Способ получения заготовок из порошковых металлических материалов

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению монолитных заготовок высокой плотности из порошков металлов и сплавов микронной и нанокристаллической дисперсности. Металлический порошок, полученный путем криогенного размола, дегазируют и компактируют в объемную заготовку. Заготовку размещают в контейнере, выполненном из материала с пределом прочности не менее предела прочности монолитного материала порошка. После чего проводят интенсивное пластическое деформирование путем поэтапной всесторонней полузакрытой ковки последовательно по трем осям ортогональной системы координат с реализацией в объеме заготовки схемы напряженно-деформированного состояния простого сдвига. Ковку проводят в несколько циклов до достижения накопленной степени деформации е>3 при температуре, не превышающей температуру рекристаллизации порошкового материала. Обеспечивается повышение плотности и прочностных свойств заготовки. 3 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к областям обработки металлов давлением и порошковый металлургии, может быть использовано для получения монолитных заготовок высокой плотности и повышенным уровнем механических и эксплуатационных свойств из порошков металлов и сплавов микронной и нанокристаллической дисперсности.

Известен способ получения заготовок из порошкового металлического материала, включающий размещение порошкового металлического материала в контейнер, прессование с одновременным нагревом контейнера и размещенного в нем порошкового металлического материала, последующую герметизацию полости контейнера, а также прямую и винтовую экструзию при температуре 20°С через винтовую матрицу с углом наклона образующей винтовой линии к оси деформации 60° с противодавлением 200 МПа (Я.Е. Бейгельзинер, О.В. Михайлов, А.С. Сынков, М.Б. Штерн. Винтовая экструзия порошковых заготовок. II Эксперимент и обсуждение результатов. Физика и техника высоких давлений., т.18, №3, с.92-96, 2012 г.).

К недостаткам данного способа следует отнести неоднородность деформации в объеме заготовки, характерную для винтовой экструзии, и невысокие, в связи с этим, плотность и прочностные свойства получаемой заготовки.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения заготовок из порошковых металлических сплавов, включающий криогенный размол металлического порошка, дегазацию размолотого порошка, предварительное компактирование размолотого порошка в объемную заготовку, последующее интенсивное пластическое деформирование скомпактированной заготовки при заданной температуре методом равноканального углового прессования (WO 2006/137911 МПК В22С 15/02, опубл. 28.12.2006 г.).

К недостаткам данного способа следует отнести невысокие значения плотности и прочности, а также анизотропию механических свойств получаемых заготовок в поперечном и продольном направлениях, так как очаг деформации при равноканальном угловом прессовании локализован в плоскости пересечения каналов, т.е. заготовка деформируется по двум осям ортогональной системы координат. В направлении третьей оси ортогональной системы координат - продольной оси симметрии заготовки, деформация равна нулю.

Техническим результатом изобретения является повышение плотности материала заготовки и ее прочностных свойств.

Указанный результат достигается способом получения заготовок из порошковых металлических материалов, включающим криогенный размол металлического порошка для формирования в нем нанокристаллической структуры, дегазацию размолотого нанокристаллического порошка, его компактирование в объемную заготовку, последующее интенсивное пластическое деформирование скомпактированной заготовки при заданной температуре, в котором в отличие от прототипа перед интенсивным пластическим деформированием скомпактированную заготовку размещают в контейнере, выполненном из материала с пределом прочности не менее предела прочности монолитного материала, из которого получен металлический порошок, а деформирование размещенной в контейнере заготовки осуществляют с реализацией в ее объеме схемы напряженно-деформированного состояния простого сдвига путем поэтапной всесторонней полузакрытой ковки последовательно по трем осям ортогональной системы координат, которую проводят в несколько циклов до достижения накопленной степени деформации е>3, причем деформирование проводят при температуре, не выше температуры рекристаллизации нанокристаллического порошкового материала.

Известен способ получения ультрамелкозернистой структуры для улучшения физико-механических свойств материала заготовки при обработке монолитных заготовок методом всесторонней ковки со сменой на каждом этапе направлений деформирования последовательно по трем осям координат, при этом ковку осуществляют в полости штампа по схеме плоскодеформированного состояния, при которой обеспечивают на каждом этапе деформирования уменьшение размера заготовки в направлении первой оси координат, совпадающей с направлением приложения деформирующего усилия, увеличение размера заготовки в направлении второй оси координат - со свободной стороны заготовки и сохранение размера заготовки в направлении третьей оси координат - с заневоленной стороны заготовки (патент РФ №2393936, ИПК B21J 5/06, опубл. 28.12.2006 г.).

