

РИСУНКИ

Рисунок 1