Однако известный способ неприменим для заготовок из скомпактированных порошковых материалов из-за их высокой пористости и низкой технологической пластичности.

Технический результат предложенного способа обеспечивается тем, что размещение заготовки из скомпактированного порошкового материала в контейнере позволяет при их совместном деформировании создать в объеме заготовки квазигидростатическое давление и, как следствие, повысить ее плотность и технологическую пластичность для обеспечения возможности дальнейшей деформации.

Описание предлагаемого способа иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена схема размещения скомпактированной заготовки в контейнере, на фиг.2 показан полузакрытый штамп с расположенным в нем контейнером с компактированной заготовкой: а) до начала деформирования, б) по окончании деформирования, на фиг.3 показана схема поэтапного деформирования заготовки в контейнере.

Скомпактированную заготовку 1 размещают в контейнере 2, который закрыт пробкой 3 (фиг.1). Контейнер с заготовкой располагают в штампе, который состоит из матрицы 4, пуансона 5 и выталкивателя 6. Деформирование осуществляют поэтапно по трем осям X, Y, Z ортогональной системы координат под воздействием усилия Р (фиг.3).

Предложенный способ осуществляют следующим образом. В качестве исходного материала используют металлический порошок микронной дисперсности, который подвергают криогенному размолу в шаровой мельнице для получения размере зерна ≤100 нм.

Полученный нанопорошок компактируют и получают объемную заготовку 1, которую размещают в контейнере 2, выполненном в виде параллелепипеда. Контейнер закрывают пробкой 3. Контейнер и пробку изготавливают из материала с пределом прочности не менее предела прочности материала, из которого получен металлический порошок.

Изготовление контейнера 2 и пробки 3 из менее прочного материала не обеспечит создание в объеме скомпактированной заготовки 1 квазигидростатического давления и реализацию в ней схемы напряженно-деформированного состояния простого сдвига. Наложение квазигидростатического давления повышает ресурс технологической пластичности скомпактированной заготовки.

Перед деформированием контейнер 2 с скомпактированной заготовкой 1 ориентируют относительно осей ортогональной системы координат (фиг.1), при этом продольная ось симметрии заготовки должна совпадать с направлением приложения деформирующего усилия Р.

Далее контейнер 2 с размещенной в нем скомпактированной заготовкой 1, закрытой пробкой 3, укладывают в матрицу 4 штампа и осуществляют этап 1 всесторонней полузакрытой ковки, прикладывая к пуансону 5 деформирующее усилие Р в направлении оси Y (фиг.2,а). По окончании этапа деформирования (фиг.2б) контейнер 2 с размещенной в ней заготовкой 1 и пробкой 3 извлекают из матрицы 4 штампа выталкивателем 6.

Деформирование заготовки 1 совместно с контейнером 2 проводят поэтапно последовательно в направлении трех осей X, Y, Z ортогональной системы координат (фиг.3), что составляет один цикл обработки. Этапы повторяют циклами до обеспечения накопленной степени деформации е>3, при этом температура нагрева заготовки, контейнера и штампа в процессе деформирования не должна превышать температуру рекристаллизации нанокристаллического порошкового материала. По достижении накопленной степени деформации е>3 заготовку извлекают из контейнера.

Пример реализации способа.

В качестве исходного материала для заготовок использовали порошок титанового сплава ВТ 1-0 микронной дисперсности с размером частиц 40 мкм.

Для получения ультрамелкозернистого порошка был произведен криогенный размол исходного порошка в шаровой мельнице при температуре жидкого азота (-196°С). Средний размер зерна после размола составил 94 нм. Компактирование порошка для получения объемной заготовки производили в прессформе при давлении 1,2 ГПа и температуре 20°С. В результате компактирования были получены объемные заготовки с размерами ⌀ 10×25 мм.

Плотность материала скомпактированных заготовок составила 70% от плотности монолитного сплавав ВТ 1-0.

После этого скомпактированную заготовку, в соответствии со схемой, представленной на фиг.1, поместили в контейнер из титанового сплава ОТ4, имеющего предел прочности на 15-20% выше сплава ВТ 1-0, из которого был получен порошок для компактирования заготовки. Размеры контейнера 42×44×60 мм.

Интенсивное пластическое деформирования скомпактированной заготовки, размещенной в контейнере, проводили методом всесторонней полузакрытой ковки в штампе при температуре 350°С путем последовательного приложения деформирующего усилия по трем осям X, Y, Z ортогональной системы координат.

При этом, в процессе деформирования, на каждом конкретном этапе, например, этапе I (фиг.3), размеры заготовки и контейнера уменьшались в направлении одной оси координат (ось Y), увеличивались в направлении второй оси (ось X) и были неизменны в направлении третьей оси (ось Z), т.е. в объеме скомпактированной заготовки и контейнера реализовывалась схема напряженно-деформированного состояния простого сдвига. В связи с тем, что предел прочности материала контейнера (сплав ОТ4) выше предела прочности материала скомпактированной заготовки, на нее воздействовало квазигидростатическое давление всестороннего объемного сжатия, что повысило технологический ресурс пластичности скомпактированной заготовки и обеспечило возможность дальнейшей деформации.

Всесторонняя полузакрытая ковка была проведена в количестве 8 циклов. Накопленная степень деформации составила е=9. По окончании всесторонней полузакрытой ковки было произведено вскрытие контейнера и извлечение из него заготовки, прошедшей интенсивную пластическую деформацию.

Прочностные свойства обработанной по предложенному способу заготовки оценивали по уровню микротвердости и сравнивали с аналогичным показателем заготовки из монолитного титанового сплава ВТ1-0.

Сплав ВТ 1-0 HV, МПа
(монолитная заготовка) 1600
Сплав ВТ 1-0
(заготовка, полученная по предлагаемому способу) 5100

Из полученных данных видно, что предложенное техническое решение позволяет повысить уровень прочностных свойств сплава ВТ1-0 в 3 раза. Плотность заготовок, полученных по предложенному способу, увеличилась с 70% до 93%.

Таким образом, изобретение обеспечивает повышение плотности материала заготовки и ее прочностных свойств.

Способ получения заготовок из порошковых металлических материалов, включающий криогенный размол металлического порошка для формирования в нем нанокристаллической структуры, дегазацию размолотого нанокристаллического порошка, его компактирование в объемную заготовку, последующее интенсивное пластическое деформирование скомпактированной заготовки при заданной температуре, отличающийся тем, что перед интенсивным пластическим деформированием скомпактированную заготовку размещают в контейнере, выполненном из материала с пределом прочности не менее предела прочности монолитного материала, из которого получен металлический порошок, а деформирование размещенной в контейнере заготовки осуществляют с реализацией в ее объеме схемы напряженно-деформированного состояния простого сдвига путем поэтапной всесторонней полузакрытой ковки последовательно по трем осям ортогональной системы координат, которую проводят в несколько циклов до достижения накопленной степени деформации е>3, причем деформирование проводят при температуре, не превышающей температуру рекристаллизации нанокристаллического порошкового материала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к прессованию труб из гранул магниевых сплавов, используемых в оборонных областях промышленности. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению заготовок из порошков жаропрочных никелевых сплавов. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к обработке холодным деформированием пористых материалов, может применяться при изготовлении изделий из пористых материалов искусственного и естественного происхождения, из спеченных порошковых материалов.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии получения ферритов. .
Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к способу получения металлических композиционных материалов с матрицей из магния или его сплавов, армированной тугоплавкими наполнителями.
Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления дисперсно-упрочненных изделий электроэрозионного назначения на основе меди.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к антифрикционным материалам на основе меди для высоконагруженных узлов трения. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению полуфабрикатов из гранул магния и его сплавов. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к конструкциям и способам изготовления порошковых контактных пластин. .
Изобретение относится к антифрикционным материалам, получаемым порошковой металлургией, применяющимся в элементах узлов трения машин, механизмов, оборудования и в токосъемных элементах.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению твердосплавного тела из твердого сплава, содержащего зерна карбида вольфрама и металлическое связующее, содержащее кобальт с определенной концентрацией растворенного в нем вольфрама. Твердосплавное тело имеет граничащие друг с другом область поверхности и внутреннюю область, при этом средняя доля связующего во внутренней области больше, чем в области поверхности. Средняя концентрация углерода в связующем в области поверхности выше, чем во внутренней области, при этом твердосплавное тело не содержит эта-фазу и свободный углерод. Концентрация вольфрама, растворенного в связующем в области поверхности меньше, чем во внутренней области, и определяется как(16,1-σВ)/0,275, где σВ - частное от деления величины магнитного момента твердого сплава в области твердосплавного тела на массовую долю связующего в этой области. Твердосплавное тело получено путем формования неспеченной заготовки, содержащей зерна карбида вольфрама, распределенные в содержащем кобальт связующем, предварительного спекания при 1000-1280°С в течение 1-3 часов, термообработки в науглероживающей среде и жидкофазного спекания при 1320-1400°С. Обеспечивается получение материала с градиентом свойств, имеющего высокую износостойкость и ударную вязкость в области поверхности. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии получения композиционных катодов для ионно-плазменного напыления многокомпонентных наноструктурных покрытий. Способ изготовления композиционного катода для нанесения многокомпонентных ионно-плазменных покрытий включает приготовление порошковой смеси на основе алюминия, прессование из нее заготовки катода, последующий ее нагрев и уплотнение. Сначала при комнатной температуре порошковую смесь прессуют до достижения технологической прочности катодной заготовки, далее заготовку катода помещают в пресс-форму большего поперечного сечения, обеспечивающую при последующем доуплотнении пластическую деформацию заготовки катода от 10 до 60%, и нагревают в печи на воздухе до температур, не превышающих температуру начала фазовых превращений для приготовленного состава порошковой смеси на основе алюминия. Затем проводят дополнительное одноосное прессование заготовки катода. Композиционные катоды не требуют дополнительной механической обработки. 14 з.п. ф-лы, 2 ил., 11 пр.

Изобретение относится к изготовлению алмазного инструмента. Способ включает приготовление твердосплавной порошковой смеси, ее пластифицирование, послойную засыпку приготовленной смеси и укладку алмазов в металлическую пресс-форму, прессование упомянутой смеси с алмазами в брикет, спекание и пропитку легкоплавкими металлами или сплавами в печи в вакууме. Перед спеканием брикет устанавливают на поддон, на поверхности брикета располагают легкоплавкий металл или сплав и спекают брикет путем нагрева сначала до температуры испарения с удалением образовавшихся паров пластификатора, а затем - до или ниже температуры плавления легкоплавкого металла или сплава, после чего ведут пропитку брикета путем нагрева до температуры, превышающей температуру плавления легкоплавкого металла или сплава, с одновременным воздействием низкочастотных колебаний на поддон, при этом регулируют скорость пропитки изменением длительности воздействия низкочастотных колебаний. 1 ил.
Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ изготовления спеченных заготовок из тяжелых сплавов на основе вольфрама включает приготовление смеси порошков, содержащей 90-98 мас.% вольфрама, остальное - никель, железо и кобальт, прессование в жесткой матрице, выталкивание порошковой прессовки из матрицы с последующим спеканием. Перед извлечением прессовки из пресс-формы проводят термическую обработку прессовки при температуре 800-1000°С в течение 1-2 часов с охлаждением в матрице пресс-формы. Обеспечивается получение качественных заготовок без трещин и расслоений. 3 пр.

Группа изобретений относится к способу увеличения разрешающей способности при выполнении трехмерного изделия посредством последовательного сплавления частей порошкового основания для получения трехмерного изделия. Способ включает обеспечение первого слоя порошка на рабочем столе в вакуумной камере, направление пучка электронов от инжектора электронов по рабочему столу. Это приводит к сплавлению первого слоя порошка в определенных местах с образованием первого сечения трехмерного изделия. Затем обеспечение второго слоя порошка на рабочем столе и направление пучка электронов от инжектора электронов по рабочему столу. Это приводит к сплавлению второго слоя порошка в определенных местах с образованием второго сечения трехмерного изделия .При этом осуществляют уменьшение давления в вакуумной камере от первого уровня давления до второго уровня давления между этапами обеспечения первого слоя порошка и второго слоя порошка. Технический результат, достигаемый при использовании способа по изобретению для получения трехмерного изделия заключается в том, чтобы обеспечить увеличение разрешающей способности последовательности операций аддитивного производственного процесса путем поддержания распределения электрического поля в порошковом материале таким образом, чтобы предотвратить образование свободных всплывающих частиц. 2 н. и.12 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх